介绍朔黄铁路病害整治中应用斜向单管旋喷高压注浆技术的实例
1 概述
单管旋喷高压注浆法目前多用于地基加固和基础防渗工程,帮写论文主要目的是提高地基承载力、减小地基变形、止水防渗等,大多采用垂直或水平喷射注浆方式,而采用斜向旋喷桩直接应用于路基病害整治工程的尚很少见到。这里介绍在朔黄铁路K269+200~K273+000段路基病害整治中应用斜向单管旋喷高压注浆技术的实例。斜向单管高压旋喷桩是利用钻机等设备将注浆管及特殊喷嘴置于土层设计桩底高程,以高压泥浆泵等装置为压力源,将按合理的配比配制好的浆液以20MPa左右的压力从喷嘴喷射到土体内,直接冲击破坏土体,并在钻杆以一定速度旋转和进退的同时切割土体,使浆液与一定范围内的土颗粒充分搅拌混合,经过一系列的物理化学反应,在一段时间浆液凝固后,便在土中形成一定直径的柱状水泥土固结体,从而达到加固、改良的作用。采用高压注浆改良土体,降低土的含水量,提高路基承载力,减少路基下沉引起的病害,实践表明效果好,值得推广应用。
2 工点概况
朔黄铁路K269+200~K273+000路基沉降病害最为严重,并进行了2次重点整治。本段路基位于河北省灵寿县境内,除K270+920~K271+040段为浅挖路堑外,其余地段均为填方,路堤中心填高7. 5~13. 0 m,于1998年底施工完, 1999年初铺轨。本段路基基底地质:表层为第四系全新统坡冲洪积层,新黄土、碎石土;第四系上更新统坡冲洪积层新黄土,碎石土,黏土;下伏元古界东冶组片岩,基底稳固。本段路基设计填料为基床表层采用B组土,基床底层及以下采用C组土,两侧边坡以M5水泥砂浆砌片石方格型骨架及拱型骨架,骨架内种植紫穗槐防护。局部地段还采用了边坡水平宽度2m范围内分层平铺SDL-25土工格栅的加固措施。2000年5月至2001年9月期间为本段路基第一次病害整治时段,路基普遍出现沉降变形,沉降量较小,最大为30 cm。本次对包括K269+519~K269+559、K269+725~K269+765和K269+879涵洞两侧K269+851~K269+911段等共2 030 m(单线)路基采用深1. 0~2. 5 m的水泥土挤密桩加固处理。第一次整治完工后至2003年3月期间为本段路基第二次病害整治时段,此次路基沉降变形普遍,路基上部边坡凹陷,中下部稍许鼓胀,坡脚未见鼓胀位移,硬路肩开裂且在桥涵构造物处明显起伏,边坡拱型骨架支起、错位、坍塌,部分涵洞翼墙开裂,上行重车线比下行轻车线病害严重,个别接触网立柱出现沉降和内倾。对此,设计院采用物探、地质雷达、瑞雷波探测、核子密度仪试验、挖探、钎探、螺钻等综合勘探手段对本段进行了详细的勘察,分析病害产生的原因如下所述。
(1)路基填料不合格K269+200~K273+000路堤填料为棕红色、黄褐色和灰白色粉黏土,属C组土。局部夹黏土,属D组土,具弱膨胀性,自由膨胀率40% ~58%。
(2)填土含水量偏大经现场挖探试验,K269+200~K270+920填土平均含水量为19% ~23%,比最优含水量(13. 2%~14. 5% )大31% ~58%;K271+040~K272+900填土平均含水量为18. 6% ~25. 5%,比最优含水量(11% ~12. 2% )大52% ~109%。
(3)填土压实度偏低根据重载铁路路基压实标准,填土压实系数(Kh)值基床表层应不小于0. 91,底层和桥涵缺口处应不小于0. 89,基床下部应不小于0. 86,而现场勘察结果为0. 72~0. 82,大大低于规范要求值,采用轻型动力触探结果表明,上部平均锤击数N10=12~23击,锤击数也偏低。
(4)路基面排水不畅由于路基下沉,路基面已无横向排水坡,局部地段已形成道碴陷槽,使雨水无法排出,道碴陷槽形成集水坑,雨水下渗使填料强度降低,沉降加大。2003年4月,朔黄铁路公司与设计院共同研究制定本段路基病害处理方案:根据路基沉降量和沉降速率将桥涵地段和一般地段分为重点整治和一般整治地段,对重点整治地段双线依次封闭,恢复设计路肩高程,路肩高程以下3 m范围内夯实水泥土桩加固,道碴陷槽以2∶8灰土回填,路基面用不透水土工布封闭,设浆砌片石护肩,坡面骨架内干砌片石;一般整治地段采取了恢复设计路肩高程、道碴陷槽以2∶8灰土回填、路基面用不透水土工布封闭、设浆砌片石护肩的工程措施。2003年5月本段路基病害整治工程结束后至2005年3月,大部分路基沉降得到控制,但菘杨岔河大桥两端K269+519~K269+559、K269+725~K269+765和K269+879涵洞两侧K269+851~K269+911段共计120 m路基下沉仍较大,影响行车安全。菘杨岔河大桥两端路基下沉30~50 cm,桥头处路肩与桥台之间形成50 cm高陡坎,部分地段拱型骨架内的干砌片石拱起20~30 cm。