振冲碎石桩加固铁路路基的设计与应用

振冲碎石桩加固铁路路基的设计与应用

王恺

中铁上海工程局集团有限公司第四工程有限公司

摘要：本研究以包银高铁工程为背景，汇总了相关的实践经验，深入探讨了振冲碎石桩地基加固的施工技术。重点研究了振冲碎石桩的工作原理、施工过程以及需要注意的要点等，并从临床实践中汲取知识。这旨在突出振冲碎石桩加固在铁路路基建设中的核心作用，为未来相似的工程提供实践指南和借鉴。

关键词：振冲碎石桩；铁路路基；技术应用

引言：伴随着铁路运输业务的快速发展和普遍应用，人们已经开始关心铁路路基的稳固性与安全性问题。然而，受到铁路所面临的地理位置、地质条件和气候变化等因素的影响，铁路的路基建设经常遭遇众多挑战[1]，例如，土壤的不平整以及土壤沉降等情况。为了妥善解决铁路路基建设中可能出现的安全问题，技术专员们持续在探索和研究创新的地基加强手段及技术。振动碎石桩作为一项广泛应用于地基强化的方法，已经受到了学界的普遍关注。

本篇文章对振冲碎石桩在铁路路基固定工程中的运用进行了深刻探讨。首先对振冲碎石桩技术的基本理论和设计方法进行详细的阐述；其次，探讨工程执行的可能性，以及在各种环境条件下的实际应用；最终，进行了整体的回顾和前瞻。本研究旨在为铁路基础建设提供有价值的理论依据与技术支持。

一、振冲碎石桩加固铁路路基的设计原理与方法

（一） 振冲碎石桩技术要求

1.碎石桩地基处理范围宜在路堤坡脚外缘扩大一排桩,采用振动沉管成桩法施工。

2.柱径0.5m ,桩间距及桩长根据具体工点的计算确定。正三角形布置。

3.桩项设0.5m厚褥垫层，症施工完成经检测符合要求后，铺设O.25m厚褥垫层，碾压密实后铺设一层土工格勐或缝合加筋复合土工膜，然后再于其上铺0.25m厚褥垫层,暖压密实后再能工其上填土。控项褥垫层材料洋见工点设计图，水泥改良土垫层技术指标详见《包银包惠就路通一17》设计图﹔垫层用碎石应由未风化的干净砾石或轧制碎石而成，级配良好，粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%，最大粒径不宜大于50mm，细粒含量不应大于5%，含泥量不能大于5%，不含植物残体、垃级等杂质;垫层采用粗砂时，细粒含量不应大于5%，设计图中标识的粗砂垫层设置厚度均为坡脚处最薄部位垫层厚度，坡脚以内的粗砂垫层厚度均接照顶面2%横向被度加厚设暨。

4.碎石桩桩体材料应采用不易风化的碎石、卵石等性能稳定的硬质材料,粒径宜为20~50mm ,细粒含量不应大于5%。

5.施工前清除地表0.3m厚种植土，按照工点要求回填AB组土、C组土或改良土至原地面并碾压密实平整。

6.碎石症施工前必须进行现场成桩试验，确定施工的各项技术参数和实际成桩的效果,当成桩质量不能满足设计要求时,应在调整施工有关参数后重新进行试验，每个工点或地层变化较大时，试桩均不少于3个加固单元。

7.根据设计要求，将碎石桩位置用白粉放位，位置必须准确，桩位偏差不得大于50mm。

（二）振冲碎石桩加固设计原理

振冲碎石桩有利于改善土壤的施工条件，提高承载能力和稳定性，增强土壤的排水性能，减少土壤的流动和变形的可能性，防止土壤因水分过高而软化和沉降。确保工程的安全可靠。振冲碎石桩工艺流程图如下。

