理工职称论文发表-高铁建设对软土路基的加固研究分析
发布时间：2013-08-06
摘要：随着我国铁路建设的告诉发展，对路基的加固要求越来越高，软土地基的加固技术日趋多样化，本文就其中一种加固技术CFG桩进行了研究分析，并通过实例来进行了说明。
关键词：理工论文,职称论文发表,高铁建设,地基沉降,CFG桩
随着中国经济社会发展的需要，最高时速达350km的高速铁路开始兴建。为了保证客车的运行安全，它对路基沉降的要求非常严格。而软土地基的加固处理质量直接影响到路基的承载力，也是保证铁路建成后安全高效运营的关键，所以选择合理的软基加固处理方案及方法并快速实施，对取得经济与社会效益具有重大的意义。
一、路基差异沉降产生原因分析
1、 地形与地质条件
地形与地质条件是影响路基工程质量的主要因素之一。当工程地质条件不良，原地基存在软弱夹层，或地基土性质差异性较大时，在路基填筑过程中如果不对其进行特殊处理，填筑完成后，地基在附加应力作用下发生排水固结，产生较大的沉降变形或差异沉降。在山区修建高速公路时路线经常穿越沟谷地带，使得路基在横断面、纵断面都呈不规则分布，同一断面路基填筑高度不同，造成地基所受附加应力大小不一，路堤自重在同一断面处存在差异，随着时间延续，路基逐渐产生横向或纵向差异沉降，严重影响路基路面结构的使用性能。
2、 水文气候条件
水是引起路基路面损坏的主要因素之一。土体中的地下水、大气降水、河流等都是引起公路工程灾害的自然因素。当路基土中含水量较大时，路基在施工期内不能及时排出土体中的孔隙水，造成路基孑L隙水压力较大，消散时间较长，路基发生工后固结沉降的时间缓慢，沉降量较大，对于道路的使用性能有较大影响。大气降水也是影响路基施工质量的主要因素。如果路基施工季节降雨量较小，路基土含水量难以达到最佳状态，影响路基压实效果。路基施工过程中如果暴雨集中、强度大，雨水渗入路基后使得土体局部软化，发生湿陷变形，从而引起路基差异沉降的产生。
3、 路基填料种类及质量
路基填料性质是影响路基差异沉降的关键因素之一。路基填筑后对地基形成附加应力，附加应力的大小与均匀性是影响地基沉降的主要因素。路基填料性质不同，造成路堤底面附加应力大小存在差异性，使得地基变形量产生差异，引起差异沉降。同时，路基填料本身的压缩性也受其性质影响，如果填土中含有腐殖土或泥沼土等劣质土，路基在后期荷载作用下会在这些地方产生沉陷破坏，保证路基填料的强度与均匀性是减小路基差异沉降的有效措施。
二、CFG桩的作用原理
CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。在设计中,基础与桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的核心技术。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩可将承受的荷载向深层土中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。由于桩的作用使复合地基承载力提高，沉降量小，再加上CFG桩不需配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
三、实例分析
1、工程概况
该高速铁路路基段工点DK0+933.56～DK1+083.27位于福建某铁路软土路段，该段路基长149.71m，。在里程DK0+982.5～DK1+063.27段地基采用CFG桩加固，桩径0.5m，桩长5.0m，桩间距1.8m，按正方形布置，DK1+063.27～DK1+073.27段地基采用CFG桩加固，桩径0.5m，桩长6.0m，桩间距1.6m，按正方形布置，DK0+982.5～DK1+073.27段CFG桩桩顶铺设二层双向经编土工格栅其极限抗拉强度不小于110KN/m;路基基床底层采用级配碎石掺3%水泥,厚2.3m;基床表层采用级配碎石掺5%水泥，厚0.4m。
2、工程地质条件
该铁路段处于剥蚀丘陵，自然坡度20º～30º，植被发育，辟为农田、果园。丘坡地上水不发育，谷地地下水较发育。地表水，地下水无侵蚀性。
设计采用上述地基加固措施，路基稳定、沉降分析：
路堤稳定性检算通常采用圆弧法。考虑列车荷载作用时，Kmin=1.5;不考虑列车荷载时，Kmin=1.89;同时进行了单桩、复合桩基承载力及下卧层承载力验算。
沉降估算：总沉降包括加固土层沉降量S1及加固区下卧层沉降量S2，即S=S1+S2。
S1的计算方法采用复合模量法。其中：桩底端附加应力按应力扩散法计算。
S2的计算采用分层总和法。其压缩层厚度按《建筑地基基础设计规范》规定方法计算。
地基沉降估算：不考虑列车荷载作用时，K总沉降=12.66cm，S工后=8.51cm，考虑双线单荷情况下，S总沉降=15.93cm，S工后=10.86cm。(桩体部分沉降按施工及放置期间全部完成考虑，不计入工后沉降)。
