第一四九章 水泥搅拌桩
在铁路施工当中,路基地基处理这方面,一直是铁路工程的重灾区,多少铁路建成之后,因为路基整体下沉,导致线路线型破坏,最终只能常年抢修,由于病害在地基上面,无论怎么整修路基整体或道砟,也没法根治要害。
其实抢修过程中,最常用的办法便是加高道砟的厚度,不少铁路地段,道砟厚度超一、二米,也不罕见,比铁路设计的45公分道砟厚度,高太多!
随着铁路速度的提高,对路基地基的要求也越来越高,路基地基处理,已然成为影响国内列车行驶速度的主要因素之一。
为了摆脱路基地基带来的病害,最简单的办法便是修建桥梁,以桥代路,提高建设的成本,避免建成后大规模的整修施工。
然而,在上世纪八十年代,国家因为经济资金等各方面的原因,无法大规模的建设桥梁,以桥代路,最终导致铁路列车的运行速度,无法提高。
为了解决这个问题,在九十年代初期,铁道部专门召集第一、二、四等多家国内设计院,就路基地基处理问题,进行了一系列的研究,经过长时间的实践,终于找出几种解决的办法。
楚江河为了将乔天虹留在自己的设计公司,如今只有将这些杀手锏使,吸引乔天虹的注意,在留住乔天虹的同时,也能为国内的铁路事业,尽自己一份微薄之力。
楚江河隐约觉得,一旦自己根本出这种办法,并付出实践,国内列车的行驶速度,定然会有一个质的飞跃,而是采用这种办法,建设成本并没有提高多少,正好适合国家现行的经济条件。
“不错,毕竟我在一线施工比较多,这种办法,也是我无意见发现,我觉得用这种办法,来解决软弱地基,应该可行。”楚江河道。
“就是你说的新型的桩?”乔天虹问道。
见楚江河点头,乔天虹继续道:“说说你的具体措施是什么?”
“我的办法其实很简单,像桥梁施工,不少设计都没有桩基,最下面采用沉井,比如京潭铁路就是这种设计,但是进入八十年代开始,桥梁桩基应用的越来越多,因为桩基足够长的话,完全可以将作用力支撑在地基上,确保桥梁不下沉。就算没有到达持力层,群桩依靠摩擦力,桥梁的下沉量也是有限。”楚江河一步步的为乔天虹解释,这些内容,乔天虹比楚江河懂,楚江河还是述说了一遍,接着道:“而路基的地基处理,我的办法也是采用桩基,不过相对于桥梁的桩基,路基的桩基有以下几个方面不太一样。”
京潭铁路在84年开始施工,对于这条铁路的前期勘察和设计施工,却是在80年之前便进行,一条铁路的从规划、审批到勘察、设计,最终进入施工状态,少则三四年,多则数十年。
像国内二十年后的第一条高速铁路,京津城际高速铁路,05年开建,08年投入运营,前期的勘察、设计,在九七年便开始进行了,经历了长时间的前期勘察和设计,才有这条高速铁路的建成。
80年之前,桥梁桩基还没有完全推广,还有部分桥梁的基础是采用沉井基础。
听楚江河这么一说,如同一名专家一样讲解,乔天虹露出了浓厚的兴趣,他突然发现,楚江河这小子对铁路行业的了解不少。
“首先,路基的桩基从深度上来看,我认为不需要太长,在6米到10米长度为宜,直径也不用达到一米,50公分我觉得差不多,除此之外,桩和桩之间的距离,我觉得这项要求要严格一些,桩中心距离保持在60公分左右,应该能满足要求。”楚江河说着,加一句道:“当然,具体情况,还得经过力学计算,这方面我不懂,这些数据只是我的想法而已。”
