一种水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法

摘要

本发明公开了一种水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法，包括按顺序施作的如下步骤：施工准备、钻孔定位、搭设工字钢作业平台、施工设备调试及检查、水平旋喷钻机对位调平、水平钻进引孔、水平旋喷成桩、插工字钢、冲洗机具和施工冠梁。本发明的水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法，采用水平旋喷成桩的方法，有效降低了水平加筋水泥土桩的施工难度，并且能够有效确保加筋水泥土桩成桩的相对位置；本发明插入工字钢的方法，避免了工字钢在插入水泥土旋喷桩的过程中自身发生的挠曲变形现象，显著提高了水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工质量。

说明书

技术领域

本发明属于铁路路堤强化施工方法技术领域，具体涉及一种水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法。

背景技术

随着高速铁路、重载铁路的不断发展，长期运营的铁路路堤会产生一定量的沉降变形，这种变形不断积累，当变形超过一定程度的时候就会影响行车安全。因此，必须要对出现沉降变形趋势的路堤进行加固强化。

目前，采用水平加筋水泥土桩加固铁路路堤，可不影响线路运营，具有较大的应用前景。现在，水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工过程，通常是在搭设好作业平台，调试好施工设备之后，直接采用高压旋喷的方式形成水泥土桩，然后直接插入工字钢。这样的施工过程，若直接采用高压旋喷施工，施工难度大，成桩质量不易保证，且形成的水泥土旋喷桩往往与设计方位相偏离；其次，直接将工字钢插入未凝固的水泥土旋喷桩里，工字钢与水泥土旋喷桩的相对位置不易控制，并且需要水平推力较大的插筋设备，即使采用水平推力较大的插筋设备，也经常出现加筋材料无法插入的情况；同时，由于工字钢较细长，其在插入水泥土旋喷桩的过程中极易产生一定的挠曲变形，导致工字钢一端直接穿透水泥土旋喷桩侧表面而插入到路堤中，无法形成规则的加筋水泥土桩，严重影响了路堤加固的效果。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法，该方法有效地提高了在路堤中水平施工加筋水泥土桩的成桩质量，达到了成本低、施工高效便捷、安全的目的。

本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

本发明的水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法，包括按顺序施作的如下步骤：施工准备、钻孔定位、搭设工字钢作业平台、施工设备调试及检查、水平旋喷钻机对位调平、水平钻进引孔、水平旋喷成桩、插工字钢、冲洗机具和施工冠梁。

本发明的具体施作过程如下：

第一步：施工准备

在需要加固的铁路路堤范围内，对线路两侧的路堤边坡坡面及路堤边坡两侧坡脚一定范围进行场地清理及平整。在上、下行线轨枕上沿线路方向间隔一定距离布置监测桩，并在施工过程中持续进行监测。

第二步：钻孔定位

按照水平加筋水泥土桩的设计位置，在已清理的铁路路堤边坡上进行标定，控制好桩的水平间距及竖向间距。

第三步：搭设作业平台

在已平整的路堤边坡及坡脚场地上搭设脚手架，要求所搭设的脚手架每一层的水平面与路堤面平行，搭设过程中采用水平尺配合全站仪实施，保证搭设的脚手架顶部与路堤面平行，脚手架上铺设面板。

第四步：施工设备调试及检查

在作业平台上铺设工字钢导轨，水平旋喷钻机置于导轨上，将操作台安放于水平旋喷钻机支架上，卷扬机安放于作业平台上。检查水平旋喷钻机、液压泵站、驱动装置、高压泥浆泵以及卷扬机等设备是否处于正常状态，制备水泥浆。

第五步：水平旋喷钻机对位调平

水平旋喷钻机定位、定向与调平，确保水平打入设备钻头与已标定在路堤边坡上打入位置相对应，成桩桩体的方向与水平满足要求，固定水平旋喷钻机。

第六步：水平钻进引孔

安装钻杆，钻杆前端安装引孔钻头，控制好引孔时的水泥浆喷射压力，水泥浆喷射压力控制为2～5MPa，按设计位置进行引孔施工，不断接长钻杆，直至引孔水平钻进至距离出口水平距离为2m时停止钻进，并抽出钻杆。

