铁路技术论文：土桩法在铁路路基的技术探究

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本文作者：王铸宋绪国工作单位：铁道第三勘察设计院集团有限公司

施工机具及监测仪表

施工机具斜向水泥土桩法施工的主要机具有旋喷钻机、喷射注浆管、高压注浆泵、泥浆搅拌机(含搅拌筒)、高压胶管、发电机、排浆泵等。(1)旋喷钻机旋喷钻机是斜向水泥土桩法的必要设备。旋喷钻进对钻机的基本要求是:钻进提升速度为10~30cm/min;旋转速度15~30r/min;提升力为10~30kN。主要常用旋喷钻机有MGJ50型锚固旋喷工程钻机、XP50A型旋喷钻机、GD2型旋喷钻机、MG50AX旋喷钻机、GX1型旋喷钻机、MGJ50A型钻机等。(2)喷射注浆管喷射注浆管是进行斜向水泥土桩法施工的专用设备。它由单管导流器、钻杆和喷射头三部分组成。(3)高压注浆泵高压注浆泵是液态单管旋喷的专用设备,高压注浆泵的压力通常要求能在15MPa以上。适合高压喷射注浆用的高压注浆泵一般采用SNCH300型黄河牌压浆车、XPB90D型高压注浆泵、GZB40C型高压注浆泵、GPB90型高压旋喷注浆泵等。(4)泥浆搅拌机泥浆搅拌机是搅拌水泥浆的专用设备,可根据喷射量自行设计、加工制造。根据经验,单机高压喷射注浆时,泥浆搅拌机的容积宜在12m3左右,搅拌翼的旋转速度可为30~40r/min。(5)高压胶管高压胶管是钻机与高压注浆泵之间的软性的连接管路。一般采用高压钢丝缠绕胶管,其工作压力不低于喷射泵压,常用内径准19~25mm。(6)发电机在施工现场外部电源接入困难时,需在施工现场自行发电,为旋喷钻机、高压注浆泵、泥浆搅拌机等施工机械设备提供充足的电源。因此,需根据施工现场的用电总量配备相应的发电机。(7)排浆泵在进行斜向水泥土桩施工时,施工现场会产生大量废浆,为了保证施工场地清洁干净,防止污染环境,应尽快将废液排走。但是,有些工地由于施工场地限制,无法将废液通过排污沟自行排走,需提供排浆泵将废液及时抽走。排浆泵一般采用低压泥浆泵,例如BW120型泥浆泵。监测仪表为了控制斜向水泥土桩的质量达到设计要求,必须对各种喷射介质的压力和流量及喷头的旋转速度和提升速度等参数用仪器记录下来,一则可以当各种参数超过或低于设计值时,及时闪光鸣笛报警,施工人员及时检查排除故障,二则可作为原始记录存档。监测系统主要分为两大部分,即一次仪表和二次仪表。一次仪表由各种传感器(各种变换器、转换器)组成,二次仪表由记录仪、毫安表、积算仪等组成,另外还有越限警报及启动停止控制等。

斜向水泥土桩法的施工

组织与准备工作施工前要做好现场复查和编制施工组织设计等多项组织与准备工作。首先要按照设计图样核实设计孔位处,有无妨碍施工和影响安全的障碍物。如遇到电线、邻近建筑物、地下电缆线和其他地下埋设物等障碍物,影响施工者,则应与有关单位协商搬移或更改设计孔位,其次是核对地质资料,第三是编制施工组织设计。施工顺序与操作(1)施工工艺流程斜向水泥土桩法的全过程为钻机就位、钻孔、置入注浆管、高压喷射注浆和拔出注浆管等基本工序。施工结束后应立即对机具和孔口进行清洗。其工序如图2所示。斜向水泥土桩施工工艺流程:施工准备寅桩位放样寅钻机就位、对中寅浆液拌制、钻孔至设计高程寅插管寅注浆、旋喷寅拔管寅冲洗机具寅移动机具。(2)施工技术参数斜向水泥土桩的施工参数应根据土质条件、加固要求通过试验或根据工程经验确定,并在施工中严格加以控制。常用的斜向水泥土桩技术参数见表2。(3)斜向水泥土桩施工工艺影响水泥土桩固结体的质量和加固效果因素较多,但施工工艺是影响固结体质量和加固效果的主要因素之一。淤喷射程序高压喷射注浆均自下而上(水平喷射由里向外)连续进行。当注浆管不能一次提升完成,需分成数次卸管时,卸管后再喷射注浆的搭接长度不应小于100mm,以保证固结体的整体性。于复喷工艺在不改变喷射技术参数的条件,对同一土层进行重复喷射(喷到顶再放下重喷该部位),能增加土体破坏有效长度,从而加大固结体的直径或长度并提高固化强度。复喷的次数愈多固结体增径加长的效果愈好。盂冒浆处理工艺在旋喷过程中,往往有一定数量的土颗粒,随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察,可以及时了解地层状况、判断旋喷的大致效果和核定旋喷参数的合理性等。旋喷过程中,冒浆量宜控制在10%~20%。根据经验,冒浆(内有土粒、水及浆液)量小于注浆量20%者为正常现象,超过20%或完全不冒浆时,应查明原因及时采取相应措施。a.出现不冒浆或断续冒浆时,若系土质松软则视为正常现象,可适当进行复喷;若系附近有空洞、通道,则应不提升注浆管继续注浆直至冒浆为止,或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆直至冒浆为止,或采用速凝浆液,使浆液在注浆管附近凝固。b.减少冒浆的措施。冒浆量过大的主要原因一般是有效喷射范围与注浆量不相适应,注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。减少冒浆量的措施有3种:提高喷射的压力(喷浆量不变);适当缩小喷嘴孔径(喷射压力不变);加快提升和旋转速度。榆防缩工艺当采用纯水泥浆液进行喷射时,在浆液与土粒搅拌混合后的凝固过程中,由于浆液析水作用,一般均有不同程度的收缩,造成在固结体顶部出现一个凹穴,凹穴的深度随地层性质、浆液的析出性、固结体的直径和全长等因素不同而不同。为防止因浆液凝固收缩产生凹穴,可采取回灌冒浆捣实在浆液凝固前进行或第二次注浆等措施。

