桩板结构技术于高速铁路施工中的应用

梁光荣

1 工程概况

郑州—西安铁路客运专线为双线铁路,线间距5m,设计行车速度350km/h,设计桩板结构位于DK206+643.04～DK206+724.79,全长81.75m。一侧衔接凹上大桥、一侧衔接复合地基换填路堑。上覆第四系全系统,第四系中更新统粉质黏土(松软土、软土)、粘质黄土;下伏基岩为震旦系下统马家河组辉石安山岩、砂岩、燕山期侵入岩石英闪长玢岩,地下水对混凝土无侵蚀性。

2 结构构造及基本要求

1)钢筋混凝土桩板结构由钢筋混凝土桩基和上部钢筋混凝土托梁、钢筋混凝土承台板组成,钢筋混凝土承台与无砟轨道底座基础结构通过预埋门形钢筋相连接。2)本段钢筋混凝土承台板采用1块“4.588 m”和3块“3×8.72 m”的板结构形式,板厚均为0.8m,板宽2×4.99m。3)桩基采用钢筋混凝土钻孔灌注桩,桩直径1.0m,按端承桩设计,要求桩嵌入稳定基岩不小于3m,桩端基岩饱和抗压强度不小于5 MPa。采用C35混凝土灌注,桩沿线路方向布置两排。4)每排桩顶均设置托梁一片,8.72 m跨度的托梁尺寸为:长×宽×高=10.4 m×1.3 m×1.0m,与搭板连接处托梁尺寸为:长×宽×高=10.4 m×1.3 m×1.0m。5)钢筋混凝土承台板板与板之间连接处设伸缩缝(如图1所示20mm处)。6)为减少轨面标高下的地基负摩擦作用,桩基施工前对DK206+643.04～DK206+724.79段路堑轨面标高下地基采用冲击碾压追加压密,然后加铺0.4厚灰土垫层,顶面设0.1 m C25混凝土填筑。

3 施工工艺

3.1 工艺原理

桩板结构路基是高速铁路无砟轨道的一种新的结构形式,它由下部钢筋混凝土桩基与上部钢筋混凝土承载板组成,承载板直接与轨道结构连接,综合了板式无砟轨道或双块式轨枕埋入式无砟轨道结构与桩基础各自的特点,充分利用桩—板—土三者之间的共同作用原理来满足无砟轨道的强度和沉降变形的要求。

3.2 工艺流程

路堑开挖→冲击碾压→平整场地→灰土层施工→桩基施工→混凝土垫层施工→托梁施工→承台板施工。

3.3 施工应用

1)测量放样路堑中、边桩,横向分台阶开挖并同时做好各级开挖断面的横向、纵向临时排水坡。由于不能跟进施工骨架护坡,机械刷坡时边坡预留了约30cm厚保护土层,开挖深度则控制在承台板底部标高+50cm位置。2)抽取表层以下50cm处土样进行含水量试验,通过晾晒或洒水使之达到最佳含水量±2%以内方可施工冲击碾压。现场试验确定采用参数为静态压实能25 kN◦m的冲击碾压锤、行驶速度13 km/h。由外向内转圈冲击碾压8遍后,使用推土机平整,再用25 t压路机进行振动、静压各一遍,检测绝大部分范围土体已达到Ev2≥45 MPa、压实系数不小于0.97。3)二八灰土采用7天前充分消解的石灰以及硫酸盐含量小于0.8%、有机质含量小于5%的细粒黄土,改良拌和在改良土拌合站场拌完成,拌合料应尽可能达到最佳含水量或少许偏大,并尽量从拌和至摊平碾压间的中间时间。其质量检验应与施工密切配合。一次性通过质量检验,K30≥90MPa/m、压实系数K≥0.92、基本承载力不小于180kPa。4)研究表明,桩板结构的桩基加深了路基的动力影响范围,改善了路基土体部分的受力状态,桩底持力层受动力影响较大。而且此桩板结构每个托梁下的一对桩基分别位于左右线路中心,非群桩结构,因此每根桩的作用都极其重大。5)桩基桩身完整性检测完毕后,浇筑托梁下混凝土垫层。控制垫层顶面位置时要注意保证桩头嵌入托梁10cm以上。施作垫层时污染桩头的混凝土和其他杂物必须在绑扎托梁钢筋前全部清理完毕。6)桩板结构托梁与公路桥梁中的盖梁内外结构均极其相似,只需注意预埋托梁与承台板间连接的预埋筋即可。7)承台板之间同样在边跨处存在纵向连接,且承台板布筋很密,控制其间距以及保证混凝土保护层任务便是重中之重了,注意主筋的连接应采用闪光对焊。

3.4 质量保障

表1 桩板的允许偏差、检验数量及检验方法

1)模板及支架的材料质量及结构必须符合施工工艺设计要求。2)模板安装必须稳固牢靠,接缝严密,不得漏浆。模板与混凝土的接触面必须清理干净并涂刷隔离剂。浇筑混凝土前,模型内的积水和杂物应清理干净。3)钢筋原材料、加工、连接和安装必须符合规范规定。4)混凝土原材料、配合比设计和施工的检验必须符合规范规定。5)桩板的允许偏差、检验数量及检验方法应符合表1规定。

3.5 同地质条件下与CFG桩比较

同地质条件下与CFG桩处理路基的主要工程量比较见表2。

表2 同地质条件下与CFG桩处理路基的工程量比较

4 结语

桩板结构其实就是土石方工程、桩基工程、钢筋混凝土及模板工程的巧妙组合,这其中的每一项也都是十分成熟的施工技术,其所需要的机械设备也是非常普及甚至可以说是每个综合项目现场必备的,一般不必另外购置或租赁,因此在了解其施工组织要点后配以适当的质量控制,顺利完成施工任务难度并不大。而在路基、桥梁、桩板结构的沉降观测数据的对比中,桩板结构沉降曲线与桥梁沉降曲线更为接近,从这点看,它已可区别于传统意义的路基而作为刚性结构存在,其稳固性自然不言而喻。

在高速铁路大行其道的今天,要攻克质量等级高、工期要求紧等等容易顾此失彼的难点路基地段,桩板结构以其承载特性和动力性能良好,且具有较好的经济性,目前已可适用于新建客运专线无砟轨道铁路中的工程地质条件复杂的低路堤和路堑地段以及两桥(隧)之间短路基、道岔区路基等特殊地段软弱地基加固,同时也可用于已建路堤的补强加固,不失为一项值得推广及扩展使用范围的路基施工技术。

[1]詹永祥.高速铁路无碴轨道桩板结构路基模型试验研究[J].西南交通大学学报,2007(4):54-56.

[2]续海龙.京津城际无碴轨道施工关键技术的研究[J].山西建筑,2008,34(15):262-263.