一种加固客运专线粉细砂地基的设备及加固方法与流程

本发明涉及地基加固领域，特别是涉及一种加固客运专线粉细砂地基的方法。

背景技术：

二十一世纪初，随着我国经济的快速发展，交通运输及资源输送的需求日益迫切，客运专线和高速铁路等铁路工程应运而生，并开始大规模的建设和投入使用。客运专线运行速度快、技术标准高、对路基工后沉降要求严格，要使列车能高速、安全地运行，线路的稳定与平顺是必不可少的，为达此目的，除了加强轨道结构以外，增强路基的强度和刚度，控制路基变形是关键。

粉细砂地层，特别是处于松散、稍密状态的粉细砂，具有结构稳定性差，压缩性较高、固结速度相对较快、沉降完成时间较短等工程特性。针对粉细砂地层的工程特性，对工后沉降要求不甚严格的一般铁路路基工程，通常不进行加固处理或仅简单处理，而对工后沉降要求非常严格的客运专线粉细砂路基工程而言，如何对其进行加固处理显得至关重要。现有加固技术存在加固深度受限、加固措施不经济等问题，因此，采用有效的粉细砂地基加固处理措施将直接影响客运专线路基工程的经济性与科学性。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种加固客运专线粉细砂地基的方法，能有效地加固粉细砂地基，同时大幅度增加粉细砂地基的加固深度。

为此，本发明的技术方案如下：

一种加固客运专线粉细砂地基的方法，该方法使用的设备包括敞口的无缝钢管桩，所述无缝钢管桩下部的管壁上设置有镂空孔洞，所述的镂空孔洞的开孔形状根据粉细砂的地层情况设置为圆形或方形，且呈梅花形或方形互相交错排列于无缝钢管桩下部的管壁上，镂空孔洞的总面积与桩身外表面积之比为1%~10%；在无缝钢管桩底端安装有桩尖，拔出无缝钢管桩时，所述桩尖留在地基内；所述无缝钢管桩内还设置有底端封闭起凿实作用的内套无缝钢管，所述方法包括以下步骤：

（1）利用所述无缝钢管桩在粉细砂地基中进行空管振动沉管，在无缝钢管桩下沉和振动过程中，粉细砂通过桩底及镂空处流入无缝钢管桩内并通过振动作用将管桩内及桩周粉细砂土层振密实；

（2）经无缝钢钢管桩底部敞口及桩侧镂空处流入管内的粉细砂形成一定高度的粉细砂短桩，使得无缝钢管桩形成一定的封闭状态，使得周围粉细砂得到挤密；同时，在地面不断通过桩侧镂空处向桩内添加粉细砂填料，一方面，使无缝钢钢管桩内形成更加密实的粉细砂砂桩，另一方面，填入管内的粉细砂在振动作用下，经由镂空处向管外扩散，对四周粉细砂实施进一步的挤密作用；

（3）待无缝钢管桩达到设计深度后，进行预留桩尖拔管，对于一般松散、较浅的粉细砂地基，在拔管过程中，向管内进一步补充粉细砂填料，填补管壁与管内粉细砂桩之间的空隙，并进一步振密管内粉细砂桩；对于加固深度较深、密实度要求较高的粉细砂地基，在拔管过程中，在向管内进一步补充粉细砂填料的同时，还通过所述内套无缝钢管将无缝钢管桩内的粉细砂桩进一步压实，并使无缝钢管桩四周的粉细砂地基得到进一步挤密，直至达到设计要求的桩顶标高。

上述方法中，所述内套无缝钢管的高度大于无缝钢管桩的桩长，内套无缝钢管的直径≤无缝钢管桩直径的80%。

上述方法中，所述内套无缝钢管的直径为无缝钢管桩直径的60%~80%。

上述方法中，所述的无缝钢管桩桩长高于粉细砂地基加固深度，桩径为273mm~600mm，钢管桩壁厚度为桩径的2%~10%。

上述方法中，所述的无缝钢管桩开孔范围为距桩底1/4~1/3桩长~距桩顶1/5处；所述桩尖与无缝钢管桩底端通过卡扣活动连接。

上述方法中，所述桩尖为钢制或钢筋混凝土预制桩尖，所述桩尖为上下开口的空心筒体，桩尖的纵向截面为矩形或倒梯形，当所述桩尖的截面为矩形时，桩尖内设置有一字形、十字形或井字的加强肋。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中的敞口镂空的无缝钢管桩，在粉细砂地基处理中，敞口装置的作用可以使得原粉细砂地基中大部分的粉细砂进入桩体内，形成具有一定高度的高密实度粉细砂土塞，加固深度得到显著的增加，桩内竖向增强体的强度得到较大幅度的提高，桩周粉细砂土层得到一定程度地挤密。同时，镂空孔洞的存在，一方面在振动沉管过程中，粉细砂填料可以经由孔洞流入桩内，提高了填料的效率；另一方面，通过在镂空钢管桩内不停地添加粉细砂填料，该粉细砂填料通过镂空处对四周一定范围的粉细砂土层实施挤密作用，增加了桩周粉细砂土层挤密的均匀性。在拔管过程中，内套无缝钢管对粉细砂填料土塞压实压密的同时，对周围粉细砂土层通过镂空孔洞亦得到挤密，此番，进一步增强了粉细砂地基竖向增强体和复合地基的承载能力和抗压缩性。

