利用斜向水泥土桩法加固铁路路基的技术分析

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摘 要：铁路运输作为一项重要的交通运输方式对我国的经济、社会发展起着深刻的促进作用，而随着科学技术的发展，铁路运输工作日益繁杂的同时也出现许多新的铁路建设和加固技术。因此，文章就从斜向水泥土桩法这一铁路路基加固技术入手，对该技术进行全面剖析。文章涉及斜向水泥土桩法的概述、系统化结构原理的探究、具体施工工艺的总汇分析，以及施工安全和行车安全注意事项的简析。

关键词：斜向水泥土桩法；加固；铁路路基

中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0106-02

斜向水泥土桩法作为一种能够广泛运用于铁路列车通行状况下进行加固路基建设的技术，在当今社会将发挥其更显著的作用。在原有的铁路路基加固方法和技术中，并没有一种方法、技术能够像斜向水泥土桩法一样适合在铁路列车通行状况下进行加固路基作业，这样的工作效率就显得较为低下，严重影响列车通行，也影响城市运输发展速度。

1 斜向水泥土桩法的概述

斜向水泥土桩法是唯一一种能够在铁路列车通行的状况下进行路基加固的先进技术，同时也是牢固性极高、效率倍增的技术。斜向水泥土桩法就是将单管旋喷高压注浆技术应用于加固技术中，在铁路路基内里形成具有一定规模、既定间距和直径的斜向柱状水泥土固结构载体，载体呈柱状，在形成加固铁路路基的同时，还能够有效减少因铁路路基承载力不足以支撑各方压力，导致路基下沉引发一系列不必要的危害。

斜向水泥土桩法最主要的独到之处就是它施工工艺简便，适用范围广泛，可在铁路列车通行的同时进行路基加固，安全性能更大，而且可以在规定的0～90°范围内进行任意加固角度调整，是一种集高强度、高效率、高质量于一体的铁路路基加固施工技术。

2 系统化结构原理探究

运用斜向水泥土桩法进行铁路路基加固时可分为两个步骤，第一为喷钻成孔，第二为喷射巩固。

在喷射成孔的整个过程中，要求施工队伍采用普通或者专用的钻机预成孔，或者还可以选择直接使用旋喷钻机驱动喷射管头进行喷射成孔。如果使用第二种方法，则施工队伍选择的喷射管必须带有良好密封性，喷射头必须选择1～2个，且要具有横向喷嘴的特殊装置。另外，如果选择普通钻机预成孔，在钻机钻至原定的深度时，应改用旋喷机喷射头进行施工，需将其下置至孔洞底部，在直接运用旋喷钻机喷射成孔洞的时候要将喷射头直接送至原定的深度再进行施工。

第二个步骤为喷射巩固，在这个步骤执行过程中，应注意在使用高压水泥浆或者其他的固化剂的时候最好以至少15 MPa的压力进行喷射巩固，经由喷射管送至喷射头进行土中横向喷射。这要求施工队伍选择直径大约是两毫米的横向喷嘴进行施工。在横向喷嘴进行土中作业时，要使钻杆整体协助作业，边上升边旋转，以提高作业效率。在这个步骤进行时，正是因为高压喷射强流具备极强的削切力度，能够使在土中喷射出来的水泥浆与喷射周围区域的土壤形成搅拌混合、削切圆滑结合的关系，一边使水泥浆和土壤搅拌混合成为它们相结合所成的加固体，成型后即“斜向水泥土桩”，这也就是斜向水泥土桩法的根本之处。

3 斜向水泥土桩法施工所需机具和相关器具

3.1 施工所需机具

①喷旋钻机。喷旋钻机作为斜向水泥土桩法的必备机具，在选择时应注意对钻进提升速度、提升力、旋转速度等各方面技能进行相比较，选择其功能优越者进行施工使用。可以选择MG50-AX旋喷钻机、MGJ-50型号的锚固旋喷工程钻机、MGJ50A型钻机等。具体要求体现为：钻进提升速度应达到10～35 cm/min，提升力达到10～30 kN，旋转速度则应为15～30 r/min。

②高压注浆泵。高压注浆泵作为液态单管旋喷的专用机具，其压力一般要求至少达到15 MPa。通常在斜向水泥土桩法施工中，GPB-90型高压旋喷注浆泵、GZB-40C型高压注浆泵等型号较为常用。

③高压胶管。高压胶管就是用于高压注浆泵和钻机连接的软性管路。在选择时最好采用内径为Φ19～25 mm的胶管，并用高压钢丝进行胶管编缠，致使其工作压力不会比喷射泵压力低。

④喷射注浆管。喷射注浆管主要是用于水泥土桩技术施工的专用机具，由单管导流器、喷射头和钻杆组成。

⑤泥浆搅拌机。泥浆搅拌机在用于水泥浆的搅拌作用，往往可以在施工过程中针对施工需要进行喷射量设计和加工改造。在此推荐单机高压喷射注射水泥浆的时候应当保持以1.15 m3的水泥搅拌机容积为适宜，还要控制搅拌翼的旋转速度，一般保持在30～40 r/min。

⑥排浆泵。在施工现场由于采用了水泥土桩法会出现大量废弃泥浆，为保持施工场地整洁度，应及时进行废弃泥浆处理。排浆泵可以帮助一些无法通过沟渠排放废弃泥浆的施工方抽取、清通现场的废弃泥浆。可以选择BW-120型号的泥浆泵，采用低压泥浆泵主要是其结构合理，操作便捷，且压力大，流量稳定。

⑦发电机。由于在施工中难免会出现施工场地的外部电源难以接入的现象，在现场配置发电机可以减少不必要的时间浪费，自行发电，给场内各机具提供电源，同时可以应对以备不时之需。

