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最小曲线半径:
一般为3500m,困难地段为3000m;
牵引种类:
电力;
牵引系数:
860t;
机车类型:
韶山;
到发线有效长:
650m;
闭塞方式:
自动闭塞。
1.2.自然条件
中铁五局承担线下标、A-14、A-16及线上制架梁G6标的施工任务,管段起迄里程为DK263+400~DK283+000、DK287+000~DK311+000,位于北宁市、盘山县和台安县三县市境内,系辽河西部凌河冲积平原,海拔4米左右,地势开阔平坦,主要由冲洪积物堆积而成,属滨海低洼地段,多已辟为水田。
表层为褐黄色砂粘土,软(流)塑态,厚2~10m不等,夹杂有粉(细)砂透镜体;
其下为细砂,褐灰色,饱和,松散~密实。
地下水为第四系孔隙水,主要受大气降水补给,地下水埋深为0.5~2.0m。
地震基本烈度为VI度,土壤最大冻结深度为1.2m。
1.3.主要工程数量
我局管段路基总长为39km,全为填方,其中19km为软土或松软地基(其中A-14标为16.1km),均需进行多种方式的地基加固处理。
软基处理:
水泥搅拌桩68996延米;
粉喷桩147378延米;
挤密砂桩269961延米;
袋装砂井1746091延米;
砂垫层378119m3;
碎石垫层15133m3;
碎石桩172364延米;
塑料排水板435944延米;
抛填片石195739m3。
路堤填筑:
5231792m3,其中:
填细粒土3324973m3,渗水土地209597m3,基床表层级配碎石342105m3,基床底层A、B类土1355117m3。
路基防护:
干砌片石82973m3,浆砌片石111265m3,种紫穗槐2051995棵,铺六边形砼块214039m2,铺固土网垫324907m2,撒草籽4172kg。
管段共有特大桥3座,大桥4座,中桥19座,小桥1座,共计5273.6双延米;
涵洞231座,5533.41横延米。
制、架T梁220片。
G6标承担制箱梁201片,架箱梁253片。
管段内还有盘锦北站。
工程造价将近12亿元人民币。
1.4.总工期
自1999年9月1日开工,至2001年10月31日竣工。
1.5.施工单位及任务划分
参加秦沈线施工的队伍有集团公司下属的第一、二、三、四、六工程公司及机械化工程公司,局物质总公司承担材料供应工作。
任务划分如下表一:
表一、施工任务划分表
施工单位
所承担施工任务
所属于标段
机械化工程公司
DK263+400~DK270+870、DK281+000~DK283+000、盘锦北站
A-14标
第二工程公司
DK270+870~DK281+000、跨305国道特大桥、跨沟海铁路特大桥
第四工程公司
DK287+000~DK299+000
A-16标
第一工程公司
DK299+000~DK311+000
第三工程公司
制箱梁119跨
G6标
第六工程公司
制箱梁82跨、运架箱梁253跨
局物质总公司
负责供应水泥、钢材、油料、土工材料、道碴等
A-14标、A-16标、G6标
二、工程特点
2.1.新标准、新技术、新结构、新工艺
秦沈客运专线设计规范采用《时速200公里新建铁路线桥隧站设计暂行规定》。
施工采用《秦沈客运专线铁路路基施工技术细则》(试行)、《秦沈客运专线桥梁制造与架设施工技术细则》(试行)。
验评标准采用《秦沈客运专线铁路路基工程质量检验评定及验收标准》(试行)、《秦沈客运专线桥梁工程质量检验评定标准》(试行)。
由于标准新,因而其施工技术也必须是全新的,例如:
工后沉降的控制、路基基床表层的填筑、梁部新结构的运用、各种软基处理方法的组合运用等等。
秦沈线采用了一些新结构,例如:
16mT梁、双线24m、32m箱梁、钢砼结合梁等。
由于技术新、结构新,因而许多施工工艺都是新的,例如:
二布一膜土工编织布的铺设、运架一体化机运架箱梁工艺、钢砼结合梁的施工工艺等等。
2.2.路基工程必须满足“工后沉降量不得大于15cm(桥台后过渡段不得大于8cm)及年沉降量不得大于4cm”的要求,并须在通过饱和软粘土地区的困难条件下达到上述要求。
工后沉降是指路基构筑物的最终沉降量与竣工验收时已发生的沉降量之差。
2.3.软基处理方式多,代表秦沈线所有软基处理方式,分别是:
