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        鐵路地基加固方式概述

        2011-04-14 01:21:10胡勇剛
        四川建筑 2011年2期
        關(guān)鍵詞:密法路堤深層

        胡勇剛

        (成都鐵路局重慶建設(shè)指揮部,重慶 400023)

        高速鐵路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與普通鐵路相比有大幅度提高,對(duì)地基工后沉降的要求也越來(lái)越嚴(yán),地基處理技術(shù)也應(yīng)鐵路發(fā)展要求飛速發(fā)展,新方法、新工藝不斷涌現(xiàn)。地基處理的目的就是利用置換、擠密、排水、交接、加緊和熱學(xué)等方法對(duì)地基土進(jìn)行加固,以改善壓縮層內(nèi)一部分或全部地基土的強(qiáng)度、壓縮性、滲透性、動(dòng)力特性和特殊土地基特性。

        地基處理方法,主要有換土墊層法、反壓法、排水固結(jié)法、動(dòng)力壓密法、深層擠密樁法、高強(qiáng)度樁—網(wǎng)復(fù)合地基等。

        1 換土墊層法

        換土墊層就是將基礎(chǔ)底面以下不太深的一定范圍內(nèi)的軟弱土或不良土清除,分層置換質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定、壓縮性較小、具有抗侵蝕性的砂、礫、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、礦渣等材料,并同時(shí)以人工或機(jī)械方法分層壓、夯、振動(dòng),使之達(dá)到要求的密實(shí)度,形成良好的人工地基。按施工方法的不同,換填法可分為(1)機(jī)械換土法,包括機(jī)械碾壓法、重錘夯實(shí)法、震動(dòng)壓實(shí)法等;(2)爆破排淤法,包括先爆后填和先填后爆兩種方法;(3)拋石排淤法,這種方法不用排水,不用挖淤,施工簡(jiǎn)單迅速,適用于湖塘河流等積水洼地;(4)砂墊層法,在軟土地基上鋪設(shè)一層砂,再在上面填筑路堤,這砂層就稱砂墊層,可分為排水砂墊層和換土砂墊層。換土墊層地基處理法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理,同時(shí)可以有效地處理某些荷載不大的建筑物地基問(wèn)題[2]。

        2 排水固結(jié)法

        在軟粘性土地基特別是飽和粘性土地基上施加靜載時(shí)地基將出現(xiàn)很大的塑性剪切變形直至發(fā)生破壞,或者靜荷載低于地基的承載能力,地基土體隨時(shí)間推移而產(chǎn)生沉降或沉降差異,使建筑物產(chǎn)生變形、裂縫、甚至引起建筑物倒塌。排水固結(jié)法就是通過(guò)改善地基排水條件和施加預(yù)壓荷載,加速軟基中孔隙水的排出,加快其固結(jié)壓縮,使其密度增加、強(qiáng)度提高,減少工后沉降。主要方法有:堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、砂井預(yù)壓法、袋裝砂井法、排水紙板法、井點(diǎn)降水法、電滲預(yù)壓法。應(yīng)用排水固結(jié)法加固軟粘土地基,其施工順序如下:(1)鋪設(shè)水平排水墊層;(2)設(shè)置豎向排水體;(3)埋設(shè)觀測(cè)設(shè)備;(4)實(shí)施預(yù)壓;(5)檢查預(yù)壓效果;(6)若不滿足設(shè)計(jì)要求,則更改設(shè)計(jì)至滿足設(shè)計(jì)要求為止。從施工角度分析,要保證排水固結(jié)法的加固效果,主要要做好三個(gè)環(huán)節(jié),即鋪設(shè)水平排水墊層、設(shè)置豎向排水體、施加固結(jié)壓力。這類方法設(shè)計(jì)理論成熟,施工經(jīng)驗(yàn)豐富應(yīng)用極為廣泛,但也有其缺點(diǎn),那就是時(shí)間一般較長(zhǎng),預(yù)壓所需的荷重較多。

        3 反壓法

        在軟弱土地基上修筑高路堤等設(shè)計(jì)高度超過(guò)地基填土的極限高度時(shí),在路堤的兩側(cè)加上一定寬度和高度的反壓臺(tái)(或稱反壓護(hù)道),在反壓臺(tái)垂直荷載的作用下,因路堤荷載致使其兩側(cè)地基又被擠出隆起的趨勢(shì)得以平衡,從而保證路堤地基的穩(wěn)定,這種方法成為反壓法。反壓法由路堤等土方工程的放緩邊坡演變而來(lái),因?yàn)榉磯号_(tái)的存在,加寬了荷載的分布寬度,減小了地基上的單位寬度,因此它比放緩邊坡更有效。

        4 動(dòng)力壓密法

        所謂動(dòng)力壓密法,就是采用動(dòng)荷載對(duì)地基進(jìn)行加固的方法。其作用機(jī)理是利用動(dòng)荷載使飽和砂土或粒狀土產(chǎn)生液化,從而引起土體原有結(jié)構(gòu)的破壞,土粒排水?dāng)D密,強(qiáng)度提高。動(dòng)力壓密法經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、倉(cāng)庫(kù)、油罐、公路、鐵路及飛機(jī)場(chǎng)跑道等地基處理中,主要適用于加固沙土和碎石土、低飽和度粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基,效果好、造價(jià)低、工期短。主要方法有:強(qiáng)夯法、重錘夯實(shí)法、爆破法、振動(dòng)擠密法、機(jī)械壓實(shí)法。

