鐵路地基處理技術(shù)

1、鐵路地基處理技術(shù)目前在馬來西亞半島撓萬和美羅之間正在建造長達(dá)110公里列車時速高達(dá)160的高 速鐵路項目。在地面的改進(jìn)方法中，工程中采用了碎石樁置換振動，干土深層攪拌法（水 泥柱），單樁帽的土工格柵加筋式路堤以及單樁帽的拆卸/更換工作。本文提供了一個 詳細(xì)的闡述對振沖置換法的設(shè)計和實施以及深層土壤混合處理方法在工程中的使用采 用承載板試驗利用現(xiàn)場儀器操作監(jiān)測石柱的性能和討論土攪拌地基處理的方法。本文還 簡要概述了其他的一些處理方法在這一高速鐵路項目如單樁土工格柵路堤以及拆卸/更 換工作。簡介。電氣化高速鐵路項目運(yùn)行在馬來西亞半島雪蘭莪州的撓萬與霹靂州的美羅之間總 長度超過110公里。圖1顯示項

2、目站點(diǎn)在馬來西亞半島的位置。該項目的巖土工程設(shè)計 包括用現(xiàn)有的基礎(chǔ)為時速高達(dá)160的交通荷載做地基處理。客戶的設(shè)計要求是在六個月 內(nèi)最大的工后沉降在25毫米內(nèi)，在長達(dá)10米的弦允許10毫米的沉降差異。另外，固 結(jié)度應(yīng)達(dá)到不低于85 - 90%的程度。所需的邊坡長期穩(wěn)定的最小安全系數(shù)為1.5。由于 嚴(yán)格的結(jié)算限制和項目的快速軌道的性質(zhì)，一系列的地面技術(shù)的改進(jìn)必須與軟土或松砂 所適應(yīng)的高填方路堤的位置進(jìn)行確定。因此，必須確保地基在沉降及邊坡穩(wěn)定性具有足 夠的性能以及所需的工期內(nèi)完成該項目。本文提供了一個詳細(xì)的介紹對振搗替代石柱和干土深層攪拌法處理方法在工程中 應(yīng)用。振搗置換振沖碎石樁是一種地基處理

3、方法，大型樁所回填粗粒材料由特定深度的 振動器裝置安裝在土壤中。干燥的土壤深層攪拌技術(shù)是一個石灰-水泥柱法的發(fā)展。本 文還簡要地討論了樁承式路堤土工格柵以及它的拆卸和更換，這也是本項目采用的處理 方法。該項目的鐵路路堤高度范圍從1到12米不等，路基頂部最小寬度為14.9米，高度 小于10米，寬度為24.9米的路堤高度大于10米。該路堤的邊坡坡度為1 : 2。路堤的 兩邊設(shè)有寬3米高度大于5米的馬道。項目中遇到的土壤是達(dá)30米的深處的軟質(zhì)淤泥 和粘土以及松砂的高度可變的混合物。兩種方法由于結(jié)構(gòu)約束所需的處理過程：（a） 新路線需要修兩個新軌道其要求對路基全寬的治理；（b）對現(xiàn)在存在由后來改造成的

4、 軌道及新修建的軌道進(jìn)行治理。第一階段治療只是為新的軌道下的路基寬度。第二階段 的治療包括一旦列車運(yùn)營已經(jīng)轉(zhuǎn)移到新的軌道時對改造軌道進(jìn)行處理。石柱振搗置換法石柱振搗置換法是將大型粗?；靥畈牧狭杏商囟ㄉ疃鹊恼駝悠餮b置安裝在土壤中 的一種地基處理方法。石柱和中間的土壤形成一個集成的基礎(chǔ)支持系統(tǒng)具有降低壓縮性 和提高承載力的功效。石柱振搗置換法允許對土壤的治理范圍很廣，從軟粘土到松散砂， 治理低壓縮性和抗剪強(qiáng)度高強(qiáng)化元素。除了提高強(qiáng)度和變形特性，石柱加大了原位土壤 的密度，迅速排除產(chǎn)生的超孔隙水壓力，加快整合，減少工后沉降。常石柱完全穿透軟 弱層導(dǎo)致碎石樁和自然土壤結(jié)合發(fā)展大大提高承載力和降低壓縮性

5、的特征。該方法是一 個理想的解決方案，用于堤防它排除了“硬點(diǎn)“的影響。干式或濕式安裝方法根據(jù)接近 現(xiàn)有的鐵路軌道和水源可以利用。振動器的大小大約是40厘米，埋在地下的振動器帶 來的噴射水的滲透力對地面造成直徑50-60厘米的洞。振子之間產(chǎn)生一個環(huán)形空間，把 石頭填充在該孔中壓實。振動器的上下運(yùn)動使地上的石頭橫向移動，在同一時間緊湊的 石柱。這將打磨出所需的柱體直徑。圖2顯示了一個石柱安裝過程示意圖的。碎石樁的設(shè)計方法以下設(shè)計是在理想條件下的假定：柱是基于剛性材料；柱是不能被壓縮的；設(shè)計考 慮了柱的群體效應(yīng)和周圍的土壤對柱的支持；鑒于周圍土體的彈性反應(yīng)，柱材料從一開 始受到剪切。結(jié)算。使用普利布

