CN111379253A

CN111379253A - 高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法

Info

Publication number: CN111379253A
Application number: CN201911025078.8A
Authority: CN
Inventors: 刘汉龙; 丁选明; 邓鑫; 龙永红
Original assignee: Chongqing University; China State Railway Group Co Ltd
Current assignee: Chongqing University; China State Railway Group Co Ltd
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2020-07-07

Abstract

本发明提供高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法。包括：分段钻进成孔，在钻孔中分段连接安放注浆管，注浆管弯折90度，沿水平方向从路基两侧伸出，向钻孔中投放散体材料，在地基表面铺设加筋碎石垫层，在垫层上面分层填筑路堤土，地基土固结排水，向注浆管内注入膨胀水泥浆形成刚性桩体。本发明充分利用了散体材料的排水性能使路堤填筑期间桩间土排水固结，膨胀水泥浆使桩基承载力提高，并且改善桩间土性质，具有工后沉降小等优点。

Description

高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法

技术领域

本发明属于地基基础工程技术领域，特别涉及高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法。

背景技术

我国高速铁路发展迅速，但我国地域辽阔，地质条件差异性突出，需要进行加固处理的软土地基分布广泛，高填方、高回填土地基也普遍存在于西部地区，这对高速铁路的修建都是极为不利的。在实际施工过程中，多采用桩土复合地基法来弥补这些不良地基承载力不足的缺陷。但显而易见的是，这类地基的土体松散，密实度不足，从而导致桩-土接触面不紧密，桩身摩阻力小，桩端端承力弱，最终导致桩的承载力不足。与此同时，建筑领域的建筑固体废弃物、山区松散石料、工业固体废渣难以合适处理的问题日益凸显，这与国家倡导的绿色发展理念是相驳而行的。因此碎石桩加固高速铁路路基的技术应运而生，它可以把建筑物或工业废渣等固体废弃料作为桩身的承载材料，从而有效的解决了其对生态环境不利的难题，故在高速铁路地基加固处理中得到了广泛的运用。

但传统的碎石桩作为一种柔性桩复合地基，仅着重于发挥基础本身的作用，并未将对地基加固质量影响明显的桩间土加以明显改善，工后沉降较大；并且桩的施工机械常需要较高的净空，不利于有高压线或既有线路等障碍物存在的复杂环境下施工，故亟需一种新兴技术来弥补以上缺陷，为高速铁路路基提供更可靠的承载力。随着高速铁路对沉降要求越来越高，亟需提出工后沉降小的地基加固技术。

发明内容

本发明的目的是提供高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于，包括以下步骤:

1〕钻进成孔：采用钻机在地基表面进行钻孔。

2〕在上述钻孔中安放若干长度不同的注浆钢管。所述注浆钢管的上端伸出地表后，弯折90度，沿水平方向从路基两侧伸出。

3〕向上述钻孔中投放散体材料。

4〕在地基表面铺设加筋碎石垫层。

5〕在垫层上方填筑路堤土。

6〕待路堤填筑完成，沉降稳定后，向注浆钢管内注入膨胀水泥浆。

7〕膨胀水泥浆的凝固后膨胀，形成膨胀水泥浆桩体。

进一步，步骤1〕中，采用小型回旋钻机进行分段钻孔。

进一步，步骤1〕中，每根钻杆长度不超过5米，第一根钻杆达到钻进深度后连接第二根钻杆，第二根钻杆达到钻进深度后连接第三根钻杆，以此类推，通过钻杆的连接分段成孔，直到达到设计桩长。

进一步，步骤2〕中，在上述钻孔中安放注浆管，注浆管采用钢管，分段连接而成，将注浆管竖直放入钻孔中，并保证下方端部距离孔底15-30cm。注浆管上端伸出地表后，弯折90度，沿水平方向从路基两侧伸出。

进一步，步骤3〕中，所述散体材料可以采用碎石、建筑垃圾、废弃钢渣等。

进一步，步骤4〕中，在地基表面铺设钢塑格栅加筋碎石垫层，协调桩和桩间土的变形。

进一步，步骤5〕中，在垫层上面分层填筑路堤土，直到达到设计标高，填筑路堤土的过程中，地基中的孔隙水通过散体材料桩和碎石垫层排出，从而逐渐固结。

进一步，步骤1〕中，形成的桩孔分为若干段。步骤2〕中，注浆钢管的数量与桩孔分段的数量相同，每根注浆钢管延伸到该段的底部。

若干长度不同的注浆钢管。步骤7〕中，每段的膨胀水泥浆中膨胀剂的掺量逐渐增加。桩体由散体材料，膨胀水泥浆和浆液扩散固化区的桩周土体构成；且所述桩身被从上到下进行分段，分段的高度根据所需承载力的要求或土质情况确定，每段膨胀水泥浆中膨胀剂的掺量不同，且每段注浆压力可变，故最终所成的桩身的直径不一，为一种分段变径桩。