        5 加筋土法

        加筋土法是在土體中埋置各種性質(zhì)不同的材料,如土工織物、土工格柵、鋼帶等形成加筋土墊層,使人造材料和土體形成整體,增大壓力擴(kuò)散角,提高土體的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度,減少沉降,也可用于形成加筋土擋土墻。適用于路堤軟土軟基處理、擋土墻。主要方法有:錨桿法、加筋土法。

        6 深層擠密樁法

        深層擠密樁法是以振動(dòng)和沖擊方法成孔,然后向孔中填入砂、石、土、灰、或其它材料,將材料搗實(shí)擠入軟土地基中,在地基中造成直徑較大的密實(shí)柱體,稱為擠密樁。深層擠密樁屬于柔性樁加固地基的范疇,其作用機(jī)理是通過(guò)深層地基擠密,使土體顆??拷瑴p小土體中的孔隙,土的骨架作用隨之增強(qiáng),強(qiáng)度提高。另外,樁體本身也是一個(gè)排水通道(主要指擠密砂樁或碎石樁),且有較大承載能力和變形模量,與土體組成復(fù)合地基能減小路堤荷載作用下的沉降量。適用于砂性土、粉土和部分粘土,而石灰樁也適用于粘性土。主要方法有:砂樁擠密法、振動(dòng)水沖法、石灰樁擠密法、土樁和灰土樁擠密法。

        7 深層攪拌法

        深層攪拌法利用水泥或石灰作固化劑,利用深層攪拌機(jī)將其和地基中的軟粘土原位攪拌形成圓柱狀、格柵狀或連續(xù)墻水泥土增強(qiáng)體,形成復(fù)合地基以提高地基承載力,減小沉降。深層攪拌法分為噴漿攪拌法和噴粉攪拌法兩種。適用于淤泥、淤泥質(zhì)土和含水率較高、地基承載力不大于120 kPa的粘性土、粉土等軟土地基。用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時(shí),宜通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性。使用的主要材料為水泥。使用的主要機(jī)械設(shè)備為深層攪拌機(jī),其按攪拌軸分為單軸和雙軸兩種,按噴射方式分為漿液噴射和粉體噴射兩種。漿液噴射主要有灰漿攪拌機(jī)、灰漿泵;粉體噴射主要有粉體發(fā)送器、空氣壓縮機(jī)以及計(jì)量器等。

        8 高壓噴射注漿法

        高壓噴射注漿法先利用工程鉆孔機(jī)鉆孔作為導(dǎo)孔,將帶有特殊噴嘴的注漿管插入設(shè)計(jì)的土層深度,然后將水泥漿(或水)以高壓流的形式從噴嘴內(nèi)射出,沖擊切削土體,土體強(qiáng)度破壞,土顆粒從土層中剝落,與水泥漿(或水和低壓水泥漿)攪拌形成混合漿液。一些土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等力的作用下,按一定的漿土比例和質(zhì)量大小,有規(guī)律的重新排列。這樣從下往上不斷噴射注漿,混合液凝固后,便在土層中形成一定強(qiáng)度的固結(jié)體,以達(dá)到一定的工程目的。其法特別適宜在施工場(chǎng)地狹窄,凈空低,上部土質(zhì)堅(jiān)硬,下部軟弱,施工時(shí)不能停止生產(chǎn)運(yùn)營(yíng),不能中斷行車,不能對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生公害和不能影響鄰近建筑物時(shí)使用。高壓噴射注漿法有多種分類方法,按噴射流移動(dòng)軌跡可分為旋噴,定噴和擺噴;按注漿管類型可分為單管、二管(或二重管)、三管(或三重管)、多重管和多孔管;按固結(jié)方式可分為噴射注漿和攪拌噴射注漿;按置換程度可分為半置換和全置換。

        9 高強(qiáng)度樁-網(wǎng)復(fù)合地基

        高強(qiáng)度樁-網(wǎng)復(fù)合地基是屬于“水平向增強(qiáng)體型+豎直向增強(qiáng)體型”的復(fù)合地基模式,主要是指在軟基加固的樁頂上鋪設(shè)一層加筋墊層。加筋墊層是在基底的砂或碎石墊層中加鋪一層或多層土工合成材料(如土工布、土工織物或土工格柵等)而形成,結(jié)構(gòu)中的樁由高強(qiáng)度樁(強(qiáng)度不低于C15~C25素混凝土樁)處理加固區(qū)[3]。

        10 巖溶注漿法

        巖溶注漿即將水泥漿液在一定壓力作用下注入巖溶裂隙、溶洞中以及軟塑黏土體孔隙中,首先是填充巖溶溶洞及巖溶裂隙,其次是封閉巖、土界面,形成隔水帷幕,阻隔上層滯水與巖溶水的聯(lián)系;通過(guò)注漿填充液凝固后,具有的剛性和強(qiáng)度而改變巖層及土體的性狀,使巖土的變形受到約束,強(qiáng)度得到提高,從而達(dá)到控制地基整體沉降、減少變形的效果。巖溶注漿法主要用于巖溶地區(qū)。

        不同的地基處理方式其原理和施工工藝均不相同,適合不同的地質(zhì)條件、施工條件及不同的環(huán)境氣候,在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中應(yīng)因地制宜地選擇一種或綜合運(yùn)用幾種地基處理方法,做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。

        [1]王其昌.高速鐵路土木工程[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1999

        [2]白崇平.換土墊層地基處理法的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[J].甘肅科技,2008,24(1)

        [3]裴富營(yíng).客運(yùn)專線高強(qiáng)度樁復(fù)合地基承載特性試驗(yàn)研究[D].西南交通大學(xué),2009

        [4]梁樹榮.淺析路基巖溶注漿[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2009(13)

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