水泥挤密桩加固既有铁路基基床施工技术探讨
2015-06-15
1 水泥土挤密桩加固既有铁路基基床原理
水泥土挤密桩加固是基于复合地基原理的一种加固既有路基的方法。通过在线路轨枕间既有路基内挖孔并夯入复合材料（水泥、粘性土、水按比例拌合而成） 置换孔内基床填筑物，填料分层夯实，利用水泥土挤密桩的高强度和成桩过程中对填料以及桩周围原有基床沿水平与垂直方向的挤密作用达到提高路基基床承载力的效果。
1）由于成孔过程中采用钢套管跟进成孔，免除扒碴，所以能在成孔过程中避免道碴塌陷，确保道床技术状态不受影响。
2）成孔后将拌和好的水泥土分次倒入孔内，并用橄榄锤夯实。用橄榄锤夯实水泥土能对周围土体产生挤压，增强了周围土的密实度和压缩模量；水泥土挤密桩形成的纵横骨架网络也起到了提高路基基床承载力的作用。
2 水泥土挤密桩适用范围
本次胶济电气化改造工程中水泥土挤密桩主要运用于时速200Km利用既有线地段路桥、路涵、既有路基与改建路基过渡段基床下沉、翻浆冒泥等病害地段及基床表层地基系数K30小于1.5Mpa/cm地段的路基基床加固。主要是新旧线路过渡段及桥台两侧过渡段，新旧线路过渡段桩长1米，桥台两侧各20米范围内桩长1.5米，无缝线路绝缘接头前后各4个枕木孔不施工。
3 水泥土挤密桩技术要求
3.1 水泥土挤密桩的合成
填充材料水泥稳定土由水泥、砂、土和水四种材料组成。水泥采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥；土为一般粘土，需通过4mm的孔筛；砂采用粒径小于5mm，级配良好的中（粗）砂；水为饮用水。配合比试验参照建指提供水泥掺量及其他单位经验数据试配：水泥：土：砂：水=1：4.54：5.46：1.02；最大干密度为2.06g/cm3；最优含水量为9.3%。结合现场试验，实测干密度为2.03 g/cm3，含水量8.7%，密实系数达到0.985，满足密实系数不小于0.98的要求。由于抗压强度需待7d后获得，所以水泥掺量有待进一步调整。每天施工前核定土的含水率是否为合理值，以保证拌和后水泥土的含水量接近最佳含水量。水泥土拌制根据回填要求随拌随用，已拌水泥土不得超过24小时或隔夜使用；被雨水淋湿、浸泡的水泥土严禁使用，按作废处理。下雨期间不进行水泥土拌制。
3.2 水泥土挤密桩的桩位布置
根据设计文件，在每个枕木盒内布置6根挤密桩，挤密桩桩径为0.24m，填料夯击后扩大为0.30m。挤密桩施工长度为自道碴顶面至桩底的长度，路桥过渡段设计有效桩长为1.5m（即路基面往下1.50m），路涵过渡段设计有效桩长1.0m（即路基面往下1.00m），其它需布置地段均按每个枕木盒连续布置，设计有效桩长1.0m（即路基面往下1.00m）。
桩距沿线路纵向为0.543m（即轨枕数量为1840根/km的轨枕间距），横向为0.6m。两轨之间2根，两轨外各1根。枕木头外各1根，横向计6根，均匀布置。具体桩位布置见图1双线地段基床表层挤密桩加固桩位布置示意图。
4 水泥土挤密桩施工工艺方法
水泥土挤密桩的成孔采用自制小型机械钻孔和人工挖孔两种方法，互为补充、互相结合。但自制小型机械的操作程序较为复杂，且重量较大，上下线路很不方便灵活，故在此次胶济线电气化改造施工中主要采用手工工具进行施工。
4.1 桩孔定位
在开工前，技术人员提前1天按照设计要求的桩位标准和纵横距离在枕木上准确标出施工桩孔位置或在既有钢轨内侧轨底面上顺序编号（每排桩），既有线拨移地段按照设计线位放线后于要点前1天用白灰将线路中心、每排桩、每根桩位表示出来，并在每排桩左侧1m处打桩编号。
4.2 清碴
将桩孔位置的道碴清到与枕底齐平，尽量避免超挖或欠挖。
4.3 埋设护筒取道碴
按隔六干一的原则埋设钢护筒，取出护筒内道碴。每套护筒分三节，每节长30cm，内径24cm。在扒平道碴的孔位上安设第一节钢护筒，其位置应在枕木孔中心，筒体摆放要垂直，不得向任何方向倾斜，护筒上口不得超过钢轨顶面，以免侵限，阻碍列车运行。安设在钢轨内侧的护筒与钢轨相邻的筒壁外缘与轨头内侧面不应小于10公分，以免列车通过时轮缘碰撞造成事故。如果是封锁线路施工，可不受此限制。应在护筒周围埋少量道碴，保持护筒的稳定。
在第一节护筒埋设完毕后，用取碴器、收碴盘和钢钎将护筒内的浮碴掏净。当道碴紧密、板结不能扒动时，应用钢钎把道碴撬松，再用取碴器扒碴。在护筒内的石碴扒到一定深度时，应盖上护筒盖，用手锤轻轻敲击，让其随着道碴的取出而逐渐下沉，直到护筒的上缘与道碴面齐平。护筒由4-5mm厚钢板制成，在敲击护筒时，不可用力过大，以免护筒发生变形。
