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斜向高压旋喷技术加固既有铁路路基及沉降控制研究

王卓  
【摘要】:铁路路基是轨道结构的基础,承受列车和轨道荷载,若其强度和稳定性不满足要求,将影响线路质量、行车速度,增加轨道养护工作量,严重时将危及行车安全。近年来,随着我国经济发展的需要,大轴重、高密度的行车加剧了对铁路路基的破坏,由于铁路路基下沉的后果极其严重,其治理方法必须兼备有效性和时效性。因此本文在前人研究的基础上,提出将斜向高压旋喷技术运用于既有铁路路基加固工程。本文结合新疆铁路奎北线K339+000~K344+000段路基沉降变形治理研究,遵循提出问题、分析问题、解决问题的研究思路,结合室内试验、现场试验、数值模拟等技术手段,对斜向高压旋喷注浆技术进行了相对缜密的研究。首先,通过详细的勘察和分析发现,奎北铁路K339+000~K344+000段路基病害主要表现为:桥涵过渡段下沉严重、路肩纵向裂缝较大和路基下沉引起的边坡防护骨架鼓起等。导致路基病害的主要原因为:路基填料不良、路基压实度不足等。然后,通过高压旋喷注浆试验,分析总结了注浆压力、水灰比、钻头提升速度、钻杆倾斜角度等注浆参数对注浆效果的影响。经研究发现,注浆压力、钻杆入射角度和钻头提升速度对旋喷桩成桩形态影响较大,对桩体强度影响较小,水灰比对成桩形态和强度均影响较大。通过对现场试验进行竖向沉降监测发现,注浆压力越大相应区段的竖向位移也越大。综合各注浆参数对注浆效果的影响,本文建议选取注浆压力为20MPa、水灰比1:1、钻杆提升速度15cm/min、送风压力0.7MPa、钻头入射角度10°~15°。随后,针对布桩形式与加固效果的影响关系通过FLAC3D数值模拟研究发现:由于“梅花”形布桩整个桩体周围均为路基土体,并没有可以承受路基顶部荷载的“持力层”,因此,“梅花”形布桩具有局限性,只能满足一定条件下的铁路路基加固;而经“咬合”桩加固后的路基,其竖向应力分布更加均匀、更为广阔,使得路基中的绝大多数土体都起到了承担上部荷载的作用,路基整体性显著提高,使用“咬合”桩进行既有铁路路基的沉降控制是十分有效的,且桩排距为2m即可满足要求。由于路基横断面为梯形,且水泥土固结体为硬层,因此在路基边坡与“咬合”桩相交处的土体因挤压作用会出现小范围的挤出现象,这种情况可通过采取对路基边坡进行适当加固而消除,因此并不影响“咬合”桩的整体加固效果。最后,结合高压旋喷加固既有铁路路基的技术特点,总结提出了采用斜向高压旋喷技术加固既有铁路路基的施工工艺。


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