3.2 相关的辅助器具

相关的辅助器具主要为监测仪表，这是为了保证施工质量达到施工设计原定的要求而设置的监测仪器，能够对喷射工具的流量和压力、喷射头的提升速度和旋转速度等做数据录入。这是出于两方面考虑，其一，在施工时一旦发现数据与原定的数值有差时可以通过仪器显示灯等进行警报，督促施工队伍及施工人员进行即时控制，减少后患。其二，这些仪器录入的数据可以为日后的施工设备的选择提供参数对照。

在施工中通常会需要一次仪表和二次仪表。一次仪表就是指转换器、变换器等传感器具，二次仪表就是指积算仪、毫安表、记录仪等。例如选择KLE-4A型号的仪表可以监测喷射工具的流量和压力情况，包括对水、浆、气等进行全面监测，而涡轮流量计和压力变送器则为一次仪表，自动电位差计记录仪则为第二仪表。在选择KLE-4B型号的仪表时，则是对喷射头的提升速度和旋转速度进行数据录入，在一次仪表的选择中可以采用转速表或涡轮流量计进行监测，二次仪表可以选择自动电位差计记录仪。

4 施工工艺总汇、分析及安全对策分析

4.1 施工前期准备

在斜向水泥土桩法开始进行施工之前，应对施工场地进行多次勘测和施工计划组织，对各项准备工作列举成册并进行详细安排，以确保整个施工工程的正常进行。在准备期间应按照施工设计图纸样板进行现场孔位勘测，探查有无障碍物阻碍施工或引起施工不安全，若发现有则应及时进行排除障碍物，如果障碍物难以移除，则应立刻与有关单位进行协商，修改孔洞设计处，另外，对施工场地的质地监测也十分重要，最终才可以对实际施工计划组织进行策划编制。

4.2 斜向水泥土桩法施工工艺的程序与操作

①施工工艺程序安排。斜向水泥土桩法的施工过程应当按照以下程序严谨进行：在钻机就位后，利用钻机进行开孔以备下管，放置注浆管，当钻头到达原定的深度之后使用高压注浆泵进行高压喷射注浆，这种自下而上的喷射注浆方式能够帮助施工方更好把握整个工艺进行的程度，当发现水泥浆喷射到原定的高度时就结束整个喷射过程，停滞喷钻机的钻动，拔出注浆管后再及时对这些机具和孔口进行清洁。

②施工技术相关数据设定。在斜向水泥土桩法的施工中，其施工技术的相关数据应由施工方根据施工现场的土地质地和加固成效的要求，再与施工方的施工经验进行结合，严谨要求各项相关数据的设定之后，还应将其实施于整个施工过程中，严格控制。

③斜向水泥土桩法的具体施工工艺。由于水泥土桩固结体成效好坏的因素较多，本文只集中针对施工工艺这一过程对于固结体成效好坏的影响进行研究，这也是其主要原因。主要分为喷射过程、第二次喷射过程、泥浆外冒处理、防止收缩处理。

在喷射的过程中，高压喷射注浆是一种喷射管插入后由下而上、由里而外的喷射方式，而有时候会出现喷射注浆需要分次进行，就需要将喷射管拔出，然后再进行喷射注浆搭接，而对于搭接的长度也应保持不小于100 mm，这是为了确保固结体的整体性。

在进行第二次喷射时，应针对第一次喷射的部位进行再次喷射，必须确保喷到顶再将其放下以重喷这一部位，第二次喷射能够通过增强土块破坏有效长度，以增加固结体的长度和直径，达到强化整体的效果。因此，条件允许的情况下可以进行多次重复喷射，这样效果会越好。

泥浆外冒处理中应注意往往会夹杂着颗粒状土块，施工人员可以根据外冒的泥浆判断土层和地质情况，可以根据实际情况适当修改旋喷的参数设置，以保证施工效果及其合理性。如果发现外冒的泥浆总量多于注浆总量的五分之一，或者没有泥浆外冒情况，则应立刻停止施工，查明原因再进行进一步施工。

防止收缩的处理步骤中，应注意由于使用纯水泥浆进行喷射时，会有浆液析水的现象，因此会造成一定程度的收缩情况，在固结体的上方会出现因为浆液析出性、地质层性质不同等因素影响的一些凹穴。所以，为了防止出现收缩情况，应当采用捣实并回灌外冒泥浆的方式进行二次注浆。

4.3 施工中安全和行车安全注意事项

斜向水泥土桩法运用于实际施工中有存在一定的隐患，并会对铁路的运行产生一定影响，因此，可以采取以下三种对策：其一，需要对铁路的列车进行限速，在不同的路面影响程度上设定对列车的限速安排。其二，利用天窗时间对临近路基路肩的斜向水泥土桩和临近触网支柱基础的斜向水泥土桩进行施工，可以减少喷射压力。其三，在整个施工过程中应严格按照原先设定的顺序进行施工，应将临近路基路肩的土桩先完工，然后才可接着进行其余土桩施工。

5 结 语

在施工中，由于斜向水泥土桩法独特的施工原理和施工工艺，它在实际操作和施工工艺完善的过程中不断被提高运用程度，使得这种施工技术能够适应更加广阔的施工范围和承载更加强大的施工压力。

参考文献：

[1] 王定举.用斜向单管高压旋喷桩整治朔黄铁路路基病害[J].铁道建筑，2006，（9）.

[2] 刘迎军.水泥土挤密桩在运营的新长铁路上治理路基下沉方面的应用[J].铁道标准设计，2006，（1）.

作者简介：宋其（1981-），男，河北保定人，助理工程师。