鐵路頂涵工程中粉細砂地基預加固處理（4頁）
時間：2020-09-07 20:09:09 來源：勤學考試網 本文已影響 人 
鐵路頂涵工程中粉細砂地基預加固處理
? 摘要：在位于京秦線鐵路路基下的公路橋涵的頂進過程中，為了防止開挖面上的粉砂、粉細砂層發生坍塌、流砂、液化等失穩，以保證位于橋涵上方的京秦鐵路線的正常運行，需對砂層地基進行預加固。加固手段采用鉆孔灌漿法，灌漿材料選用改性硅酸鹽系列漿材。處理結果表明所應用的工藝技術達到了預期的效果。
一、工程簡介
?待頂進的公路橋涵位于京秦鐵路線三河段，橋涵在頂進過程中保留有三條鐵路線在運行，橋涵頂進完畢后鐵軌座落于橋涵頂板之上。公路橋涵斷面尺寸為22×3.5m，由3孔組成，涵體長度16m，現場整體澆注制作。在橋涵穿過的地層范圍內，自上而下地質分層情況是：雜填土、砂質粘土層（厚2.5～3.5m）、粉砂、粉細砂層（厚3.5m左右）、砂質粘土層。地下水位在粉砂、粉細砂層頂層下1.0m左右。橋涵底板位于第二層砂質粘土層的頂面上。頂涵前曾在鐵路路基兩側進行了基坑降水（采用輕型井點與管井相結合的措施），但降水不徹底，地下水位仍處在第二層砂質粘土層之上1.0m左右。為防止在頂涵過程中，開挖面上的粉砂、粉細砂層發生大面積坍塌、流砂、液化等失穩現象，有必要對這一地層進行加固處理，同時在橋涵兩側對第二層砂質粘土層上1.5m范圍設置阻水帷幕，以保證頂涵工作的順利進行。
二、加固方案
鑒于現有的鐵路運行狀況和工程情況，加固施工在鐵路路基兩側工作坑中進行。擬選用的加固手段為鉆孔注漿方法。該方法具有處理地層適應性強、施工靈活、加固效果好等特點。
為最有效地達到設計的注漿效果，應選用合理的注漿工藝、注漿參數（孔距）和注漿材料?？紤]到在地層加固處理之后的頂涵工作，注漿材料應在保證地層不失穩的前提下盡量采用低強度指標的廉價材料，據此注漿材料擬選用硅酸鹽類系列。該材料在一定的注漿工藝下較適合于粉砂、粉細砂地層的灌注，是目前應用于這類地層加固的最廉價材料。
注漿工藝采用水平鉆孔、孔口封閉灌注形式。設計采用2排灌注孔，三角形布孔?？拙?.5m，排距1.5m，加固鉆灌孔數量13個，鉆孔自鐵路兩側（南北）工作坑相對進行。鉆孔深度：自南側鉆孔為28m，自北側鉆孔為27m。加固土體范圍1300m3。
由于前期降水對位于第二層砂質粘土上 1.0m和下0.5m左右的地層帶效果不明顯，針對此層滯水帶較合理的降水方法是采用輻射水平降水技術，但現場條件和工期不允許。因此需對這一層進行防滲加固處理。設計沿橋涵穿過的兩個側面布置兩排防滲帷幕灌漿鉆孔，鉆孔數量單側為5個，孔距0.5m，排距0.5m。由于施工場地限制，防滲帷幕灌漿鉆灌施工工作亦自路基南北兩側進行?？咨钶^中間地層的加固鉆孔深度增加2.0m。
三、施工情況簡介
⒈灌漿材料
? 酸性水玻璃灌漿材料具有粘度低、可灌性好，能在中性或弱酸性范圍內發生凝膠而不發生SiO2的溶脫現象，從而大大提高了耐久性，堿溶出量極少不產生堿性污染的問題，而且價格低廉，是一種理想的灌漿材料。其制備方法有酸化法和離子交換脫鈉法，離子交換法因操作困難，工程中一般不采用。酸化法最常用的方法是將普通水玻璃用硫酸或磷酸等進行酸化處理，資料表明，酸性水玻璃在PH值為1-2時較穩定，而PH值為8-9時發生凝膠，將堿性水玻璃酸化，由于攪拌不勻或加料不準、過快都將會產生凝膠，影響漿液可灌性能，而高速攪拌、噴射加料等方法制漿，漿液的PH值一般控制在1-2之間，然后再用堿性材料調節PH值，控制漿液凝膠時間，使用起來也不方便，為克服這個困難，制漿過程中加入PH值穩定劑來直接控制漿液膠凝時間，則是一種有效手段。通過室內試驗，選用的酸性水玻璃注漿材料配比及其性能如表1、表2所示。