施工安全与行车安全斜向水泥土桩法应用在既有线铁路路基病害整治工程,对既有线运营行车安全会产生一定的影响,需要采取一系列安全保障措施和应急预案,确保施工安全和运营行车安全。(1)限速慢行施工斜向水泥土桩施工期间,在施工地段须对列车进行限速慢行,根据斜向水泥土桩施工对既有线轨面的不同影响程度,可采用不同的限速标准。根据工程经验,一般行车限速80km/h时,斜向水泥土桩施工不会对运营行车安全产生较大的影响。(2)利用天窗时间施工对行车安全影响较大的斜向水泥土桩,例如靠近路肩的第一排斜向水泥土桩和靠近接触网支柱基础的斜向水泥土桩,应利用天窗时间进行施工,并适当降低旋喷桩喷射压力。斜向水泥土桩与接触网基础的净距离不应小于10m。(3)斜向水泥土桩施工要严格按施工顺序施工斜向水泥土桩施工顺序为先施工靠近路基路肩的第一排桩,待完成后方可施工其余桩。同排桩应隔桩施工,必要时应隔2根桩及以上施工。两侧同时施工时,两侧桩应沿线路方向隔桩施工,必要时应隔2根桩及以上施工。(4)加强沉降变形观测淤线路变形观测施工单位在斜向水泥土桩施工地段应进行线路变形观测,每个观测断面在路肩、轨面、两线间均应设置观测桩,观测断面间距5m。在斜向水泥土桩施工期间实行过车趟趟观测或间隔30min观测制度,详细如实地记录观测数据。旋喷注浆时对轨面进行不间断观测,观测人员每30min向工务监护人员报告一次观测情况。若观测发现观测点变化超过2mm时,必须立即通知工务监护人员并及时停止斜向水泥土桩施工,及时采取整修、限速或封闭等措施。于接触网支柱变形观测施工单位应对施工地段范围内的接触网支柱进行变形观测。在接触网支柱基础上设置观测点进行不间断观测,详细如实地记录观测数据。若发现接触网支柱变形,必须立即通知供电监护人员并及时停止斜向水泥土桩施工,及时采取整修、限速或封闭等措施。(5)工务严密监护淤旋喷桩施工期间,工务部门必须在施工地点搭设看守棚,24h派监护人员看守。在每处看守点配备两台小蜜蜂捣固机和两台起拔道器。于每处旋喷桩施工地点备砟不少于50m3,装袋不少于30m3。盂施工期间除天窗时间外,严禁施工人员跨越线路,严禁跨线搬运机具和材料。榆工务监护人员负责施工期间线路检查整修。除天窗时间外实行过车趟趟检查制度,天窗时间内每隔30min检查一遍,做好记录。轨道尺寸超过经常保养标准时应及时整修。(6)设置安全防护栏杆施工单位严格按照工务部门要求设置安全防护栏杆。每个施工地点的安全防护栏杆必须与两侧线路护网连接,确保现场人员、机具及材料与线路有效隔离。(7)加强施工安全防护措施按铁路营业线施工安全防护要求执行。(8)制定应急预案旋喷桩施工对既有线运营行车安全会产生一定的影响,一般有可能造成既有线轨面拱起和既有线轨面下沉现象,为确保行车安全,制定相应的应急预案,并根据事故情况启动应急预案。

施工注意事项(1)施工前,做好施工场地的地面排水,按照场地情况规划泥浆循环净化系统、规划施工道路,施工机械、工具、施工平台的进场与停放安置,并注意施工不要污染环境。(2)操纵钻机人员要有熟练的操作技能,了解注浆全过程及钻机旋喷注浆性能,严禁违章操作。(3)喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50m。(4)炎热季节施工应采取防热和防晒措施,浆液温度严格控制在40益以下。寒冷季节施工应做好机具和高压喷射注浆管路的防寒保暖工作,高压不得在负温下工作,施工完了应及时将泵和管路内的积水排出以防结冰造成爆管。(5)施工期间应注意施工机械在施工范围内和空中电线、电缆等障碍物的干扰问题,并注意施工对运营线路及列车的干扰问题,做好施工组织,控制运营速度,保证列车正常运行。制定严密的安全施工措施。注意人员、机具、行车安全。(6)施工过程应加强路基、轨道、接触网立柱变形监测,发现变形过大应立即停止施工,启动应急预案。并通知有关各方研究确定处理方案后方可恢复施工。同时施工过程应加强线路养护维修工作。(7)施工中应做好泥浆处理,及时将泥浆运出或在现场短期堆放后作土方运出。5结语通过对斜向水泥土桩法加固既有路基施工技术研究,表明斜向水泥土桩法是一种适合在列车运行条件下路基快速加固的方法,在施工过程中需按照斜向水泥土桩施工工艺施工才能保证施工质量,需要采取一系列安全保障措施和应急预案才能确保施工安全和行车安全。斜向水泥土桩加固运行条件下铁路路基于2005年开始应用于朔黄铁路DK269+200~DK273+000段路基病害整治中,满足了列车不停车运行条件下路基的加固,而且施工容易、快速,加固效果显著,并在朔黄铁路以及黄万铁路既有路基加固中逐渐得到了推广应用。斜向水泥土桩法具有诸多优点,在既有线路基加固工程中具有广阔的应用前景,值得推广应用。