鐵路基床加固工藝探析

孟洪鋒

摘要：鐵路路基可分為普通夯土路基和混凝土高架路基兩大類，本文簡述了鐵路路基施工技術(shù)要求及該項技術(shù)要求中Evd動態(tài)變形模量測試儀的應(yīng)用前景，分析了鐵路路基相關(guān)施工規(guī)范和施工技術(shù)要求；為減少路基病害，保障鐵路基床的穩(wěn)定堅固，重點研究和探討了在既有線上用水泥土擠密樁加固路基的施工方法和施工工藝。

關(guān)鍵詞：鐵路基床加固路基基床 施工技術(shù) 水泥土擠密樁 工藝研究

一、工程內(nèi)容

路基本體工程，包括路堤、路塹、半路堤、半路塹工程等；路基防護及加固工程，包括坡面防護、河岸防護、防止路基本體及附屬建筑物變形的加固工程；地面及地下排水工程，包括側(cè)溝、排水溝、天溝、滲溝、滲水隧洞等。

鐵路路基可以分為普通夯土路基和混凝土高架路基兩大類：普通鐵路路基：三合土（或普通粘土）作為基本夯土壩，夯土路基側(cè)面用水泥或石塊筑成護坡，夯土路基上又由軌道道砟，防滲層組成。混凝土高架路基：混凝土支撐橋墩，混凝土行車走梁、道砟或軌道（枕木）板。

二、施工規(guī)范

1. 一般規(guī)定

地基處理工程應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境、施工方法、機械設(shè)備等情況進行危險源辨識和風(fēng)險評估，制定應(yīng)急預(yù)案并采取相應(yīng)的安全措施。

1.1地基處理應(yīng)考慮下列主要危險源、危害因素：

(1)機械作業(yè)時傾覆；

(2)施工影響毗鄰的既有建（構(gòu)）筑物和設(shè)備、管線；

(3)機械現(xiàn)場組裝和操作、機械作業(yè)用電及防雷；

(4)大風(fēng)等惡劣氣候條件下人員和機械安全；

(5) 施工噪聲、排放泥漿等環(huán)境因素。

1.2 機械設(shè)備的管理與防護除應(yīng)符合《鐵路工程基本作業(yè)施工安全技術(shù)規(guī)程》TB10301-2009第8章的規(guī)定外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)機械進場前，應(yīng)調(diào)查行駛道路和作業(yè)現(xiàn)場的情況，了解影響范圍內(nèi)既有建（構(gòu)）筑物和設(shè)備的分布，探明地下和空中的管線并制定相應(yīng)的安全措施。

(2)作業(yè)場地及行走范圍應(yīng)保持平整并滿足相應(yīng)的承載力等要求

(3)機械系統(tǒng)的能力應(yīng)與施工要求相匹配，現(xiàn)場裝配應(yīng)由專業(yè)人員負責(zé)。作業(yè)時應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作。

(4)大型機械作業(yè)或多機配合作業(yè)時，應(yīng)設(shè)專人統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

(5)作業(yè)人員登高檢查或維修時應(yīng)系安全帶并防止墜物傷人。

(6)大霧、暴雨、大風(fēng)等氣候條件下應(yīng)提前對現(xiàn)場機械采取防護措施。情況特別惡劣時應(yīng)停止作業(yè)。

2. 原地面處理和換填

2.1換填施工時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1) 清淤作業(yè)應(yīng)防止人員陷入，軟土地段機械作業(yè)應(yīng)考慮地基承載力能否滿足機械作業(yè)要求，不能滿足應(yīng)采取必要的安全措施。

(2)開挖、運輸裝卸、填筑碾壓應(yīng)符合本規(guī)程第4章、第5章的相關(guān)規(guī)定。

(3)重錘夯實時，應(yīng)符合本規(guī)程3.1.4的規(guī)定。

(4)接觸灰土的作業(yè)人員，應(yīng)佩戴口罩和手套等防護用品并在上風(fēng)口作業(yè)。

2.2 原地面處理和換填施工作業(yè)應(yīng)按進行檢查，并認真填寫檢查記錄表。對檢查中發(fā)現(xiàn)的不符合規(guī)定的情況，應(yīng)按表2.0.5簽發(fā)安全檢查整改通知單，限期整改，并跟蹤驗證。