?表—１ ?漿材配比（重量比）
配比序號
水玻璃
硫酸(30%)
穩定劑
水
1
100
41.36
4.14
150
2
100
40.45
4.05
189
3
100
37.27
3.37
228
?表—2 ?漿液性能
序號
ＰＨ值
空氣中凝膠時間(min)
砂樣中凝膠時間(min)
粘度(cp)
固砂體強度(Mpa)
1
3.8
125
40
2
4.3
130
81
3-10
0.34-0.56
3
4.7
212
110
施工中所用水玻璃濃度為39-40Be，模數為3.2，硫酸由92.5%工業硫酸稀釋而成。灌漿時首先將硫酸稀釋，加入穩定劑，然后邊攪拌邊加入稀釋過的水玻璃，達到所需的PH值，即可灌漿，配好的漿液初始粘度3-10cp?，F場制漿不需要特殊的制漿設備，只需普通塑料桶即可，攪拌用手提式攪拌機或人力攪拌均可。從灌漿施工結果表明，所用配比材料性能穩定，操作方便，對地層有較好的灌入性。
⒉水平鉆孔工藝
? 在砂層、砂礫石地層、砂卵石地層中鉆孔，為保證鉆孔孔壁的穩定，一般采用跟管鉆進或泥漿護壁鉆進的成孔工藝。跟管鉆進成孔速度較慢、鉆孔費用較高；泥漿護壁鉆進，除了施工環境不好、成孔費用增加外，最大的問題是孔壁上的泥漿會影響隨后的注漿效果，尤其是對可灌性較差的粉砂、粉細砂地層的注漿。在粉砂、粉細砂地層中水平鉆孔相對豎向鉆孔具有更大的施工難度。
? 針對本工程，鉆孔孔排距較大，鉆孔施工中要求既要保證后續灌漿工藝的實施、且不能影響灌漿效果，還要具備較高的施工工效。為解決這一系列的施工難題，在鉆孔過程中我們作了如下鉆孔工藝改進：
①為提高鉆孔和灌漿施工工效，采用一次成孔、不提鉆、自孔端至孔口的分段灌注工藝。
②為保證后續灌漿工藝的實施且不影響灌漿效果，解決在粉砂、粉細砂地層中水平鉆孔孔壁不穩定問題，采用了無鉆具鉆孔、小孔徑（Φ42）鉆孔工藝，特制鉆頭（水口設有逆止）直接與鉆桿連接，高壓清水（3Mpa）給進成孔。
? 現場施工表明，采用150型地質鉆機，含加接鉆桿輔助時間在內，30m深的鉆孔成孔時間在90min以內，施工工效較快，而又不存在泥漿護壁所帶來對灌漿效果有影響的問題?，F場施工中曾采用常規清水鉆進的成孔工藝，但當孔深達12m時即發生給水通道堵塞現象而無法達到終孔深度。
⒊灌漿工藝
? 為提高改性水玻璃漿材在密實的粉砂、粉細砂層中滲入距離，縮短灌注時間，考慮到砂層特有的液化性能，施工中提出并采用了定流量（30L/min）、定壓力（1Mpa）、邊灌注、邊攪拌、邊提灌漿管的攪拌灌漿工藝。采用此灌漿施工工藝，在灌段（1～2m）后部砂層實際具有部分止漿功效。注漿泵采用單螺桿泵?？卓谠O置封閉器。每孔漿液注入量根據地層孔隙率、漿液滲入距離、灌段長度等參數、并結合以往工程試驗數據共同確定。設計單位注入量q=45 L/m，實際灌入量60L/m。
⒋灌漿效果檢查
? 通過在頂涵過程中掌子面土體的開挖，發現采用上述的鉆孔工藝和攪拌式灌漿技術，改性水玻璃漿材在密實的砂層中滲入距離為0.6～1.2m，防滲幕體效果明顯，開挖灌漿體強度適中，在頂涵開挖中地基沒有坍塌、流砂失穩現象，滿足原設計要求。公路橋涵按計劃順利頂進完畢。
四、結語
? 結合本工程的實際情況，在地基加固中采用了適宜的水平鉆孔工藝、選用滲透性能較好的改性水玻璃漿材、通過特殊的攪拌灌漿工藝，使灌漿材料較好地滲透到被加固的粉砂、粉細砂層中，保證了在頂涵開挖中地基的穩定，達到了預期的灌漿效果。