塑料排水板、袋装砂井、砂桩、碎石桩、粉喷桩、高压喷射注浆(旋喷桩)、深层搅拌桩、换填渗水土(浅层处理)、抛石挤淤。
这些处理方法在京沪高速铁路上都要运用。
2.4、土工合成材料大量采用:
土工合成材料是岩土工程用合成材料的总称。
在秦沈线软基处理地段大量采用的有:
袋装砂井的编织袋、塑料排水板、土工格栅(单向、双向、玻璃纤维)、土工格室、固土网垫等土工合成材料。
2.5.软土路基沉降观测
在路基填筑过程中通过对软基沉降、土的侧向位移等的观测,摸索填土速率、预压时间、固结程度、沉降变形等的规律,再在施工中根据动态观测的具体情况加以调整,控制施工过程、工期,确保路堤的稳定、安全,最终满足工后沉降的要求。
2.6.超载预压
在路基施工完成后对于采用排水固结法处理的地段进行堆载预压,部分工期紧张地段进行超载予压,超载预压是为了缩短堆载时间,使软土路基尽量在最短的时间内完成排水沉降过程。
2.7.路基填筑分层明显,各层作用不同,适用的填筑材料、压实标准及检测标准均不同。
从下至上依次是:
软土路基—1、封层土(细粒土,30cm)—2、透水层(砂填层或碎石填层,50cm)—3、路堤本体(C类以上土)—4、基床底层(B类以上土或C类土改良,190cm)—5、基床表层(级配碎石或级配砂砾石,60cm)—6、道碴(60cm)。
2.8.明确提出过渡段的概念,加强了对各种类型过渡段的施工处理。
在秦沈线有四类过渡,分别是:
路堤与桥台过渡段、路堤与横向结构物(主要是涵洞)过渡段、路堤与路堑过渡段(我局承建的工程没有这种形式)。
另外还有一类是我们在施工过程中提出的涵洞群间过渡段,是一种特殊类型的过渡段。
过渡段的设置是为了保证不同刚度的地基及构筑物之间的变形不致出现突变,确保线路平顺、连续。
2.9.基床表层是铁路路基最重要的组成部分,是轨道的基础,秦沈客运专线对基床表层用级配碎石或级配砂砾石进行封闭,增加其厚度,并提高压实标准。
其目的是:
1、增强线路强度,使路基更加坚固、稳定,并具有一定的刚度,使列车通过时的弹性变形控制在一定范围之内;
2、扩散作用到基床土面上的动应力,使其不超出基床土的允许动应力;
3、防止道碴压入基床及基床土进入道碴层;
4、防止雨水浸入基床使基床土软化,防止发生翻浆冒泥等基床病害,并保证基床肩部表面不被雨水冲刷;
5、防冻。
2.10.加强检测。
1、对于各种进场原材料,都进行严格的随机抽检,而且检测频率比一般铁路要高得多;
2、加强对软基处理的检验,所有软基处理后,必须经现场随机钻芯取样试验和地基承载力试验进行检验,合格后方可进行下一道工序,检验标准和频率明显加大;
3、路基填筑采取地基系数K30、孔隙率n、压实系数K三项标准进行检测,标准和频率比普通铁路明显提高;
4、对砂石料进行碱骨料反应检测,对C50级砼要求其弹性模量大于35MPa;
5、对桥梁桩基进行100%的无损检测,对于T梁和箱梁进行现场随机抽样静载试验及生产许可证发放制度。
2.11.技术标准的不确定性:
由于秦沈客运专线是我国第一条设计时速达到达200km的新建铁路,开工时间仓促,科研准备不足,因而许多技术标准都有待现场试验验证,一些标准需要在施工过程中摸索、完善。
由我局承建的秦沈客运专线东部软土路基试验段的科研及施工工艺成果就起到了对设计、施工进行指导、验证的作用。
2.12.水系问题:
秦沈线东部软土路基地段普遍存在着水系问题,尤其是A-14标最为典型,该标段所经过地段均为稻田区,灌溉水系纵横,对于大的、与线路相交的沟渠,铁路设计修建涵洞,但对于宽度小于1m的毛细小沟及与线路平行且被线路所占的大的水沟均未考虑,且该地区大的水系在一条乡村道路两侧都有上、下水线之分,另外沿线路两侧均有水井从地下抽水来灌溉该侧及另外一侧的稻田,水系情况非常复杂。
施工和设计由于没有了解该地区水系问题的复杂性,因而在最初并未有处理方案,直到施工全面展开时,地方政府提出这一严峻问题才引起施工设计注意。
其处理方案是建设单位被动出钱,地方政府自行解决。
2.13.气候特点:
四季分明,冬季寒冷,降水量少,春季风大,夏季炎热多雨,雨热同季,秋季干爽,属暖温带~中温带亚湿润~亚干旱季风气候区。
铁路工程气候分区为寒冷地区。
沿线最高气温发生在七、八月份,雨量也集中在七、八月份,最冷月份为每年元月份;