（三）振冲碎石桩加固设计方法

振冲碎石桩加固技术的设计方法通常包括6个步骤：

1、地质勘察与分析：首先进行地质勘察，了解地下土层的性质、分布、厚度等情况，并分析土壤的力学性质，确定地基的强度和稳定性问题，为后续设计提供依据。

2、荷载计算与评估：根据工程要求和实际情况，计算确定上部结构的荷载特性，包括静载荷、动载荷等，评估地基的承载能力需求，确定振冲碎石桩的设计参数。

3、桩径和桩长确定：根据地质勘察和荷载评估结果，结合振冲碎石桩的设计原理，确定适当的桩径和桩长，以确保桩体能够有效地改善土壤的工程性质，并承担预期的荷载。

4、布置方案设计：根据实际工程情况和设计要求，确定振冲碎石桩的布置方案，包括桩的间距、排列方式、密度等，以最大限度地发挥桩体的加固效果。

5、施工工艺设计：设计振冲碎石桩的施工工艺，包括振冲设备的选择、施工方法、振冲速度、振动频率等，确保施工过程中能够有效地将碎石桩嵌入土壤中，并保证桩体的质量和稳定性。

6、施工监控与质量控制：在施工过程中对振冲碎石桩的施工质量进行监控和控制，包括振冲参数的实时监测、桩体的质量检验、施工记录的保存等，确保施工质量符合设计要求。

通过以上设计方法的合理应用，可以确保振冲碎石桩加固工程能够有效地改善地基的承载能力和稳定性，保障工程的安全和可靠性。

二、碎石桩桩身密实度高效检测施工工法

（一）创新出铁路路基碎石桩高效检测的方法

1、针对在建项目路基碎石桩桩身密实度检测数量较大，贯入深度较深、不易贯入的现况，创新了铁路路基碎石桩高效检测的方法，一方面有效解决传统人工操作中用人多，操作慢，不能连续检测的缺点；另一方面可以降低因人为操作产生误差的影响，通过改进的新型装置解决触探杆最大偏斜度应控制在2%以内，同时防止锤击偏心和探杆侧向晃动，降低影响因素，提高检测结果的准确性的同时提高效率，成本低，能够快速的测定相关参数，使试验所得数据能够真正反映所测试的层位的物理性能指标，给予设计方和施工方作参考。

全自动重型液压动力触探装置是动力触探仪的基础上改进的新型装置，它除了有电动产品能解决人工操作中慢、累、用人多的缺点外，又解决了由于野外作业缺少电源和接电不方便的问题，本装置可采用拖挂式运输,总质量为600kg,四轮可以应对现场各种特殊路况，操作简单，运输方便。采用汽油发动机，在冬季施工下仍可以正常使用，可以应对工程试验检测的各种气候环境。

研发了锤击次数控制器，达到预设次数自动停机功能，研究成果可以提高效率，更加便捷的同时减少人为记录误差，提高检测结果的准确性。首次将全自动重型液压动力触探装置应用于高速铁路路基工程检测，满足铁路行业推动技术创新，开发智能建造的发展需要。

全自动重型液压动力触探装置采用四轮拖车设计，便于移动和安装汽油机作为动力源，相对电动更加适应野外作业，探杆空心和梯形丝扣设计抗撞击能力更好，便于拆装，施工简便快速；落锤工作箱体采用自循环封闭设计，自循环设计解决了需要人工操作提锤落锤的繁琐步骤，封闭设计让检测过程更安全；落锤碰头穿心式设计，把落锤撞击产生的冲击力和震动力进行了缓解，避免了落锤锤击工作对整机造成的伤害，设备更稳定。计数器和液压电磁阀的设计，可自动控制落锤锤击数，减少试验检测人员，检测施工成本低。

