高压旋喷技术在不均匀间歇式采煤沉陷区铁路桥梁地基加固处理中的应用.doc

高压旋喷技术在不均匀间歇式采煤沉陷区铁路桥梁地基加固处理中的应用齐永立（中铁十六局集团第二工程有限公司 天津市 300162）摘 要 本文详细介绍了煤矿采空区，超量动态沉陷条件下运营铁路桥梁整治施工中利用高压旋喷桩对桥梁地基进行加固处理，以此确保其在采动过程中整体均匀下沉的施工技术，它对今后类似工程提供技术参考。关键词 高压旋喷 沉陷 铁路桥梁 地基 加固处理1 工程概况谢桥济河铁路中桥位于淮南矿务局谢桥煤矿首采区，作为煤炭运输的专用线，该桥是保证煤矿正常生产和运输的必要条件。桥总长72.2m，总宽18.1m，由18个箱形框架组成，每个框架纵向长12m，框架横向宽6m（=100），框架总高8m或9m。在2002年初，上一个工作面开采时，曾对桥体形成沉降，毛石基础部分拉裂，个别箱体上下错动达5-10cm，箱体间5cm变形缝也均出现不同程度的挤压或张开。2003年1月1211（3）工作面即将开采，该工作面从桥体正下方通过，采高较大（约5m），按预计，将对桥体产生4m左右的沉降变形。为保证不中断铁路运输，研究出了原桥加固改造方案，即增加新箱体（即“桥上桥”），保证铁路线的标高不变。为确保桥体在下沉过程中结构体系不被破坏及整治工作能顺利展开，必须对桥体基础进行加固处理。2 地基加固处理方案选定地基加固处理方法很多，而对既有建筑物的结构加固就有其本身的局限性，这就要求从地质、水文、建筑物本身结构形式、作业空间等多方面综合考虑。2.1 工程地质情况桥下地基组成主要为砂土和粘土。素填土：结构松散，含少量植物根茎及矸石，厚度0.6m，层底标高+20.41m。粘土：浅褐黄色，硬塑状，土质粗糙，结构松散，含不均匀粉土及少量铁锰结核，局部夹有灰色粘土条带。该层物理性质较好，但压缩变形高，厚度2.10m，层底标高为+18.31m。砂粘土：灰黄-褐黄色，可-软流塑状，上部土质裂隙发育，多有小孔洞（最大孔径达10mm，为浅灰色粘土充填）。下部含少量粉土薄层，该层土质软弱不均，厚高5.30m，层底标高+14.01m。粘砂土：浅黄色，软-流塑状，含粉砂条带及粘土薄层，波状层理，振动后易淅水，见云母碎片，透水性较好。该层力学强度一般，厚度1.3m，层底标高+12.7。粘土：肉红色，可塑状，结构松散，裂隙发育，含少量砂礓，见淡水螺壳，局部夹粉砂团块，压缩性中等，厚度1.30m，层底标高为+11.41m。粘土：浅褐黄色，可软塑状，波状原理，上部含粉土薄层，下部层面多见粉砂条带及淡水螺壳。该层土质软弱，压缩性中至偏高，厚度3.6m，层底标高为+7.81m。粘土：褐黄色，硬塑状，顶部0.6m为青灰色，有机质含量高，稍有淡水螺壳，下部土质较好，含不均匀粉土团块，该层物理力学强度较好。2.2 水文状况济河是淮河的支流，为一天然河流，河水面标高+19.57m，桥基下水类型为潜水，微具承压性。2.3方案选定从桥基地质构成来看，桥下地基多为砂土、粘土，无基岩持力层，施作灌注桩效果不好。而旋喷桩是利用高压浆液直接冲击破坏土体，使浆液与土体充分搅拌混合，从而在土体中形成一个有一定直径的柱状固结体。施工中将桩梅花型布置，合理设计桩距，则可使整个地基固结成一个整体，从而使地基得到加固，而固结地基可使结构物在沉陷中尽量均匀、整体下沉。而且旋喷桩在砂土地基中使用效果较佳。从水文情况看，在冬期，济河水深不足2m，修筑半围堰即可进行施工。更为重要的是，箱体底板为1.2m厚钢筋砼，下为1.2m厚浆砌毛石基础。采用旋喷施工，只需在砼底板及毛石基础上钻一个直径为50mm的导向孔，即可在地基中旋喷成桩，对老桥基础结构破坏最小。此外，地基加固要在箱体内施工，而箱体净空仅为5.6-6.6m，作业空间有限，而旋喷钻机结构紧凑、体积少、高度小。故选用高压旋喷桩对地基进行加固。桩参数为：600，桩长10m（筏片底板下有效桩长），水灰比1：1，延米水泥用量200Kg/m。3 地基加固施工3.1 施工顺序塌陷区旋喷桩施工不同于普通地基，本施工均在筏板面上进行作业，为了不产生附加沉降，首先进行桥梁外两排旋喷桩施工，然后进行箱型结构底板下旋喷桩施工；首先施工靠近箱型结构侧壁旋喷桩，并间隔二桩位施工；保证两排同步进行，向中心推进。3.2 加固工序整个地基加固包括以下三道工序：用百米地质工程钻机钻凿2.4m厚钢筋砼底板和毛石基础孔；施工高压旋喷桩；用C40砼封堵钻凿孔。拔 管钻机就位调整钻架角度钻 孔打 管试 喷插 管旋喷作业喷射结束泥浆的排泄处理清洗钻机3.3 旋喷桩施工施工工艺流程见图1： 图1 高压旋喷桩工艺流程框图钻机就位钻孔插管使用XY100M工程地质钻机，钻孔完毕拔出岩心管，并换上旋喷管，边射水边插管，直至设计标高。喷射注浆水泥浆液在喷注前搅拌完成，当喷嘴达到设计高程开始向钻机输送高压泥浆。在底部旋喷1min，待浆液从孔底冒出地面后，钻杆开始旋转提升，由下而上进行旋喷（旋喷速度20-25转/min，提升速度200250mm/min）。由于箱体内作业净高有限，注浆管不能一次提升完成，而需分次拆卸，卸管后继续喷射的搭接长度不得小于10cm。喷射提升达到桩顶设计标高时，为避免浆液与土在搅拌混合后因浆液析水出现收缩，造成旋喷桩顶部凹穴，进行1-2分钟的低压补浆。冲洗补浆完成后，提出钻杆、钻头，进行低压射水冲洗钻杆、喷嘴。全桥18个箱体，共施作高压旋喷桩671根。4 加固效果验证载荷试验。在桥基岸边打设了三根桩，以此来进行载荷试验。经平板载荷试验，单桩承载力满足箱体荷载要求。土层内部观测孔。桥体旋喷加固后，由于采煤沉陷，地基将有超量沉陷，旋喷加固的目的主要是使地基土固结形成整体，确保整体下沉。而沉陷过程中旋喷桩与地基土层的结合及相互作用，用常规手段是观测不到的。经研究采用土层内部观测孔，监测桥梁地基土层的离层情况。经过6个月的观测，从采煤经过桥下到沉陷趋于稳定，桥梁地基土层离层较小，未对地基正常沉陷产生影响。5 结束语通过以上加固处理，济河铁路中桥在近半年的采煤沉陷过程中，基本整体下沉，桥体结构状况良好，确保了综合整治工程的圆满成功。高压旋喷技