3.混凝土灌注樁

3.1作業(yè)場地應(yīng)平整、堅實。鉆機安裝時，機架應(yīng)墊平，并設(shè)置必要的纜風(fēng)繩及地錨等以保持穩(wěn)固。

3.2鉆機成孔作業(yè)時應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1) 作業(yè)前，應(yīng)檢查各部位情況，確認一切正常后方可啟動。

(2)鉆進中，應(yīng)隨時觀察鉆機的運轉(zhuǎn)情況，當(dāng)發(fā)生異響、鉆機搖晃異常等情況時，應(yīng)立即停機檢查，排除故障后方可繼續(xù)施鉆。

(3)提鉆、下鉆時，應(yīng)輕提輕放，嚴(yán)禁鉆桿在旋轉(zhuǎn)時提升。

(4)高壓膠管下，禁止站人。

(5)改變鉆桿回轉(zhuǎn)方向時，應(yīng)先停鉆后改變鉆向。

3.3鋼筋籠吊裝及混凝土灌注應(yīng)符合《鐵路工程基本作業(yè)施工安全技術(shù)規(guī)程》TB10301第10章、第11章的相關(guān)規(guī)定。

3.4 泥漿池應(yīng)設(shè)防護欄和警示標(biāo)志，廢漿、廢渣處理應(yīng)符合環(huán)保要求。

3.5成孔后應(yīng)及時灌注。未及時灌注的孔應(yīng)加蓋保護并設(shè)警示標(biāo)志，

3.6 混凝土灌注樁施工作業(yè)應(yīng)按表3.5.6進行檢查，并認真填寫檢查記錄表。對檢查中發(fā)現(xiàn)的不符合規(guī)定的情況，應(yīng)按表2.0.5簽發(fā)安全檢查整改通知單，限期整改，并跟蹤驗證。

4.擠密樁

4.1施工前應(yīng)評估擠密作業(yè)對影響范圍內(nèi)的既有建（構(gòu)）筑物和設(shè)備的影響，并根據(jù)評估結(jié)果采取挖防振溝或選用適宜的施工方法。

4.2采用振動法或錘擊法沉管作業(yè)時，應(yīng)符合本規(guī)程第3.4節(jié)的規(guī)定。

4.3擠密作業(yè)應(yīng)從逐漸遠離既有建（構(gòu)）筑物及設(shè)備方向順序施工。

4.4成孔后應(yīng)及時填料，成排施工時應(yīng)間隔進行。

4.5擠密樁施工作業(yè)應(yīng)按表3.7.5進行檢查，并認真填寫檢查記錄表。對檢查中發(fā)現(xiàn)的不符合規(guī)定的情況，應(yīng)按表2.0.5簽發(fā)安全檢查整改通知單，限期整改，并跟蹤驗證。

5.粉(漿)體噴射攪拌樁

5.1 粉(漿)體噴射攪拌樁施工應(yīng)符合環(huán)境保護方面的規(guī)定。

5.2粉體噴射攪拌作業(yè)時應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)作業(yè)人員應(yīng)按規(guī)定佩戴口罩和防護鏡等防護用品。

(2) 應(yīng)在孔口設(shè)噴料防護裝置，當(dāng)噴嘴提升近地面時，應(yīng)減壓噴粉，當(dāng)距地面50cm時應(yīng)停止噴粉。

(3)清洗機具時，噴頭嚴(yán)禁對人。

5.3 漿體噴射攪拌作業(yè)時應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)噴嘴提升近地面時，應(yīng)控制壓力和流量。

(2)作業(yè)時的廢漿、廢渣應(yīng)及時處理。

(3)清洗機具時，噴頭嚴(yán)禁對人。

5.3粉（漿）體噴射攪拌樁施工作業(yè)應(yīng)按表3.11.4進行檢查，并認真填寫檢查記錄表。對檢查中發(fā)現(xiàn)的不符合規(guī)定的情況，應(yīng)按表2.0.5簽發(fā)安全檢查整改通知單，限期整改，并跟蹤驗證

6. 堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓

6.1 施工前應(yīng)做好周邊排水設(shè)施。

6.2堆載體的裝、運、卸應(yīng)符合本規(guī)程第5.4節(jié)的規(guī)定并不得破壞豎向排水體以及埋設(shè)的其他裝置。

6.3 堆載預(yù)壓施工應(yīng)分期、分級堆載并滿足沉降速率。預(yù)壓期間應(yīng)隨時檢查，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