3.2施工工艺
根据该路段工程地质情况，该路段施工采用长螺旋钻机CFG桩施工工艺
(1) 施工准备
材料及主要机具
① 水泥：宜用425号矿渣硅酸盐水泥。
② 砂：中砂或粗砂，含泥量不大于5%。
③ 石子：卵石或碎石，粒径5～32mm，含泥量不大于2%。
④ 外加剂：掺合料;根据施工需要通过试验确定。
(2) 主要机具
① 长螺旋钻孔机：
② 机动小翻斗车或手推车，装卸运土或运送混凝土。
③ 长、短棒式振捣器。部分加长软轴、混凝土搅拌机、平尖头铁锹、胶皮管等。
④ 溜筒、盖板、测绳、手把灯、低压变压器及线坠等。
(3) 作业条件
① 地上、地下障碍物都处理完毕，达到“三通一平”。施工用的临时设施准备就绪。
② 场地标高一般应为高于设计桩顶标高50cm以上，并经过夯实或碾压。
③ 根据图纸放出轴线及桩位点，抄上水平标高木橛，并经过预检签证。
④ 施工前应作成孔试验，数量不少于3根。
⑤ 要选择和确定钻孔机的进出路线和钻孔顺序，制定施工方案，做好技术交底。
(4) 施工工艺要点
①钻孔前应检查桩机各部位运作是否正常、灵活、动力头桩位是否正确，卷扬机工作是否正常。钻机按设计桩位就位后必须铺垫平稳，调整钻杆垂直对准桩位中心。检查螺旋钻杆回转方向是否正确。桩机工作时，当钻头入地后禁止底盘回转、行走。而行走时，支脚和履靴严禁同时着地，回转时支脚应离开地面。连接混凝土输送泵与水平输送钢管，垂直输送系统采用高压橡胶管，将水平输送管与钻头弯管接头连接。开钻前必须检查钻头的楔形出料活门是否闭合，严禁开口钻进。②钻机就位后，根据桩位控制网校对桩位及校核作业面标高，依据校核标高数据调整钻杆入深，控制好桩长。调整桩机立柱正侧两面的垂直度(用调整支腿油缸的方法)，在钻尖楔形口处抹黄油，将活门上翻，封闭楔形出料口并用橡胶皮圈将活门绷紧。起动钻孔机动力头带动螺旋钻杆、钻头，使螺旋叶片转动下向切土，被切削土壤随钻头旋转沿着叶片上升，施工人员及时清理钻出的泥土。
钻进过程中，一般不得反转或提升钻杆，或遇有粘泥层抱钻杆时，应将钻杆提升至地面对钻尖活门重新清理、调试和封口后再钻。开始钻进或穿过软硬土时，应保证钻杆垂直，垂直度可通过机架吊的双向线锤进行控制，缓慢进入。在含有砖头、瓦块的杂填土层或含水量较大的软塑性土层中钻进时提升排土，直至电流值变化在正常工作状态。
③压罐之前几分种，开启混凝土输送泵，提前将拌合的混凝土充满整个输送管道，并将拌好的混凝土贮满输送泵料斗，同时搅拌好一罐混凝土备用。将钻杆上提300mm，立即向孔内输送相当于1m长的桩体混合料，利用灌注料的冲击力，自动打开活门，桩底充满混合料，并形成一定的压力，随后边泵送混合料边提钻杆，提杆速度与泵送量相一致，充盈系统应不小于1.0。CFG桩混合料灌注泵顶标高以上700mm时，停止泵送，并将钻杆提出。
④当气温过低时，混凝土应有保温措施，确保入孔温度不低于5℃。破完桩头后要用草帘子覆盖CFG桩和桩间土。
3.3施工质量预防措施
(1)桩位偏差过大。
放线过程控制不当：在CFG桩桩位范围内应放出至少四条轴线，沿桩轴线平行、垂直方向各两条，通过图纸计算出桩中心与轴线关系。然后按桩间距把每根桩的位置用Ф8mm钢筋头在工程线同一侧插好，继而用钢钎垂直打入地下约500mm，灌入白灰定出每根桩桩位。
(2)垂直度偏差。
当地下水位过高时且桩径、桩长都较大的情况下，每根桩置换出的泥土量较大，而且原地基土有地下水浸泡影响，基坑底部将会形成很厚的软弱土层。桩机就位后，前面两液压支腿便压在软土上，通过调整桩机上两吊锤后，便开始下钻。下钻过程中，桩机前部有时会发生整体下沉，已调好的吊锤发生变动，垂直度很难控制。
(3)桩长偏差
在进行CFG桩施工前，对整个场地的标高要进行测量，根据设计的桩长、桩顶标高算出应打孔深，在桩机上做出标记线。机长在操作时要严格控制钻杆的钻入深度，允许误差在±100mm之内。 钻机钻到设计标高后开始拔管，钻杆拔起约300mm内必须立即泵送混凝土，保证桩底泥土回涌前混凝土及时灌入，以免混凝土在桩底部分产生缩径现象。
(4)桩径偏差
钻杆必须垂直，钻杆直径与设计桩径一致。 在桩长范围内的土层当有砂尘时，钻进过程中砂尘对钻头有很大的磨损，要求工人经常检查钻头直径，一般钻头直径要比桩径略大。
四、结束语
高铁软土路基的处理中软土路基的鉴定、路基处理的设计及施工对于高铁软土路基的处理结构都有着重要的影响。CFG桩技术的运用，更大程度的提高了加固技术，但是随着当今对路基要求的越来越高，对于施工中质量的管理、以及科学的施工工艺提高，要求我们应该在这一领域要不断更新，不断学习，取得飞速发展。
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