K269+881涵洞两侧路基边坡上部凹陷,路基面下沉约30 cm,坡面少量开裂拱起。菘杨岔河大桥和K269+879涵洞两端的接触网杆严重倾斜、下沉,部分变形较大或没有调整余量需换加长接触网杆。朔黄铁路运能较大,一旦断道整治对运营影响较大,同时由于该段路基面以下3 m范围已经处理了2次,选择适当的整治方案尤为重要。2005年5月11日,朔黄铁路公司、设计院和施工单位有关人员共同研讨,经过综合论证,决定选用在路基边坡斜打旋喷桩高压注浆加固并改良土体的路基整治方案。本次路基病害整治工程,于2005年5月15日开始试桩, 8月29日全部完工,历时105 d,钻孔桩深为12. 0~33. 4 m,施打826根,累计旋喷长度15 814 m,旋喷桩单桩抗压荷载为30~50 kN,满足设计要求。
3 整治方案菘杨岔河大桥两端K269+519~+559、K269+725~+765和K269+879涵洞两侧K269+851~+911段为在路基边坡斜打旋喷桩高压注浆地段。在路基两侧自路肩以下2 m,沿边坡方向及线路方向打设高压旋喷桩。上部三排桩沿边坡方向间距2. 0 m,沿线路方向间距1. 5 m,其他桩沿边坡方向间距2. 0 m,沿线路方向间距3. 0 m。在K269+519~+529及K269+755~+785设计过渡段,帮写毕业论文仅设置上部四排桩及加密桩。除加密桩外,在上下两排及路基两侧旋喷桩必须交错设置,以形成网格状水泥土体。加密桩与另侧相对的旋喷桩交于路堤中心。旋喷桩桩径0. 5 m,与水平线15°角向下,每m水泥用量不少于210 kg,并于两侧路堤坡脚外1 m挖梯形截污沟,沟底宽0. 2 m,深0. 2 m,坡脚设4%的坡,向沟内排施工污水及水泥土浆。旋喷桩施工从桥台背(或涵洞)向路基方向自上而下进行,同排旋喷桩隔桩施工;沿线路方向按每10~15 m为施工段,两侧同时进行,至少交错15 m。旋喷桩布置见图1,加密旋喷桩横断布置见图2,旋喷桩纵向布置见图3。
4 施工工艺
4.1 材料与配合比水泥采用强度等级为32. 5的普通硅酸盐水泥。施工用水符合国家现行《混凝土拌和用水标准》。外加剂采用亚甲基二奈磺酸钠0. 5%和711型速凝剂3%。旋喷的浆液水灰比1∶1。
4.2 主要施工机具GD-2型旋喷钻机3台;XPB-90D型高压泥浆泵3台;台式发电机4台(含备用1台);制浆桶由施工单位自制,容量为1 000 L。钻杆采用直径50 mm的特种钻杆,每根长1. 6~1. 7 m,钻杆的上下连接采用螺纹连接,喷头为尖锥形,中部设有射水孔,喷头上设孔径2. 5 mm的高压喷嘴。
4.3 施工技术参数钻杆提升速度: 20~25 cm/min;钻杆旋转速度: 20 ~ 22 r/min;喷浆流量: 80~90 L/min;每延米水泥用量:≥210 kg;喷嘴孔径: 2. 5 mm;旋喷压力: 20 ~ 30MPa。
4.4 旋喷工艺流程施工准备→钻机就位并调整钻架角度→管路畅通试验→钻孔至设计桩深→浆液配制并加压→高压旋喷→器械冲洗→钻机移至新孔位。
4.5 旋喷工艺要点
(1)施工准备工作开工前详细调查现场,做好“三通一平”,编制实施性施工组织设计。组建施工队伍,对上岗人员进行技术培训使其能熟悉掌握技术要领。在路基边坡上测量放线,标出每排和每个旋喷桩的位置并钉木桩和标桩号。在路堤坡脚护道外挖截污沟和沉淀池。在路基边坡上用钢脚手杆搭层高2m的旋喷钻机作业排架,排架的作业面上满铺厚6 cm跳板或钢模板作为施工平台。为防止旋喷钻机钻进时向后的反作用力造成排架外倾,在排架的每个节点处垂直于坡面打入钢管桩1. 7~2. 0 m,钢管桩与排架用锁扣锁住,外侧加支撑柱。排架立杆间距1 m,排距1. 1 m,施工平台外侧设置高1. 2m安全防护栏。每排旋喷桩作业完工后拆卸、倒用并搭设下一排桩位的施工平台。备足材料、用具,安设机械和设备,铺好管线和接通水源、电路,调试好机械和设备。
(2)钻机就位并调整钻架角度用吊车将钻机安设在作业平台上,钻机调平定位,按设计角度调整钻杆和导向架使钻杆与水平方向成15°角,符合设计要求后固定钻机。
(3)管路畅通试验钻机开钻前,进行0. 5MPa低压射水试验,全面检查管路、喷嘴畅通状况,确认压力设备是否正常。
(4)钻孔至设计桩深机械设备检查正常后,射水压力调高至1 MPa即可开钻,第一根钻杆钻进后,停止射水,接长下一根钻杆,再次循环钻进,直至钻进设计旋喷桩深度。
(5)配制浆液并加压在搅拌桶内按现场选定的浆液配合比称量加入水、水泥和外加剂,开动搅拌机搅拌不少于5min,将拌和充分的浆液经0. 8mm筛网两次过滤倒入贮浆桶,接通高压泵管路,加压(20~30 MPa)压入钻机用于旋