6.4真空預(yù)壓作業(yè)應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)管路中應(yīng)設(shè)止回閥和截門。

(2)薄膜熱粘時嚴(yán)禁有熱穿及熱粘不緊等問題。

(3)過濾管周圍必須填實，嚴(yán)禁架空漏填。

(4)密封溝回填應(yīng)避免回填料直接撞擊密封膜，防止被擊破漏氣。

(5)真空預(yù)壓前應(yīng)檢查真空泵各部位、連接管以及儀表的完好情況。

(6)預(yù)壓期間應(yīng)隨時檢查預(yù)壓情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)采取相應(yīng)措施

6.5 堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓施工作業(yè)應(yīng)按表3.14.5進行檢查，并認真填寫檢查記錄表。對檢查中發(fā)現(xiàn)的不符合規(guī)定的情況，應(yīng)按表2.0.5簽發(fā)安全檢查整改通知單，限期整改，并跟蹤驗證。

三、技術(shù)要求

1.路基結(jié)構(gòu)簡述

1.1路基面：路基的頂面。路基面寬度設(shè)計為11.0m，路基面兩側(cè)稱為路肩，路基面應(yīng)做成路拱，本段路基路拱設(shè)計為三角形，拱高0.2m，路拱底寬同路基面即11.0m，路基頂面高程為設(shè)計高程加沉降量，考慮到預(yù)留沉落加高量，邊坡應(yīng)較設(shè)計坡度稍后施工。

1.2路基基床。路基基床是指路肩施工高程至其下1.2m范圍，其中：路肩高程至其下0.5m范圍稱基床表層，表層以下0.7m范圍稱為基床底層。

1.3路堤。除路基基床部分之外的填土路基稱為路堤。

2.路基填土土質(zhì)要求

根據(jù)路基可取土土質(zhì)情況，采用鐵路路基填料粘砂土和砂粘土作為路基填土用土。土質(zhì)的要求：必須符合設(shè)計院對土質(zhì)取樣試驗的標(biāo)準(zhǔn)，其參數(shù)如下：⑴液性界限（簡稱液限）WL：是指粘性土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉軤顟B(tài)的限界含水量，以百分?jǐn)?shù)計即W1=x%，路基填土所用砂粘土的液限W1≤26%；⑵塑性界限（間稱塑限）Wp：是指粘土由半干硬狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的限界含水量，單位同液限；⑶塑性指數(shù)IP：是指粘性土的液限值與塑限值之差即IP=W1一Wp，其中：3＜IP≤7為粘砂土，7＜IP≤17為砂粘土。

3.Evd動態(tài)變形模量測試儀應(yīng)用前景

近年來，隨著Evd動態(tài)變形模量測試儀的研究、引進與應(yīng)用，我國對該項技術(shù)的了解和掌握也在不斷地深入。動態(tài)變形模量Evd無論從定義、原理，還是儀器的精度、可靠性以及操作等方面與地基系數(shù)K30相比均具有明顯的合理性和優(yōu)越性，其中，Evd為動載測試，符合土體實際受力狀況，且Evd儀器體積小、重量輕、便于攜帶、安裝及拆卸方便、操作簡便、自動化程度高、測試速度快、性能穩(wěn)定、測試精度高、檢測費用低、適應(yīng)范圍廣，設(shè)計上以人為本，無任何核輻射、廢氣等污染，屬于環(huán)保型技術(shù)。

四、施工方法和施工工藝

在既有營業(yè)線利用4h“天窗”施工時間內(nèi)進行線上機械、人工大規(guī)模施工作業(yè)，通過運用水泥土擠密樁提高基床承載力，并在夯入復(fù)合材料過程中對樁周圍原有填土進行橫向擠密，從而達到提高路基承載力作用的技術(shù)原理。以下對在既有線上用水泥土擠密樁加固路基的施工方法和施工工藝做如下研究探討：

1.水泥擠密土加固機理

水泥土擠密樁加固是基于復(fù)合地基原理的一種加固方法。通過在軌枕間挖孔并夯入水泥土，利用水泥土擠密樁的高強度和成樁過程中的擠密作用達到提高路基基床承載力。

1.1由于成孔過程中采用鋼套管跟進成孔免除扒碴，所以能在成孔過程中避免道碴塌陷，確保道床技術(shù)狀態(tài)不受影響。

1.2成孔后將拌和好的水泥土分次倒入孔內(nèi)，并用橄欖錘夯實。用橄欖錘夯實水泥土能對周困土體產(chǎn)生擠壓，增強了周圍土的密實度和壓縮模量，水泥土擠密樁形成的縱橫骨架網(wǎng)絡(luò)也起到了提高路基基床承載力的作用。