第七步：水平旋喷成桩

卸下引孔钻头，安装旋喷钻头，沿引孔位置对路堤进行旋喷施工。采用低压旋喷水平钻进3.5m时，回退钻杆并同时开始高压旋喷，高压旋喷压力控制在15～25MPa，旋转速度16～20r/min，提升速度15～20cm/min，形成水泥土旋喷体。回退至距钻孔1.5m时停止高压旋喷，接长一根钻杆（2m），继续无旋喷向路堤内钻进4m，再回退钻杆达到2m距离，并伴随高压旋喷，重复上述工序，直至形成水泥土旋喷体距离另一侧路堤边坡1.5m时停止高压旋喷，继续低压钻进至穿透路堤，形成水泥土旋喷桩。

第八步：插工字钢

在路堤边坡另一侧，打设好插工字钢作业平台，使得平台高度略低于钻孔标高，将钢绞线一端与旋喷钻头相连接，钢绞线的另一端与预先加工好的一端带孔的工字钢相连接。钢绞线连接牢固后，回退钻杆，并逐节卸下钻杆。移开水平旋喷钻机，并安装固定好卷扬机，将与旋喷钻头相连接的钢绞线与卷扬机相连接，启动卷扬机沿水泥土旋喷桩体轴线方向拉拔钢绞线，使得工字钢插入至水泥土旋喷桩中，当工字钢外端差10～20cm完全插入路堤体内时，停止拉拔钢绞线，将第二段工字钢一端与已插入的工字钢的外端焊接起来，并用10cm长的短钢筋焊接加固连接处两段工字钢的底板及腹板；焊接工作完成后，继续拉拽钢绞线，重复上述工序，直至工字钢全部插入路堤。

第九步：冲洗机具

重点对钻杆、引孔钻头及旋喷钻头进行冲洗。

第十步：重复第二步至第九步，施工下一根加筋水泥土桩

按照设计方案，将水平旋喷钻机沿线路方向平移至下一钻孔位置，重新按照上述方案进行施工。

第十一步：施工冠梁

待所有水平加筋水泥土桩施工完毕后，沿两侧路堤边坡表面加筋水泥土桩的外露位置施工冠梁。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法，采用水平旋喷成桩的方法，有效降低了水平加筋水泥土桩的施工难度，并且能够有效确保加筋水泥土桩成桩的相对位置；本发明插入工字钢的方法，避免了工字钢在插入水泥土旋喷桩的过程中自身发生的挠曲变形现象，显著提高了水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工质量。

附图说明

图1是本发明的水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法的流程图；

图2为水平旋喷钻机安装到位后的剖面位置示意图；

图3为水平旋喷钻机开始引孔时的剖面位置示意图；

图4为水平旋喷钻机驱动装置与钻杆分离后的剖面位置示意图；

图5为水平旋喷钻机引孔达到预定深度时的剖面位置示意图；

图6为水平旋喷钻机引孔结束后换上旋喷钻头后的剖面位置示意图；

图7为水平旋喷钻机换上旋喷钻头后低压钻进路堤体水平距离达到1.5m后，启动高压喷射后形成的水泥土旋喷体的结构示意图；

图8为水平旋喷钻机旋喷钻进施工结束后旋喷钻头与钢绞线连接的示意图；

图9为水平旋喷钻机回拉钢绞线的示意图；

图10为卷扬机回拉钢绞线带动工字钢插入水泥土旋喷桩的示意图；

图11为完成水平加筋水泥土桩两侧冠梁施工后的结构示意图。

附图中主要部件符号说明：

1：路堤              2：轨枕

3：轨道              4：监测桩

5：脚手架            6：面板

7：水平旋喷钻机      8：液压泵站

9：高压泥浆泵       10：驱动装置

11：钻杆            12：引孔钻头

13：引孔形成的孔洞  14：旋喷钻头

15：水泥土旋喷体    16：水泥土旋喷桩

17：工字钢作业平台  18：钢绞线

19：工字钢          20：卷扬机

21：冠梁。        

具体实施方式

以下参照附图及具体实施例对本发明的水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法做进一步说明。下述实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。

图1是本发明的水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法的流程图；图2至图11为本发明的施工过程中某一个施工阶段的结构图。如图1至图11所示，本发明的水平加筋水泥土桩加固铁路路堤的施工方法，具体包括以下步骤：

第一步：施工准备

在需要加固的铁路路堤1范围内，对线路两侧的路堤边坡坡面及路堤边坡两侧坡脚一定范围进行场地清理及平整。将液压泵站8、高压泥浆泵9和卷扬机20布置在水平旋喷钻机7一侧。在路堤1顶面上、下行线的轨枕上沿线路方向间隔一定距离布置监测桩4，并在施工过程中对监测桩4持续进行监测。