6、法計算路堤在荷載下的沉降。這種改進(jìn)方法兼顧各種改 進(jìn)因子的改進(jìn)，覆蓋和協(xié)調(diào)控制。這個過程是各種土壤層的重復(fù)。讀者可以參考Priebe， Arulrajah，Affendi， Bo和Choa （人名）對碎石樁的沉降設(shè)計細(xì)節(jié)方面的一些理論及方 法。沉降率。沉降率可采用太沙基公式計算。固結(jié)度90%因子可從巴蘭和布克 圖得到，圖中所示，這也適用于剛性物質(zhì)。這些計算的相關(guān)方程如下，其中t是時間； T,是水平排水固結(jié)時間；de是相當(dāng)于土壤的圓柱體的直徑；q是為水平流固結(jié)系數(shù)。提高地基強(qiáng)度特性。碎石樁直至任何荷載已轉(zhuǎn)移到鄰近的土壤才發(fā)生變形。 石柱受到的部分增加的荷載，m，取決于面積比，Acol/A，并最終

7、提高了唱。下面描述 的過程都必須為每個柱上的不同的土壤層重復(fù)計算比例荷載m。復(fù)合體的結(jié)合取決于土 壤的面積比例，可以計算如下，C復(fù)合體系的結(jié)合度與C”土的不排水抗剪強(qiáng)度。復(fù)合體系的摩擦產(chǎn)生的剪切阻力可以確定如下，是復(fù)合體系的摩擦角；。是柱的 摩擦角；軋是土壤層的摩擦角。穩(wěn)定性。改良土粘聚力和內(nèi)摩擦角值-列矩陣從最終改善因子計算，N2, 這些值輸入到邊坡穩(wěn)定性分析程序中獲得地面安全系數(shù)。細(xì)節(jié)設(shè)計?；谑貐^(qū)的分析，采用下面的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計間距從撓萬 到美羅的線路中遇到的軟土條件，碎石樁間距一般在1.8 - 2.3米路堤高度5 -12米的范 圍內(nèi)。預(yù)計總沉降在0.3 -0.5米邊坡穩(wěn)定性均大于1

8、.5的安全因素。主要是砂質(zhì)粉砂固結(jié) 達(dá)到90%要求所需的時間不到兩個月。根據(jù)設(shè)計間距，石柱的處理面積比從應(yīng)在13%到 20%的范圍內(nèi)。石柱的安裝Arulrajah等人描述了土壤條件和土壤參數(shù)在工程現(xiàn)場與碎石樁的設(shè)計的關(guān)系?，F(xiàn)場 調(diào)查結(jié)果顯示，沿軌道的土壤中廣泛存在著很軟的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂粉質(zhì)砂 土。圖4顯示了一個典型的圓錐貫入試驗（CPT）在這樣的一個石柱處理位置的圖紙。碎石樁進(jìn)行處理約14公里長的鐵路線的土壤。直線0.8-1米直徑的石柱被安裝在 大約1 100 000米的項目現(xiàn)場的6-30米深處。圖5顯示了在新對準(zhǔn)的位置進(jìn)行碎石樁處理的示意圖。圖6顯示了在現(xiàn)有的鐵路軌 道項目旁邊實

9、施碎石樁處理的示意圖。碎石樁載荷試驗石柱安裝完成后，平板載荷試驗是在單柱進(jìn)行，以四列一組驗收。荷載施加在碎石 樁和碎石樁周圍的土壤。對于第一個周期，持續(xù)施加24小時設(shè)計允許荷載。在第二個 周期，施加設(shè)計荷載150%的最大負(fù)荷。該負(fù)載測試驗收的要求是，設(shè)計允許荷載下沉 降量不應(yīng)超過50毫米，設(shè)計允許負(fù)荷150%下不超過80毫米。用于單樁的荷載測試板 的大小為1.5米乘1.5米，四列一組的為3米乘3米的。圖7給出了原理圖顯示一單住 試驗載荷試驗裝置。如圖8所示為一個典型的單柱荷載試驗在工程中的應(yīng)用。碎石樁的現(xiàn)場儀表操作在石柱安裝后廣泛的現(xiàn)場儀表應(yīng)用到碎石樁處理領(lǐng)域。大多數(shù)的現(xiàn)場儀表組成還包 括表面