2.施工工藝，水泥土擠密樁加固路基基床施工工藝流程

2.1樁孔定位。 施工時縱向間隔7排軌枕，橫向按先兩邊后中間及相鄰兩孔不同時的原則施工。

2.2成孔。采用護筒跟進成孔，在下護筒的同時就必須安好墊布。護筒擺放就位后，用取碴器從筒內(nèi)取出道碴，逐漸下沉直至基床表面，并取出筒內(nèi)全部道碴。在道碴層護筒的引導(dǎo)下，使用旋鉆器成孔至設(shè)計深度。

2.3原材拌和：（1）材料要求。水泥土復(fù)合材料由水泥、粘性土、水3種材料組成：水泥采用PoR32.5水泥，用量為干土質(zhì)量的10%；水為飲用水；土為粘性C類土，如砂粘土、粘砂土。各原材須由試驗室做成樁試驗，確定配比及施工控制參數(shù)。（2）拌和及運輸。分段采取機械集中拌和、人工裝袋（每袋25kg左右）、汽車和人工倒運的運輸方式。

2.4回填。將袋裝水泥土分層倒入孔內(nèi)，每次1袋。每層的松鋪厚度40cm。

2.5夯實 。夯實與水泥土倒填交替進行，每層填料均以橄欖錘夯實致密，其控制技術(shù)參數(shù)按成樁試驗報告而定。橄欖錘應(yīng)盡量避免碰撞孔壁和套筒。如果橄欖錘下落時有碰壁現(xiàn)象，應(yīng)適當(dāng)增加夯吉次數(shù)。最后一層水泥土夯實后，再倒入1～2kg水泥土，用平底錘夯擊25次，并使樁的頂面略高出基床表面頂面1～2cm。

2.6起拔套筒，搗實道碴。成樁后應(yīng)分次向護筒內(nèi)填入道碴，每次用橄欖錘夯擊15次后再填入道碴直至將護筒拔出，并將孔口填平搗實。如遇枕底有碴空，須用大頭鎬串碴致密。

3.質(zhì)量控制與檢驗

3.1質(zhì)量控制

施工前應(yīng)在既有線相應(yīng)施工段落的路肩上進行成樁試驗，確定施工控制參數(shù)，并且每完成10000m樁體施工或土質(zhì)發(fā)生變化時，應(yīng)重新做成樁試驗。同時要嚴(yán)格操作工藝，確保水泥在初凝時間內(nèi)完成拌和及回填。

3.2質(zhì)量檢驗：（1）取樣檢驗（環(huán)刀法或核子密度儀法）。從樁體中鑿取成樁試塊與室內(nèi)制作的試塊進行強度比較。 （2）采用標(biāo)準(zhǔn)貫入或輕型動力觸探方法檢查樁體的均勻性和強度。

4.安全措施

4.1車站聯(lián)絡(luò)員沒有下達封鎖線路命令，任何人不準(zhǔn)上道作業(yè);車站聯(lián)絡(luò)員下達封鎖線路命令給區(qū)段作業(yè)施工負責(zé)人，區(qū)段作業(yè)施工負責(zé)人再向各施工小組及安全員下達開工命令。

4.2安全防護員、安全巡視員要高度負責(zé)，防止鄰線行車危急施工人員的生命安全，施工人員要時刻注意，不要將施工工具隨意亂放，特別是影響鄰線行車的地方更要注意。安全檢查人員要時刻督促檢查，對危急行車安全及可能引起軌道聯(lián)電的一切行為要給予堅決制止，各施工小組施工完成后，要經(jīng)質(zhì)量檢查員同意后才可離開施工現(xiàn)場，除區(qū)段施工負責(zé)人以外，任何人沒權(quán)通知車站聯(lián)絡(luò)員消點開通線路。

5.效果

工程擠密樁完成后，基床經(jīng)水泥土擠密樁的加固施工，經(jīng)運行和沉降、位移監(jiān)測，無翻漿、積水和下沉、移位等病害現(xiàn)象發(fā)生，基床很穩(wěn)定、堅固。