楚江河话虽是这样说,可是这些数据,都是三十年后设计常用的数值,楚江河基本上都是顺手拈来,相当的顺手。
“小楚,你要知道,路基的基础宽度,就算没有填筑高度,以双线间距5米、线路中心离路肩处3米来计算,也得11米的宽度,这11米的宽度上,按照你这个密集度布置桩基,那得花费多少钱?”乔天虹很快便意识到楚江河话中的不足之处,至始至终,乔天虹都是站在预算的角度来考虑问题,如果不考虑预算的话,完全可以全线采用桥梁,就没有这种情况出现了。
就像国内的高铁,为了预防地质出现问题,绝大部分地区都是设立高架桥,便是其中一个原因。
比如一个桥墩,桥墩下面有8颗桩基,每颗桩基40米,如此算来,也才320米的桩基,85年的时候,一般的桥梁跨度都是16米,极少数桥梁跨度采用24米,还不曾出现32米的桥梁。
可即便如此,采用桥梁的话,16米才使用320米长、桩径为1米的桩基。如果是路基的,11米宽的路基,横向需要布置18颗直径为50公分的桩基,深度按最短的6米来算,一个横断面,便需要108米,16宽度范围内,共有26排,桩基长度便要2808米,相比于桥梁的320米桩基,差距可不小,即便路基的桩径只有50公分,长度算一半也远超320米的桩基。
显然,只要学过数学的人,一算便知道,楚江河提出的办法不行,关桩基使用的混凝土量,便远超承台、墩身使用的混凝土量,甚至连桥梁的混凝土量都足够。
如果有这个价钱,干脆修建桥梁便是了,何必大费周章的去处理地基,再填筑路基呢?
“乔院长,如果采用混凝土浇筑这些桩基的话,肯定不划算,下面我要说的另外一个不同之处,便是原材料使用方面,我提出的这种桩,我称之为水泥搅拌桩,说白了,我就是想依靠搅拌后的水泥浆,满足一定的比重,然后再想办法,和地基的泥土搅拌在一起,让泥土和水泥浆融合到一起,成立一颗颗完整的桩。对于材料的使用上,只需要水泥,我曾大体的计算过,每米水泥搅拌桩,用一袋水泥,差不多便能满足要求。”楚江河道。
“水泥搅拌桩?”对于这个称呼,乔天虹在铁路行业干了这么长时间,还是第一次听说。
对于楚江河说的这种办法,尤其是桩基无需钻孔,而是采用泥土和水泥浆融合到一起,让乔天虹很是不解。
“对的,这个名字是我起的,因为这种桩,是采用水泥浆和泥土搅合在一起,凝固之后,成了一颗桩的形态,对软弱地基有很好的加固作用,一大片施工之后,形成群桩,共同支撑路基本体和列车行驶产生的荷载,确保路基不下沉!”楚江河道。
“小楚,你慢点说,你解释有些乱,现在我问你几个问题,你一一回答我。”乔天虹还是不太明白楚江河的意思,阻止楚江河继续说下去道。
楚江河一愣,随即微微一笑,一直以来,他都将乔天虹当成一个了解水泥搅拌桩的人才讲解,被乔天虹一问起,楚江河觉得,自己解释的的确太过牵强,即便乔天虹是铁路方面的老专家,也难免糊涂。
“行,乔院长你问吧。”楚江河点头道。
“首先第一个,也是我最疑惑的地方,你说不需要钻孔,那么至少6米的深度,你如何确保注入的水泥浆,能形成一颗完整的桩基,而且在不提取土的情况下,注入水泥浆?”乔天虹想了想,决定把这个最为疑惑的问题先问出。
乔天虹的意思很明显,比如一根6米的桩基,你要注入水泥浆,如何注入到这个深度,并保证水泥浆和土质融合到一起呢?