第二步：钻孔定位

按照水平加筋水泥土桩的设计位置，在已清理的铁路路堤1边坡上进行标定，控制好水泥土旋喷桩16的水平间距及竖向间距。

第三步：搭设工字钢作业平台

在已平整的路堤1边坡及坡脚场地上搭设水平旋喷钻机一侧的脚手架5，要求所搭设的脚手架5每一层的水平面与路堤面平行，搭设过程中采用水平尺配合全站仪实施，保证搭设的脚手架顶部与路堤面平行，并在脚手架5上方铺设面板6。

第四步：施工设备调试及检查

在工字钢作业平台17上铺设工字钢导轨，水平旋喷钻机7置于导轨上，将操作台安放于水平旋喷钻机支架上，卷扬机20安放于作业平台上。检查水平旋喷钻机7、液压泵站8、驱动装置10、高压泥浆泵9以及卷扬机20等设备是否处于正常状态。按照0.8：1~1：1的配比制备水泥浆，并搅拌均匀，采用二次搅拌，并设置一定孔径的滤网进行过滤，确保水泥浆不堵塞旋喷钻头14。

第五步：水平旋喷钻机对位调平

将水平旋喷钻机7吊送至面板6上，进行定位、定向与调平，确保引孔钻头12与已标定的路堤边坡上打入位置相对应，并固定水平旋喷钻机。

第六步：水平钻进引孔

在驱动装置10上安装钻杆11，钻杆11前端安装引孔钻头12，引孔施工时水泥浆喷射压力控制为2～5MPa，按设计位置进行引孔施工，不断接长钻杆11，引孔水平钻进至距离出口水平距离为2m时停止钻进，并抽出钻杆，完成引孔形成的孔洞13的施工。

第七步：水平旋喷成桩

卸下引孔钻头12，安装上旋喷钻头14，沿引孔位置对路堤进行钻进施工。低压旋喷水平钻进3.5m时，回退钻杆并同时开始高压旋喷，高压旋喷压力控制在15～25MPa，旋转速度16～20r/min，提升速度15～20cm/min，形成水泥土旋喷体15。回退至距钻孔1.5m时停止高压旋喷，接长一根钻杆（2m），继续无旋喷向路堤内钻进4m，再回退钻杆达到2m距离，并伴随高压旋喷，重复上述工序，直至形成水泥土旋喷体距离另一侧路堤边坡1.5m时停止高压旋喷，继续低压钻进至穿透路堤1，形成水泥土旋喷桩16。

第八步：插工字钢

在水平旋喷钻机7另一侧，安装好工字钢作业平台17，使得平台高度略低于钻孔标高，将预先准备好的钢绞线18一端与外露的旋喷钻头14相连接，钢绞线18的另一端与预先加工好的一端带孔的工字钢19牢固连接。回退钻杆11，并逐节卸下钻杆11。移开水平旋喷钻机7，并安装固定好卷扬机20，将与旋喷钻头14相连接的钢绞线18与卷扬机20相连接，启动卷扬机20，沿钻孔轴线方向拉拽钢绞线18。在拉拔过程中，观察路堤另一侧工字钢19的插入量，当工字钢19外端差10～20cm完全插入路堤1体内时，停止拉拔钢绞线18，将第二段工字钢一端与已插入的工字钢的外端焊接起来，并用10cm长的短钢筋焊接加固连接处两段工字钢的底板及腹板。焊接工作完成后，继续拉拽钢绞线18，重复上述工序，直至工字钢19全部插入路堤1。拉拽工字钢19完成后，解下与工字钢连接的钢绞线18，完成一根水平加筋水泥土桩的施工。

第九步：冲洗机具

对钻杆11、引孔钻头12及旋喷钻头14进行冲洗。

第十步：重复第二步至第九步，施工下一根加筋水泥土桩

按照设计方案，将水平旋喷钻机沿线路方向平移至下一钻孔位置，重新按照上述方案进行施工。

第十一步：施工冠梁

待所有水平加筋水泥土桩施工完毕后，沿两侧路堤边坡表面加筋水泥土桩的外露位置布置钢筋笼，钢筋笼与工字钢19的端部焊接连接，并安装冠梁21的模板，现浇混凝土，完成路堤边坡两侧冠梁21的施工。