本发明的优点和效果在于：

(1)先填筑路堤，待沉降稳定后再注浆加固桩体。可充分利用散体材料桩的排水性能，在路堤填筑期间，桩体兼做排水体，使地基土体快速固结沉降，对后期工后沉降控制起到关键作用。

(2)所需的材料仅为散体材料和膨胀水泥浆。注浆完成后，所述膨胀水泥浆发生各向扩散并膨胀，使碎石重新排列、间隙被填满，让碎石被压密，并且使桩体产生环向和竖向膨胀；所述膨胀水泥浆沿着桩周发生环向扩散并膨胀，使桩周土孔隙率减小，粘聚力增大，桩周土体得到固化，增强了桩周土体的挤压作用，从而有效提高了桩身与土的侧摩阻力；

(3)所述膨胀水泥浆在孔底发生竖向扩散再膨胀，使桩端土孔隙率减小，挤密固化了桩底沉渣和孔底的扰动土，进而有效提高了桩的端阻力。总而言之，由于膨胀水泥浆的三维扩散膨胀作用，有效改善了桩间土的性质，并最终形成由散体材料，膨胀水泥浆和浆液扩散固化区的桩周土体共同组成的桩体，且桩身侧阻力和端阻力增大，承载力提高。

(4)所述散粒体材料包括但不限于建筑领域的建筑固体废弃物、山区松散石料、工业固体废渣，有效利用了废弃的散体材料，绿色环保；注浆膨胀浆液中的膨胀剂掺沿桩身从上到下减小，节省材料。

(5)采用分段钻孔，分段下放注浆管，分段充填碎石、分段注浆的形式，施工机械和设备的高度控制在5m以内，施工机械轻便，适合攻克既有障碍物下施工净空受限的难题。

(6)调整膨胀压力和膨胀剂掺量，桩体膨胀，进一步挤压桩周土体，增加桩-土之间的摩擦力，使桩-土得到更大的摩擦力发挥，提高整个复合地基的承载和变形性能。

附图说明

图1-本发明施工步骤全部完成后横断面示意图。

图2-本发明施工方法单桩成孔示意图。

图3-本发明施工方法注浆管安放示意图。

图4-本发明施工方法钻孔中放置散体材料示意图。

图5-本发明施工方法碎石垫层中铺设钢塑格栅。

图6-本发明施工方法路堤填土完成后横断面示意图。

图7-图1中A的局部放大示意图。

图中：注浆钢管(1)、膨胀水泥砂浆(2)、钢塑格栅(3)、加筋碎石垫层(4)、基床以下路堤(5)、基床底层(6)、基床表层(7)、小型回转钻(8)、碎石等散体材料(9)、A局部放大。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于，包括以下步骤:

1〕分段钻进成孔：采用小型回旋钻机进行钻孔，每根钻杆长度不超过5米，第一根钻杆达到钻进深度后连接第二根钻杆，第二根钻杆达到钻进深度后连接第三根钻杆，以此类推，通过钻杆的连接分段成孔，直到达到设计桩长。

2〕在上述钻孔中安放若干长度不同的注浆钢管(1)；所述注浆钢管(1)的上端伸出地表后，弯折90度，沿水平方向从路基两侧伸出(便于注浆)。实施例中，注浆管采用钢管，分段连接而成，将注浆管竖直放入钻孔中。

3〕向上述钻孔中投放散体材料(9)；实施例中，所述散体材料(9)可以采用碎石、建筑垃圾、废弃钢渣等。

4〕在地基表面铺设加筋碎石垫层(4)；所述加筋碎石垫层(4)包括铺设在地基表面的钢塑格栅(3)和碎石。钢塑格栅(3)位于碎石层内部，即形成加筋碎石垫层(4)。在地基表面铺设钢塑格栅是为了协调桩和桩间土的变形。

5〕在垫层上方填筑路堤土：参见图1，堤土包括基床以下路堤(5)、基床底层(6)和基床表层(7)。在垫层上面分层填筑路堤土，直到达到设计标高，填筑路堤土的过程中，地基中的孔隙水通过散体材料桩和碎石垫层排出，从而逐渐固结。