“乔院长,我先给你画个我想象的图。”楚江河决定,这种办法还是需要用图文的形式来讲解比较清晰一些。
楚江河大体的画了一个图,在图上,一个钻杆被一台机械固定竖直,钻杆最上头,还接着一个管子,连着另外一个机械,在钻杆下部,有四把弯型的钢刀片,同时在钻杆的下部,还设置了两个小孔。
画完之后,楚江河为乔天虹解释道:“我们先将钻机定好位之后,利用机器将钻杆转动,转动的同时,四个刀片是一起转动的,随着钻杆被打入土中,四个刀片一边转动,便会切割土壤,这一步相当于把土壤破松。”
采用水泥搅拌桩的地方,都是松散的土质,因此,钻杆旋转之后,刀片很容易切割土质,经过四次的切割,虽然不能说做到无死角,至少大部分土质,都被松散了一遍。
“在钻杆下钻的过程中,我们可以根据钻杆的标记,确定钻杆下钻的深度,这样一来,便能知道钻杆到底有没有钻到设计的标高。一旦钻进到位,钻机便开始反向旋转,将钻杆往上提,在提升钻杆的过程中,下面的注浆孔开始喷射出一定比重的水泥浆。”楚江河道。
“这水泥浆能射入土层?”乔天虹皱眉问道。
“应该没问题,这好比就像我们往土层内射水,要看压力,水压越大,渗入的土层越深。因为钻杆上方接的管道,连着水泥浆制作池,当需要水泥浆的时候,利用高压,将水泥浆从管道中压入,然后从喷头中射出,我们可以根据搅拌桩的直径,确定压力多少,这样的话,便能确保整颗桩基,都被水泥浆灌到。”楚江河说到这,停顿一下,继续道:“而且在提钻杆喷射水泥浆的时候,四个刀片还在切割土壤,相当于再一次对土进行松散,确保土壤的疏松,如此一来,水泥浆更加容易射入土壤当中。”
听楚江河这么一解释,乔天虹一时间陷入沉思之中,他拿过楚江河的画的草图,在上面比划着,不断的列着公式和计算数字。
很快,乔天虹放下笔,微微点头道:“小楚你说的没错,如果压力达到一定程度,的确可以将水泥浆压入土层!”
“乔院长,其实这个和我们的水射土是一样的,我也是从水射入土中得来的灵感。”楚江河道。
“恩,如果一次射入的水泥浆量不够的话,还可以进行第二次操作。”这一次,乔天虹帮着楚江河说话了。
“不错,我也是这个意思,这样以来,便能确保水泥搅拌桩的质量。”楚江河道。
“恩,如果真有这种机械的话,路基大面积的施工这种桩基,对防止地基下沉,的确能起到一定的作用,可具体情况如何,还待商榷,毕竟这些只是你想象的结果,具体情况还需要付出实践。”乔天虹看着草图道。
“这个当然,甚至对于这种加固软弱地基的办法,是否可行,还需要经过乔院长你这边计算,而且桩基施工完之后,我觉得在桩基顶部,浇筑一个厚度20公分的正方形混凝土块,更能确保地基不下沉。”楚江河继续道。
乔天虹眼神闪烁一下,楚江河提出的这种办法,他的确心动了,对于楚江河提出的这个建议,乔天虹虽然没有实践过,但作为国内黄家设计院退休的副院长,常年的设计经验告诉他,这种办法有一定的可行性。
如果真能把桩基和桩帽结合在一起,那么受力面积加大,相当于这一大片的水泥搅拌桩,一起承当路基本体和列车行驶过程中带来的动荷载,地基下沉的可行性极小。
“这想法好是好,可就算我加入你的设计公司,就我一人,也没法进行研究啊。”乔天虹望了楚江河一眼,叹道。
乔天虹说出这话,说明乔天虹已经变相的答应了。
楚江河连忙趁热打铁道:“乔院长这个你放心,除了你之外,我还将邀请第三设计院的其他一些专家加入,而且有些退休在家的老专家,我希望乔院长也出面帮忙,看能否请他们出山,想必这些老专家,也很乐意看到我国铁路行业,能快速发展,早日走上高速铁路的世代!”
(天津)
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