附图说明

图1a是本发明中加固设备的一个实施例的结构示意图；

图1b是本发明中加因设备的另一实施例的结构示意图；

图2a-5b分别是本发明中桩尖的四个实施例的立体结构示意图和俯视结构示意图；

其中：1、无缝钢管桩；2、内套无缝钢管；3、桩尖；4、镂空孔洞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步描述：

参见图1a和1b，本实用新型的加固客运专线粉细砂地基的设备包括敞口的无缝钢管桩1，所述无缝钢管桩1下部的管壁上设置有镂空孔洞4，所述的镂空孔洞4的开孔形状根据粉细砂的地层情况设置为圆形或方形，且呈梅花形或方形互相交错排列于无缝钢管桩1下部的管壁上，镂空孔洞4的总面积与桩身外表面积之比为5%；在无缝钢管桩1底端安装有桩尖3，拔出无缝钢管桩1时，所述桩尖3留在地基内。

另外，所述的无缝钢管桩1内还可以设置底端封闭起凿实作用的内套无缝钢管2，内套无缝钢管属于配套设备，对于一般松散、较浅粉细砂地基的加固，可省去该部件。

所述内套无缝钢管2的高度大于无缝钢管桩1的桩长，所述内套无缝钢管2的直径为无缝钢管桩1直径的80%。

所述的无缝钢管桩1桩长高于粉细砂地基加固深度，桩径为400mm，钢管桩壁厚度为桩径的6%。

所述的无缝钢管桩1开孔范围依据加固粉细砂密实度而定，为距桩底1/4桩长~距桩顶1/5处。

所述桩尖3与无缝钢管桩1底端通过卡扣活动连接；桩尖3为钢制或钢筋混凝土预制桩尖。参见图2a-5b，所述桩尖3为上下开口的空心筒体，桩尖3的纵向截面为矩形或倒梯形，当所述桩尖3的截面为矩形时，桩尖内设置有一字形、十字形或井字的加强肋。

一种加固客运专线粉细砂地基设备的加固方法，包括：

（1）利用所述无缝钢管桩在粉细砂地基中进行空管振动沉管，通过振动作用将管桩内及桩周粉细砂土层振密实，在无缝钢管桩下沉过程中，粉细砂通过桩底及镂空处流入无缝钢管桩内并通过振动作用将管桩内及桩周粉细砂土层振密实，使得管桩下沉替换的体积较密闭式管桩小很多，桩身端部和侧壁所受摩擦阻力大幅度减少，管桩下沉深度较大，加固深度亦较大。

（2）经无缝钢钢管桩底部敞口及桩侧镂空处流入管内的粉细砂形成一定高度的粉细砂短桩，使得无缝钢管桩形成一定的封闭状态，使得周围粉细砂得到挤密；同时，在地面不断通过桩侧镂空处向桩内添加粉细砂填料，一方面，使无缝钢钢管桩内形成更加密实的粉细砂砂桩，另一方面，填入管内的粉细砂在振动作用下，经由镂空处向管外扩散，对四周粉细砂实施进一步的挤密作用。

（3）待钢管桩达到设计深度后，进行预留桩尖拔管，拔管方式有两种：第一种，对一般松散、较浅的粉细砂地基，在拔管过程中，向管内进一步补充粉细砂填料，以填补管壁与管内粉细砂桩之间的空隙，同时可以进一步振密管内粉细砂桩；第二种，对于加固深度较深、密实度要求较高的粉细砂地基，在拔管过程中，除去向管内进一步补充粉细砂填料外，还需在管桩内设置内套封闭无缝钢管，将管内粉细砂桩进一步压实，四周粉细砂地基等到进一步挤密，直至达到设计要求的桩顶标高。

本发明敞口镂空的无缝钢管桩，在粉细砂地基处理中，敞口装置的作用可以使得原粉细砂地基中大部分的粉细砂进入桩体内，形成具有一定高度的高密实度粉细砂土塞，加固深度得到显著的增加，桩内竖向增强体的强度得到较大幅度的提高，桩周粉细砂土层得到一定程度地挤密。同时，镂空孔洞的存在，一方面在振动沉管过程中，粉细砂填料可以经由孔洞流入桩内，提高了填料的效率；另一方面，通过在镂空钢管桩内不停地添加粉细砂填料，该粉细砂填料通过镂空处对四周一定范围的粉细砂土层实施挤密作用，增加了桩周粉细砂土层挤密的均匀性。在拔管过程中，内套无缝钢管对粉细砂填料土塞压实压密的同时，对周围粉细砂土层通过镂空孔洞亦得到挤密，此番，进一步增强了粉细砂地基竖向增强体和复合地基的承载能力和抗压缩性。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。