在第一节护筒埋设完毕后，将第二节护筒安放在其上端并顺时针方向旋转，使第一节护筒的侧耳与第二节套筒的钩销扣住，将两节护筒连接在一起，但应保证随时都能将护筒分开，以确保在运营条件下施工方便、安全。然后用取碴器继续钩出石碴，并将护筒逐渐下沉。在护筒下沉过程中，应使护筒保持垂直。直到护筒底下沉到路基面为止。
4.4 取土挖孔
在护筒下沉到基床表面以后，用1mx1m的彩条布（中间挖空）套在护筒外侧，以免取土时污染道床。此时用旋转取土铲和取土器，在基床上取土，直至设计深度，用橄榄锤夯实底部浮土，结束挖孔。旋转取土铲由钻体和旋转手柄组成，取土时将钻头在基床内旋转切削成孔，取出的土倒入预先准备的容器内，运出路外。取土器工作手柄可上、下移动位置，以调节适于工作的高度。在手柄移动位置后注意用销钉销住。 4.5 桩孔检查验收
挖桩成孔后立即报告施工点质量负责人及现场监理工程师对孔径、孔深进行实测，量测工具采用两把带刻度的木尺，量测时一把水平横搭在两根钢轨上，另一把垂直插入孔内（竖直木尺制作成丁字形状，横丁长0.23m，竖杆长2.5m，其中1.86m、2.36m处作好刻画），达到要求（桩长1.0m时，检测标准为自轨顶面至孔底1.86m；桩长1.5m时，检测标准为自轨顶面至孔底2.36m，桩长偏差不得少于0.03m，桩径检测标准以横丁能自由下至孔底为宜）后方可进行下一道工序即灌注稳定土。超挖部分必须采用稳定土填充并按要求夯实。严禁用其他材料填充。
4.6 水泥稳定土拌和
采用搅拌机拌合 ，人工按当天实测砂、土含水量后调整的施工配合比配料，按每根桩的用量分别装袋运输的办法。具体配合比应根据现场试验确定，拌和时严格执行重量配合比，随用随拌，确保水泥在初凝时间内填入桩内并加以夯实。填料的含水率是影响成桩干密度的主要因素，施工时应严格控制填料含水量。
4.7 装填
每根桩体积：V=∏（0.24/2）2X1.0=0.0045m3，按照理论配合比计算，每根桩需用拌和料91.8kg，根据现场调整后的施工配合比计算出每根桩实际用料。计划将拌和好的材料分三层装入孔中，每次35kg左右，将拌和材料按照每次装填数量的要求，将材料倒入孔中，每次装填量控制在65cm，以使夯击后厚度不大于30cm为宜。最后一次的装填量，控制在平锤夯击后桩的顶面稍高于套筒下端口平面1-2cm.
4.8 夯击填料
夯击与材料装填交替进行，夯击方式有两种，锥夯与平夯。整个夯实作业过程采用锥夯，平夯仅用来桩顶夯平。
当一层材料装填完毕后，用锥体夯进行夯实作业，将抓环套在夯杆上，用销钉销住，夯击者用力举起夯锤自由下落进行夯实。夯实时锤头下落高度为不小于60cm，每层夯击不应少于25次。在夯锤举起及下落时，应注意避免碰撞孔壁和护筒。
在最后一次填料夯实后，再装入少量填料，用平夯夯击10次，使桩顶高于护筒下缘1-2cm，并将桩顶拍平。
4.9 起拔护筒、捣实道碴
在夯实作业完成后，最上端一节护筒的顶面放上提梁，并将提梁沿顺时针方向转动，使套筒的侧耳与提梁的钩销扣紧，然后在提梁上穿上钢钎，由两人将套筒向上轻轻提起，在提起套筒前，应首先往套筒内装入少量石碴，然后往上提，逐渐向护筒内填入石碴，边填边夯击边拔起护筒，以保持套筒外轨枕下的道碴不致松动坍塌，直至套筒全部提出道碴面以外。
5 水泥土挤密桩施工质量控制方法
5.1 水泥土挤密桩的数量、布置形式及间距应符合设计要求
5.2 水泥土挤密桩的桩长、桩顶标高及直径符合设计要求
埋设护筒时位置要准确，垂直，技术人员随时用带有刻度的木靠尺检查成孔深度、孔径、护筒垂直度。最后一层填料夯实，用盒尺检验，保证桩顶与路基面齐平。
5.3 所用原材料必须经检验合格后方可使用
进场土料必须测定其含水量，如含水量过大或过小，必须晾晒或加水搅拌，再测定其含水量直至达到最佳含水量且通过4mm筛后方可使用。水泥土应随拌随用，不得超过水泥的初凝时间。在施工过程中，严格按配合比施工，由专人负责过磅。在原材料无变化时应进行定期试桩。原材料一旦发生变化必须通过试桩，重新确定施工参数。
5.4 桩体无侧限抗压强度和压缩模量应符合设计要求
5.5 水泥土挤密桩处理后桩间土的干密度和压缩模量应符合设计要求
5.6 雨季或低温季节施工，应采取防雨或防冻措施，防止灰土和土料受雨水淋湿或冻结
5.7 水泥土挤密桩施工属隐蔽工程，施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工
6 结论
结合本工程的实践经验，再次验证了水泥土挤密桩确实是一种方法简便、效果好的路基加固方法。