2、工艺原理

2.1装置核心部分

创新了一种碎石桩桩身密实度高效检测方法，研发全自动重型液压动力触探检测装置，包括底座、立架、重锤、锤击杆和举升件。底座水平设置，立架竖直设置在底座的后上端，重锤滑动安装在立架的前侧，其在立架上可沿上下方向滑动，锤击杆竖直设置在重锤的下端，且锤击杆的上端与重锤下端的中部连接，举升件安装在底座或立架上，且其驱动端与重锤传动连接，重锤在重力作用下带动锤击杆向下移动，或在举升件的驱动下带动锤击杆向上移动至复位，其结构简单，如此可由举升件来驱动重锤带动锤击杆举起或落下，其在检测碎石桩密实度时，可先由举升件来驱动重锤贯入到碎石桩内2m深度处，然后记录锤击杆贯入深度每增加10cm时的锤击次数，从而判定碎石桩桩身密度施工效果。

全自动重型液压动力触探检测装置

2.2基本原理

全自动重型液压动力触探装置是我项目结合现场检测需求在重型液压动力触探仪的基础上改进的新型装置，用四轮承载结构，外形尺寸230×140×250cm，装置总质量为600kg,可以用汽车拖挂式运输，适用各种路况，设备调转方便。机械方面可以保证穿心锤的质量(65.3kg)和落距(760mm)的准确性，可调机械底盘可提供平稳的检测平台，触探架安放平稳，触探杆最大偏斜度可控，减小人为操作的影响，提高检测结果的准确性；

2.2.1检测设备采用汽油机作为动力源，相对电动更加适应野外作业，落锤工作箱体采用自循环封闭设计，自循环设计解决了需要人工操作提锤落锤的繁琐，封闭设计让试验过程更安全；

2.2.2落锤碰头穿心式设计，把落锤撞击产生的冲击力和震动力进行了缓解，探杆空心和梯形丝扣设计，空心探杆设计可一定程度上保护丝扣结合位置，梯形丝扣设计抗撞击能力更好，也更便于拆装作业；

2.2.3通过控制面板可预设检测锤击次数，结合计数器和液压电磁阀的控制，可实现试验检测后自动停机功能，操作更便捷。

2.3关键技术

2.3.1使用条件：动力触探装置放置地面较平处，使用前必须放稳调平，在作业过程中支架不得偏移;动力触探时，应始终保持重锤沿导杆垂直下落，锤击频率应控制在15～30击/min，动力触探的锤座距孔口高度不宜超过1.5m,探杆保持竖直。

2.3.2设备情况：试验所采用的设备与试验的准确度有着较为直接的关系，重锤的形状和质量、探头的形状和大小、贯入器及触探头磨损程度、触探杆的截面尺寸、长度及质量、导向锤座的构造及尺寸等等，试验前一定要进行及时确认是否符合相关标准规范要求。

2.3.3注意事项：触探杆长度L＞2m时进行杆长击数修正，重型动力触探杆长击数修正系数取值按照相关标准规范确定，根据修正后的动力触探击数，应绘制动力触探击数与贯入深度曲线图。因重型动力触探试验具有一定的局限性，为了确保试验检测结果的准确性，必要时也可以采用其他方式进行对比试验。

三、总结

综上所述，采用振冲碎石桩技术对铁路地基进行加固，可以增强地基的稳定性及其他性能。在选择地基处理方案时，应该根据工程地质情况因地制宜，对技术、质量、经济及施工进度等方面进行综合比较,以确定最佳的地基处理方法。

参考文献

[1]税伟.公路振冲碎石桩地基加固施工技术研究[J].交通世界,2022,(25):43-45.

[2]刘强,卢伟,李晓力等.超深振冲碎石桩加固处理深厚覆盖层围堰堰基应用研究[J].水利水电快报,2022,43(04):90-95.

[3]耿任红,沈云,陈奔奔等.超深振冲碎石桩质量检测与加固平台稳定性分析[J].中国水运(下半月),2023,23(10):149-151.

[4]《包银包惠施路通-19》《铁路路基碎石桩桩身密实度高效检测施工工法》