注浆-高压旋喷桩在煤矿铁路路基加固中的应用

1、张百红, 男, 讲师。高压旋喷桩在煤矿铁路路基加固中的应用张百红李宏波(徐州工程学院江苏徐州221000 (中国矿业大学建筑工程学院摘要以淮南某煤矿采动区铁路路基填筑极限高度问题为例, 通过数值模拟对设计方案进行分析计算, 采用高压旋喷桩对软土地基进行处理, 可供类似工程参考。关键词铁路路基高压旋喷桩数值模拟1引言淮南某煤矿采动区铁路路基下因煤炭开采, 预计下沉5m, 该区地下水位较高, 要保证铁路安全运营, 必须要维持原设计标高, 因此路基要进行加高, 但DK4+090+68514为软土地段, 路基加高是否稳定必须进行稳定性计算。在路基加高过程中, 地基在经历地表变形的压缩、拉伸和扭曲作用后

2、, 已变为扰动土体。原状土受到扰动, 低, 粘聚力平均下降914%1。经济实用的性能, 2。2工程概况采动区铁路专用线全长9150km, 呈东南西北走向。其中DK4+090+68514为软土地段, 全长595m 。地层自上而下主要为:层冲填土, 黄褐色, 表层为耕土, 含植物根, 下部软塑流塑, 含贝壳; 层砂粘土 , 灰褐色黄色, 含铁锰结核, 软塑可塑; 层为淤泥质砂粘土, 灰色黑色, 近似淤泥质, 含白色贝壳, 夹薄层粉细砂土和粘砂土, 软塑流塑; 层砂粘土, 灰色黄色, 含黑色铁锰结核, 可塑硬塑; 层砂粘土, 黄色, 含铁锰结核, 硬塑坚硬。地质纵断面见图1, 地基土的物理力学性质指

3、标见表1。表1地基土的物理力学性质指标表层号岩土名称不排水抗剪强度/kPa内摩擦角/(°压缩模量251671963路基极限高度311理论计算路堤极限高度是指在天然软土地基上, 修建路堤能达到的最大高度。路堤的极限高度, 取决于地基的特征(软土的性质和成层情况 及填料的性质等, 可由稳定分析确定。对于均质软土地基, 通常近似地假设内摩擦角=0, 可用均质土坡稳定分析中稳定因数的表达式来估算路堤的极限高度H c 3, m 。H c =N s(1式中c 为软土的快剪(不排水 粘聚力, kPa; 为填土的容重, kN /m3; N s 为稳定因数, 与路堤边坡坡角和深度因数d 有关, 可由图

4、2查得。d =H, 其中, H 为路堤高度, d 为软土层厚。根据表1的数据, 应用公式(1 可以计算出路基所处位置路堤的极限高度, 见表2。131张百红等:高压旋喷桩在煤矿铁路路基加固中的应用表2路堤极限高度表mDK4+341+480+578+680916917918915在DK4+480既有路基填土最高615m, 从表2可知, 当该处路基加高312m 就会达到路堤的极限高度, 即路基不能满足5m 下沉加高, 需要进行加固。312数值模拟分析利用ANSYS 有限元分析软件进行路基实际结构、荷载、位移、约束等方面的模拟, 计算出各个部位的应力和变形, 并进行一定的力学分析与讨论。根据所研究问题

5、的特点和要求, 对模型进行了适当简化, 并假设:(1 影响范围外的地基土体两侧水平约束和竖向约束;(2 模型下部为竖向约束。地基土选用PLANE42单元, 材料为DP 模式, 可模拟地基土的性质。路基采用二维模型, 路基宽6010m, 高615m, 边坡坡比1:1175, 地基长200m, 60m, 计算模型见图3。通过模拟分析得到竖向位移荷载曲线, 见图4。图4中H 为相对于土的等代荷载高度, 路基加高到311m 之前, H 与u (竖向位移 之间呈线性变化, 土体呈弹性变形; 大于311m 后, 竖向变形急剧增大, 说明土体进入塑性变形, 路基发生失稳破坏, 即311m 高的土体荷载为极限

6、荷载, 这与前理论分析的结果312m 基本相同, 表明路基加高, 路基会发生失稳, 必须进行地基加固。4地基加固411加固设计铁路路基填筑材料为媒矸石, 高压旋喷桩具有施工占地较小、穿透能力强、施工速度快等特点, 决定采用高压旋喷桩复合地基加固, 在路基坡脚布置四排桩, 排距115m, 孔距115m, 其余部分均匀布桩排距2m, 孔距2m, 矩型布置, 加固深度路基以下为12m, 旋喷桩直径0160 m, 旋喷桩平面布置见图5。利用ANSYS 有限元分析软件进行地基处理模拟得到荷载位移曲线, 见图6。10, 高的要求。412施工要点(1 高压旋喷桩施工前, 选择路基附近相同的地层进行试喷成桩,

7、 并进行质量检测, 以确定喷射工艺参数、单桩承载能力、喷射体无侧限抗压强度等技术指标, 数量为3根;(2 桩垂直度偏差不得超过115%, 桩位偏差不得大于50mm, 桩径误差不得大于4%;(3 施工顺序, 首先施工靠近路基两侧的桩, 两排同步进行, 然后逐次两排同步向中心推进施工;(4 施工过程中对喷射压力、流量、喷头喷射速度和提升速度进行监控和记录;(5 施工完成后要进行检测, 检测量为注浆孔的2%5%, 检测不合格者应进行补喷处理, 达到合格。5结论(1 通过理论分析可知, 地基的填土极限高度为311m, 数值模拟的填土高度为312m, 理论计算和数值模拟得出的结果基本相同, 该段铁路地基必须进行加固。(2 煤矿专用铁路路基填筑材料为煤矸石, 采用穿透能力强的旋喷桩进行地基处理, 施工方便, 经济适用。(3 理论分析和数值模拟提出的地基加固方案, 可以满足路基加高的要求。参考文献:1王立波1移动地表土对砌体结构基础作用的试验研究D .江苏徐州:中国矿业大学, 2005.2卢信雅. 复合地基悖论-深搅桩桩体作用及实体基础设计