强排水复合型动力固结法在铁路路基地基加固中的应用.pdf

线路 路 基 强排水复合型动力固结法在铁路路基 地基加固中的应用 王剑 ，吴连 海 ( 铁道第三勘察设计 院集团有限公 司，天 津3 0 0 1 4 2 ) 摘要 ： 强夯法在 处理低饱 和度 的软 弱土地基 时是 一种 比较 经济 、 快捷 的加 固地 基方法 ， 但 当地 下水位埋 藏较浅 ， 或地基 土处于高饱和度 时该 法受到 了限制 。通过真空轻 型井点 降水的强排 水措施 ， 降低地 下水位 ， 使地 基土体部 分得到固结沉降的同时再加 以强夯措 施 ， 即强排 水复合 型动 力 固结法可 以突破 这种 限制 以邯黄铁 路 一工 点为 例 ， 阐述该法加 固地基的机理 ， 并详 细介 绍其设计 与施 工。 关 键 词 ： 铁 路 路 基 ；强 排 水 复 合 型 动 力 固结 法 ；加 固地 基机 理 ；设 计 ；施 工 中图分类号 ： U 2 1 3 1 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 2 6 0 3 App l i c a t i o n o f M i x e d M o d e o f Dy na m i c Co ns o l i da t i o n M e t ho d wi t h Fo r c e d Dr a i na g e f o r G r o u n d I m pr o v e m e n t o f Ra i l wa y S u bg r a de WANG J i a nW U L i a n h a i ( Th e T h i r d Ra i l wa y S u r v e y a n d De s i g n I n s t i t u t e Gr o u p C o r p o r a t i o n ，T i a n j i n 3 0 0 1 4 2，C h i n a ) Ab s t r a c t ：As f o r t r e a t i n g l o w s a t u r a t i o n s o f t s o i l ， t h e d y n a mi c c o n s o l i d a t i o n me t h o d (d y n a mi c c o mp a c t i o n me t h o d ) i s a n e c o n o mi c a l a n d e f f i c i e n t g r o u n d i mp r o v e me n t me t h o d B u t w h e n t h e g r o u n d wa t e r l e v e l i s s h a l l o we r o r t h e s u bs o i l i s i n hi g h d e g r e e o f s a t u r a t i o n，t h e e ffi c i e n c y o f t h i s me t h o d i s l i mi t e d Ho we v e r ，t hi s l i mi t a t i o n p r o b l e m c a n b e b r o k e n t h r o u g h b y u s i n g t h e mi x e d mo d e o f d y n a mi c c o n s o l i d a t i o n me t h o d wi t h f o r c e d d r a i n a g e I n t h i s mi x e d mo d e，t h e v a c u u m we l l p o i nt d e wa t e r i n g me t h o d i s u s e d f o r l o we r i n g t h e g r o un d wa t e r l e v e l S O t ha t t h e c o n s o l i da t i o n s e t t l e me n t i n a p a r t o f g r o u n d s o i l c a n b e a c h i e v e d b e f o r e t h e