6〕待路堤填筑完成，沉降稳定后，向注浆钢管(1)内注入膨胀水泥浆。膨胀水泥浆从桩底开始逐渐向桩顶注满，直到从碎石垫层(4)溢出。

7〕膨胀水泥浆的凝固后膨胀，形成膨胀水泥浆桩体(2)。

随着膨胀水泥浆的凝固，桩体膨胀，进一步挤压桩周土体，增加桩-土之间的摩擦力，桩体强度提高，形成刚性桩体，同时，膨胀水泥浆向桩周土渗透，并且使桩体直径产生一定的增大，增加了桩-土之间接触面应力和摩擦，从而提高桩身承载力。

列车运营过程中在地基中产生动应力，使孔压往复变化，孔压消散产生变形，另一方面，长期动荷载使地基土产生疲劳损伤，但由于有加固注浆后的桩体的支撑，可减小列车运营期工后沉降。

实施例2：

本实施例的主要结构同实施例1，进一步，步骤1〕中，每根钻杆长度不超过5米，第一根钻杆达到钻进深度后连接第二根钻杆，第二根钻杆达到钻进深度后连接第三根钻杆，以此类推，通过钻杆的连接分段成孔，直到达到设计桩长。

实施例3：

本实施例的主要结构同实施例1，进一步，步骤1〕中，形成的桩孔分为若干段，每段长度不超过5米。

步骤2〕中，注浆钢管1的数量与桩孔分段的数量相同，每根注浆钢管1延伸到该段的底部，与下方的一段距离15-30cm(最长一根注浆钢管1，处于最下方的一段，应当保证下方端部距离孔底15-30cm)。

若干长度不同的注浆钢管1。步骤7〕中，可以根据情况调注浆压力和整膨胀剂掺量，形成变径桩：

1.对于匀质地基，由于土压力随着深度线性增加，从延伸至最底端的注浆钢管1到延伸至最上方的注浆钢管1，注浆压力、膨胀剂掺量逐渐按比例增加。这种方式能使注浆完成后水泥浆膨胀量沿桩身从上至下线性增大，从而能保证在沿深度线性增大的土压力作用下成桩直径稳定。

2.对于成层非匀质地基，由于土压力非线性变化，可以根据土层情况，针对延伸至软弱土层的注浆钢管1，增大膨胀剂掺量以及注浆压力，使得软弱土层段的桩径增大，行成扩大段以增大侧摩阻力。

值得说明的是，即便对于匀质地基，也可以通过调整注浆过程中的注浆压力以及膨胀剂掺量行成变直径桩。

Claims

1.高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于，包括以下步骤:

1〕钻进成孔：采用所述钻机在地基表面进行钻孔；

2〕在上述钻孔中安放若干长度不同的注浆钢管(1)；所述注浆钢管(1)的上端伸出地表并弯折伸出；

3〕向上述钻孔中投放散体材料(9)；

4〕在地基表面铺设加筋碎石垫层(4)；

5〕在垫层上方填筑路堤土；

6〕待路堤填筑完成，沉降稳定后，向注浆钢管(1)内注入膨胀水泥浆。

7〕膨胀水泥浆的凝固后膨胀，形成膨胀水泥浆桩体(2)。

2.根据权利要求1所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤1〕中，采用小型回旋钻机(8)进行分段钻孔。

3.根据权利要求1或2所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤1〕中，每根钻杆长度不超过5米，第一根钻杆达到钻进深度后连接第二根钻杆，第二根钻杆达到钻进深度后连接第三根钻杆，以此类推，通过钻杆的连接分段成孔，直到达到设计桩长。

4.根据权利要求1或3所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤2〕中，将注浆管(1)竖直放入钻孔中；注浆管上端伸出地表。

5.根据权利要求1或3所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤3〕中，所述散体材料(9)可以采用碎石、建筑垃圾、废弃钢渣等。

6.根据权利要求1或3所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤4〕中，在地基表面铺设钢塑格栅加筋碎石垫层，协调桩和桩间土的变形。

7.根据权利要求1或3所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤5〕中，在垫层上面分层填筑路堤土，直到达到设计标高，填筑路堤土的过程中，地基中的孔隙水通过散体材料桩和碎石垫层排出，从而逐渐固结。

8.根据权利要求1所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤1〕中，形成的桩孔分为若干段；步骤2〕中，注浆钢管(1)的数量与桩孔分段的数量相同。

9.根据权利要求8所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤1〕中，形成的桩孔分为若干段；步骤6〕中，从下往上，每段的膨胀水泥浆中膨胀剂的掺量逐渐增加。

10.根据权利要求8所述的高速铁路膨胀水泥浆后注浆散体材料桩复合地基施工方法，其特征在于：步骤1〕中，形成的桩孔分为若干段；步骤6〕中，对于软土段，膨胀水泥浆中膨胀剂的掺量增加。