10、沉降板及沉降物。在現(xiàn)場的地表沉降計表明發(fā)生每個額外升力帶來的沉降和最小 的工后沉降。圖9顯示了安裝在項目現(xiàn)場沉降板的典型結(jié)果。圖10顯示了一個典型的 沉降板阿育王情節(jié)，這表明在加固后地基的地基固結(jié)度達(dá)到了 94%。圖10顯示了一個 典型的沉降板阿育王情節(jié)，這表明在加固后地基的地基固結(jié)度達(dá)到了 94%。石柱的長期 性能在實測結(jié)果的基礎(chǔ)上由阿育王法反面分析得出的。沉降物也用來監(jiān)視器鐵路軌道放 置后石柱的長期性能。長期監(jiān)測結(jié)果表明，碎石樁使土壤中的水分增加也導(dǎo)致周圍的混 合土軟土的改進(jìn)?；魻柲诽峁┻@個技術(shù)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。通過DSM進(jìn)行地基處理其允許對土壤的治理范圍很廣，從軟粘土到松散砂形成低 壓縮性

11、和高抗剪強(qiáng)度的加強(qiáng)材料。該技術(shù)主要用于減少沉降和增加剪切強(qiáng)度以及復(fù)合土 體的承載能力。它也可以用于要求減小震動的情況。例如，通過DSM技術(shù)可以減少高 速列車引起的振動以實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的動態(tài)性能。例如，高速列車引起的振動可以減少通 過干燥的DSM技術(shù)以實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的動態(tài)性能。項目中水泥作為結(jié)合劑，標(biāo)準(zhǔn)波特蘭 水泥由尺寸0 - 0.01毫米的晶粒和約65%的活性鈣組成。強(qiáng)度發(fā)展時間的不同取決于土 壤的類型和水泥用量的比例。強(qiáng)度發(fā)展時間的不同取決于土壤的類型和水泥用量的比例。 在大多數(shù)情況下，幾小時后強(qiáng)度開始升高并在第一周再繼續(xù)迅速增加。在正常情況下， 三周后的最終強(qiáng)度達(dá)到約90%。典型的DSM單元包

12、括軌道鉆機(jī)的安裝以及配備一個負(fù)責(zé)人和鉆具。該粘合劑裝壓 力罐中，安裝在設(shè)備本身或為一個單獨(dú)的機(jī)器。由鉆桿連接鉆電機(jī)螺旋攪拌工具使水泥 混合?；旌瞎ぞ咩@到堅固的地面上預(yù)定的深度。一旦到達(dá)所需的深度，刀具鉆出同時注 射粘合劑。粘合劑是從容器輸送到使用壓縮空氣干燥的混合點(diǎn)。對粘結(jié)劑的轉(zhuǎn)動率，退 保率和注射速率進(jìn)行調(diào)整，使所需量的粘結(jié)劑與土壤充分混合。粘合劑的量的范圍通常 在100 - 150 kg/m3的土。對深層土壤混合的最終結(jié)果是在改進(jìn)圓柱形土壤質(zhì)量的變形和 抗剪特性。干燥深層土壤的攪拌(水泥柱)干土深層攪拌法(DSM )技術(shù)是石灰-水泥柱法的發(fā)展中。干土深層攪拌法(DSM) 技術(shù)是石灰-水泥柱

13、法的發(fā)展中。它是一種通過機(jī)械混合原位軟弱土與水泥的土壤改良, 如石灰，水泥，或者兩者在不同比例的組合?；旌衔锿ǔ１环Q為粘合劑。粘合劑是在干 燥的形式注入土壤。土壤中的水分是用于結(jié)合的過程，從而形成了剪切強(qiáng)度高和壓縮低 的改進(jìn)土壤。從土壤中去除的水分也使得周圍的混合土軟土的改進(jìn)。霍爾姆提供這個技 術(shù)進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。土工格柵加筋樁承式路堤與單樁帽鐵路橋路過渡設(shè)計成樁承式路堤。打樁不影響路堤的施工速率或順序。樁承式路堤 也將消除沉降和穩(wěn)定問題的影響。它可以安全地假定所有的路堤荷載將通過樁轉(zhuǎn)移到密 集的底層。拆卸與更換這種方法可能是提高淺層軟土存款存在使用最廣泛的和經(jīng)濟(jì)的治理選擇。拆卸和更 換的方法用在軟粘性材料的項目。不合適的材料遠(yuǎn)離現(xiàn)場和開挖溝槽，取代他們的是隨 后被壓縮合適的填充材料。開挖深度大于2m可能需要使用臨時保護(hù)的方法，如臨時鋼 板樁。非機(jī)織土工織物作為開挖工程基底分離層來確保開挖基地的原位土和合適