d y n a mi c c o mpa c t i o n me t h o d b e i ng us e d Th i s p a p e r，t a k i n g a n a c t ua l c o n s t r u c t i o n s i t e o n Ha n d a nHu a n g h u a Ra i l wa y a s a n e x a mp l e，e x p o un d s t h e me c ha n i s m o f g r o u n d i mp r o v e me n t wi t h t hi s mi x e d mo d e，a n d i n t r o d u c e s i n d e t a i l i t s d e s i g n a n d c o ns t r u c t i o n Ke y wo r d s： r a i l wa y s ub g r a d e； mi x e d mo d e o f d y n a mi c c o n s o l i d a t i o n me t h o d wi t h f o r c e d d r a i n a g e； me c ha n i s m o f g r o un d i mp r o v e me n t ；d e s i g n；c o n s t r u c t i o n 在松 软土地 基上 修 建 铁 路路 基 ， 当地 下 水位 埋 藏 较深 ， 地表 以下 至水 位线 问为低饱 和度 的松 软 土 ， 在 场 地环 境 条件许 可时 ， 采用 强夯 法 ( 动 力 固结 法 ) 是 比较 经 济 、 快 捷 的一 种加 固地 基方 法 ； 但 当地下 水位 埋藏 较 浅 ， 或地基土处于高饱和度时， 根据 Me n a r d动力 固结 理论 ， 饱和土虽然是可压缩 的， 但在夯击作用下 ， 含 气孔隙水不能立即消散而具有滞后现象， 同时强夯过 程会使土体产生局部液化 ， 夯坑中易积水 ， 造成施工困 难等因素 ， 制约强夯法加 固高饱和度松软土地基的应 用。强排水复合型动力固结法有效地突破这一局限。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 81 3 ；修回 日期： 2 0 1 21 1 1 1 作者简介 ： 王剑 ( 1 9 6 4 一) ， 男 ， 高级 工程 师， 1 9 8 8年毕业 于西 南交通 大学铁道工程专业 ， 工学学士。 2 6 1 强排 水复 合型动 力 固结法 加 固地 基机 理 1 1 强 排水 强排 水是 通过真 空轻 型井 点降水 法使 加 固区域 地 下 水位 降低 ， 一般地 下水 位可 降低 2 0 4 0 i n 。 1 2 强夯 法 强夯法又名动力 固结法或动力夯实法 ， 这种方法 是反复将夯锤提到一定高度使其 自由落下 ， 给地基 以 冲击和振动能量 ， 从而提高地基的承载力并降低其压 缩性 ， 改善地基性能。该法因具有加固效果显著 、 设备 简单 、 施工方便 、 施工期短 、 工程造价低等优点 ， 被广泛 用于处理低饱和度的软弱土地基。 1 3强排水 复合 型动 力 固结法 强排水复合型动力固结法是 由排水系统和强夯动 铁道标准设 汁R AI L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 3( 0 3 ) 王 剑 ， 吴连海一强排水复合型 动力 固结 法在铁路路基地基加 固中的应用 力加 压系统 两部 分 共 同组合 而 成 的地 基 加 固方 法 。为 了使 “ 强夯法 ” 能在 地下水 位埋藏较 浅 、 高饱 和度 的软弱 土中得以使用， 先采取“ 强排水” 措施降低地下水位 ， 使 得土体含水量降低和孔隙比减小 ， 这个过程使土体产生 部分固结沉降为强夯施工创造条件 ， 然后再强夯， 可以 提高强夯加固效果。反复几次强夯， 使地基先期得到充 分固结沉降， 减少工后沉降量， 同时提高地基承载力。 2 工点 概 况 2 1 工 程地 质及 水 文地质 条 件 新建邯郸至黄骅港铁路工程(I级铁路 ) D K 3 4 1 + 8 0 0D K 3 4 2 + 1 2 0段地处滨海平原 ， 地形平坦 。该段 地 层结 构情 况 自上 而见 表 1 。 表 1 路基工点范围地层结构 地层 层 底 层 厚， 地层剖面 基本 承 深 度， 比例尺 岩土描述 载力 编号 m l： 2 0 0 k P a 1 粉土： 浅灰色， 0 9 m 以下为褐黄色， 中 3 7 0 3 7 O 密， 潮湿， 含少量铁锰氧化物， 0 4 I ll 以 1 2 O 上为耕植土， 含少量植物根系 2 4 7 0 1 0 O ： 粉质黏土： 褐黄色， 软塑， 含少量铁锰氧化物 1 2 O 3 淤泥质粉质 黏土： 褐灰色， 流塑， 含少量贝壳碎片 8 0 9 5O 4 0 ， 粉 土： 褐 灰 色 ， 中 密 ， 潮 湿 l 3 O 4 1 O 7 O 1 2 O 5 粉质黏土： 褐灰色， 硬塑 1 4 0 1 5 7 O 5 0 0 6 淤泥质粉质黏土： 褐 灰色， 流塑 8 0 1 8 7 0 3 0 o 7 ， 2 0 6 O 1 9 O 粉土： 褐灰色， 密实， 潮湿 1 6 O 8 ， 粉土 ： 深灰色， 密实， 潮湿 1 8 O 2 5 4 5 4 8 5 地 基表层 分布 有盐 渍土 ， 盐渍 土类 型为氯 盐渍 土 碱 性 盐 渍 土 ， 易 溶 盐 平 均 含 量 为 0 3 2 0 9 5 ， 为弱盐渍土 ， 毛细水上升高度为 2 5 3 0 I l l 。 地下水埋深约 1 5 m， 主要靠大气降水补给 ， 受大 气降水及地表水影响， 水位变幅 2 0 4 0 m。地下水 具硫 酸 盐侵蚀 性 ， 环境 作 用等 级为 H 2， 具 氯 盐侵 蚀性 ， 环境作用等级为 L 2 。 2 2设 计 方案 比选 D K 3 4 1 +8 0 0D K 3 4 2+1 2 0 路 基 填 土 高 度 约 6 0 m， 通过对路基稳定和沉降检算 ， 在控制填 土速率 的情况下 ， 路基稳定满足要求 ， 但工后沉降不能满足规 范要求 。如采用袋装砂井加 固， 工后沉降大 ， 且沉降稳 定需要时间长。该段表层分布有盐渍土 ， 地下水具硫 酸盐侵蚀性 ， 如按常规采用水泥土搅拌桩加固地基 ， 需 采用抗硫酸盐水泥 ， 成本较高。整个工点采用水泥土 铁道标 准设 计R A I L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 ,3 ( 0 ,3 ) 线路 路 基 搅拌桩加 固地基的费用要高出强排水复合型动力 固结 法加 固地基 约 2 1 0万 元 。为探 索铁 路软 土地基 处 理新 技术 ， 设计 采用 强 排水 复合 型动力 固结 法 。 3 强排 水 复合型 动 力 固结 法加 固地 基设计 3 1 降水 设计 降水系统主要由井点管和集水管构成 。首先在拟 加固地基两侧边界外 5 m左右处开挖排水沟 ， 排水沟 上 宽为 3 m， 底 宽 为 1 0 m， 深 为 1 01 5 m， 要 确保 明 沟流水 畅通 。在拟 加 固地基 两侧各 2 m 范 围 内并 排设 置 1 排 外 围封 闭 管 ， 外 围封 闭 管 为 1排 深 管 ( 6 m) 和 1 排 浅 管 ( 4 m) ， 井点 管纵 向间距 为 2 0 m； 加 固区 内采 用 l 排深管与 1排浅管隔排布置， 深管管长 6 m， 浅管 管长 4 m， 集水管( 卧管 ) 间距为 4 m， 井点管纵向间距 2 m。降水系统平面 、 断面布置分别见 图 1 、 图 2 。 施工外 围排水沟 国 塑 笪 笪 一 一 一 一 一 一 一 一 ， 一 一 一 一 一 一 暑 集水管I 导 。 I 集水管 集水管 注 ： 为深层井点管； O 为浅层井点管 图 1 降水 系统 平面布置 设计 ( 单位 ： m) 图 2降 水 系统 断面 布 置 【 单 侧 ) l 单 位 ： m) 3 2 强 夯设计 强夯采用 3遍 ， 每遍夯点间距 4 0 m 4 0 m， 3遍 夯 点 布置见 图 3 。 在 正式 施 工 前 应 进 行 试 夯 ， 试 夯 区 域 不 小 于 l 0 mx 1 0 m。通过 试夯 确定 单点 总夯 击 能与 夯入 度 、 夯 击 遍数 、 夯 遍 间歇 时间 、 有效加 固深度等 施工 参数 。 夯点的夯击次数 ， 应按现场试 夯得到 的夯击次数 和夯沉量关 系曲线确定 ， 并应 同时满足下列条件 ： ( 1 ) 最后 2击的平均夯沉量不大于 1 5 e m； ( 2 ) 夯坑周 围地面不应发生过大的隆起 ； ( 3 ) 不因夯坑过深而发生起锤困难。 夯击时， 夯击点 中心位移偏差应小 于 0 1 D( D为 2 7 桥 梁 张耀辉， 赵振宇， 鲍存坤一拼装式节段箱梁造桥机的创新设计与应用 速控制 ； 起重小 车走行速度 03 m ra i n ； 起重小 车起 升速度 01 m ra i n ； 动力条件 3 8 0 V， 5 0 H z ； 起升总功 率 4 5 k W； 最 大 作业 纵坡 1 8 o ； 工 作状 态 最大 风 力 6级 ； 非 工 作 状 态最 大 风 力 1 1级 ； 施 工 周 期 3孔 梁 月 ； 梁节运输方式为轮轨式运梁车。 5 结语 根据红柳河特大桥的具体情况 ， 在总结以往类似 造桥机的基础上 ， 进行 了大胆的创新设计和应用 ， 很好 地满足了节段箱梁拼装架设 的需要 ， 保证 了该桥的顺 利施工 ， 解决了高速铁路梁宽 、 高墩 、 大坡度、 风速大和 高空 作 业难 的特殊 环 境施 工 难 题 。 目前 ， 该 造 桥 机 已 顺利 完 成 了 2 0孔 4 8 n l 节 段 箱梁 的拼 装施 工 ， 性 能稳 定 ， 安全可靠 ， 在这 种特殊 环境下 ， 最 快造 桥速度 达 7 d 孔 。该 新型 造 桥 机 的成 功 研 制 与应 用 ， 将 为 今 后 类 似环境 下 的工程 施工 提供较 好 的参考 价值 。 参 考 文献 ： 1 王立新 铁路桥梁节段拼装造桥机 回顾 、 发展与展 望 J 铁道 建 筑技 术 2 0 0 9 ( 8 ) ： 1 1 3一l 1 6 2 中华人民共 和国建设 部 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 钢结构 设计规范 S 北京 ： 中国计划出版社 ， 2 0 0 3 3 张质文 ， 虞和谦 ， 等 起重机 设计手 册 M 北京 ： 中 国铁 道 出版 社 ， 2 0 0 1 ： 5 0 2 5 7 0 4 陈士通 ， 徐光 兴 ， 张耀辉 S P Z l 1 0 0 4 0双线铁 路箱 梁造桥机 在抚 河特大桥中的应用 J 起重运输机械 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 4 1 4 3 5 鲍存坤 ， 王新敏 S P Z I 1 0 0 4 0双线铁路箱梁造桥机 的设计 J 石 家庄铁道学 院学报 ， 2 0 0 5 ( 6 3 )： 91 2 6 中华人 民共 和 国住 房和城 乡建设部 G B _r 3 8 l 1 2 O 0 8 起重机 设计 规范 S 北京 ： 中国标准 出版社 ， 2 0 0 3 7 肖新华， 王新敏 Z Q J 8 0 O型移动支架造桥机结构设计与分析 J 铁道标准设计 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 2 62 9 8 张胜 造桥机节段拼装 4 8 m铁路双线箱 梁施工技术 J 铁 道标 准设计 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 5 05 2 9 贾东荣 大西客运专线铁路 4 8 m l 6 0 0t 下承式造桥 机研 发 J 铁道标准设计 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 6 1 6 6 1 O 杨江朋 ， 苗兰弟 造桥机节段拼 装法成梁施 工控制 J 筑 路机械 与施工机械化 ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 7 07 3 1 1 王海 民， 鲍存 坤 ， 尚艳亮 S P Z 1 3 0 0 4 8造桥机 拼装 节段箱 梁初始 线形设置研究 J 国防交通 工程与技术 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 5 1 5 3 1 2 杨元春 S X 3 2 6 4型双线节段拼装造桥机设计 及应 用 J 铁道建 筑技术 ， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 71 1 II II l l I I I I 4b I I I I I II I III I I II IIII I II ( 上接 第 2 8页) 5 检测 5 1 沉 降 施工 前后 ， 用 1 0 mX 1 0 m方 格 网测量 场地 高程 ， 经 测量强夯前地 面平均高程 4 6 3 m， 3遍强夯后 地面平 均高程 4 2 8 i n ， 本工程场地经过强排水复合型动力固 结法处理后的地基平均沉降量为 3 5 e m。原计算总沉 降量为 5 7 c m， 考虑路基 填筑期 间地基还会 发生一定 的沉降， 参考本地区非软土地基 的沉降规律及强排水 复合型动力固结法处理后对地基的影响按照 1 0 C I T I 估 算 ， 工后沉降值为 1 2 C lT I ， 满足设计要求的工后沉 降不 大 于 2 O C I n要求 。 5 2承载 力 对场地 进行 了 2组 静 载荷 试 验 ， 复合 地 基 承 载力 均大 于 1 5 0 k P a ， 满 足设计 要求 。 6 结语 ( 1 ) 本工点经过强排水复合型动力 固结法处理后 的地基平均沉降量达 3 5 a m， 减少地基工后沉降明显， 且工后沉降能够满足路基工后沉降要求 ， 地基承载力 也 由 l 2 0 k P a提高到大于 1 5 0 k P a ， 满足路基设计要求。 说明这种加 固方法对这种施工场地周边环境条 件许 可 、 地下水位略高且上部有相对硬壳土层的软土地基 加固处理技术上是可行 的。 ( 2 ) 强排水复合型动力 固结法 比采用袋装砂井 固 4 2 结排水法大大的缩短了工期。与采用水泥土搅拌桩加 固地基方法相比， 不但减少环境污染 ， 工程费用也大大 降低 ， 经测算强排水复合型动力固结法加 固地基的费 用仅 为水 泥 土搅 拌 桩 的 l 31 4 。可 见用 强 排 水 复 合型 动力 固结法 加 固地 基 是 一 种最 经 济 、 快 捷 的处 理 地基方法 ， 值得在铁路类似软土地基加 固处理 中推J 一 使用 。 参 考文献 ： 1 林 宗 元岩 土 工 程 治 理 手 册 M 沈 阳： 辽 宁 科 学 技 术 出版 社 ， 1 9 9 3 2 中华人 民共和 国建设部 J G J 7 9 2 0 0 2 建筑地 基处 理技术 规 范 S 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 2 1 3 中华人 民共 和国住房 和城 乡建设部 G B 5 0 0 0 7 -2 0 1 1 建筑地 基 基础设计 规范 S 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 1 4 中华 人 民共 和国铁 道 部 T B 1 0 0 0 1 2 ( ) (】 5 铁 路 路 慕设 汁规 范 S 北 京： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 5 5 中华人 民共和 国铁道部 T B 1 O 1 O 6 2 O 1 0 铁路 工程地 基处理 技 术规程 S 北京 ： 中国铁道出版社， 2 0 l O 6 胡智峰 强夯法处理 山区梁场非均匀回填地基施工 J 铁道标准 设计 ， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 4 1 4 3 7 周其国 强夯法在湿 陷性黄 土地 基中的应 用 J 铁道标 准 没计 ， 2 0 0 4( 6)： 6 061 8 龚晓南 地基处理手册 M北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 0 9 林宗元 岩土 工程勘察 设计手 册 M 沈 阳： 辽 宁科学 技术 出版 社 ， 1 9 9 6 1 O 常士骠 工程地质手册 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 9 2 1 1 高大钊土 力 学 与 基 础 工 程 M 北 京： 中 国 建 筑 工 、世出 版 社 ， 1 9 9 9 1 2 梁钟琪 土力学及路基 M 北京 ： 中国铁道出版社 ， 1 9 8 4 铁道 标准设 计R A I L WAY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 3 ( 0 3 )