历年极端最高气温34.9~41.8℃;
历年极端最低气温-31.5~-18.9℃;
最大积雪深度20cm;
沿线最早冻结日期为11月11日,解冻最晚日期为4月4日,最大冻结深度达1.5m,十月中旬下第一场雪。
路基有效施工工期每年只有5~6个月左右,因而总工期极其紧张。
2.14.环保问题:
在秦沈线施工中我们遇到了影响我们施工的与环境有关的以下问题:
粉尘、噪音、河滩占用、排泥浆、盐碱水。
由于远运山皮土,大量的车辆运输产生了粉尘、噪音问题,严重影响庄稼的生长和居民的生活,多次出现阻工现象;
由于桥梁孔桩的施工,占用了河滩影响泄洪,大量排放泥浆,在盐碱地区,同时排放出大量的盐碱水,大面积影响庄稼的生长。
这些问题在山区铁路施工时,不会影响施工,但随着人民生活水平的提高,在秦沈线却成为大量、严重影响工程进展的因素。
三、新结构、新工艺、新设备
3.1.新结构
3.1.1.跨305国道特大桥全长835.38m,主跨采用40+50+40m钢混结合连续梁,一联连续,全长131.11m。
主跨截面为由预应力钢筋混凝土与钢梁组成的组合截面。
钢梁为等高度U形断面,采用双箱单室,两钢箱梁之间沿纵向每隔6m设一横梁,将两箱梁连成空间结构以增强桥梁横向刚度。
本桥钢梁共分30.54m、19.98m、29.98m、19.98m、30.54m计三种五段十件,共重674吨,采用工厂制造,运至现场拼装成整体。
桥面板为550号无收缩钢筋混凝土,采取在负弯矩区混凝土内张拉钢绞线和在浇筑混凝土前顶起中间支座,混凝土达到设计强度后落梁的办法共同施加预应力,起顶高度为40厘米。
为了确保桥面板与钢梁之间应力的有效传递,桥面板与钢梁之间采用马蹄形传剪器和剪力钉连接。
钢梁材质为14MnNbq,为铁路钢梁桥首次采用,钢梁涂装采用IC531水性无机硅酸锌防腐涂料,支座采用JHPZ系列盆式橡胶支座。
图一、跨305国道特大桥结合连续梁的主梁断面示意图(单位:
cm):
中间支点
图二、T梁横截面图
cm
3.1.2.24m箱梁和为16mT梁均是新型结构
3.1.2.1.16mT梁每跨四片,内梁梁体砼23.8m3,重59.4吨,边梁梁体砼21.8m3,重54.4吨,后张法施工。
预应力筋采用公称直径15.2mm的7Φ5高强度II级低松弛钢绞线,锚具采用OVM群锚。
每片T梁纵向预应力筋5束,其中2束7-7Φ5,3束6-7Φ5,每孔梁采用4片T梁,在4片T梁的桥面及横隔板下缘分别采用18束3-7Φ5和2束7-7Φ5、2束4-7Φ5的预应力筋横向连结。
16m(4片式)T梁截面如图二所示。
3.1.2.2.秦沈客运专线24米双线箱梁,重约550t,梁长24.6m,梁高2m,顶板宽12.4m,梁段中间18.6m范围内,腹板厚0.45m,底板宽6.12m;
梁段两端1.5m范围内腹板厚0.85m,底板宽6.52m,梁段中间与两端之间设过渡段,箱梁支座中心离梁端0.3m,每端两支座间距5.7m。
在两端支座处设置隔墙,隔墙处内腔高0.9m,宽4.07m,等截面处内腔高1.45m,宽0.55m,形成端口小内腔大的倒嗽叭型。
共有纵向预应力钢铰线26孔,预应力筋采用公称直径15.2mm的7Φ5高强度II级低松弛钢绞线,锚具采用OVM群锚。
梁体概图见图三。
N2
N1aN1bN1cN1dN1eN1eN1dN1cN1bN1a
图三24m双线箱梁横断面示意图
3.2.新设备
3.2.1.秦沈线整体箱梁的制造和架设,是全线施工的主要技术攻关难点之一。
这不仅因为国内铁路施工企业从来未接触过快速铁路的箱梁制、架技术,更主要的是我国铁路施工企业在快速铁路箱梁制、架装备上尚无与此相应的装备。
1999年11月份我局在秦沈客运专线G6标段中标后,根据我局承担的管段任务、施工特点及秦沈客运专线桥梁、路基、涵洞等线下相关工程技术要求,我们大胆的提出采用运架梁一体化机方式,反复研究确定了该设备的主要技术参数和结构要求,并编制了十分详尽的技术标书,向国内外厂家招标,最终由意大利NICOLA公司中标。
意大利NICOLA公司生产的YJ-550型运架梁一体机是国内首次引进,目前世界上吨位最大的运架梁一体化机。
2001年5月8日投入使用后。
3.2.2.对于箱梁的施工来说,箱梁内模的拼装及拆卸是比较繁锁的工序,一般一个台座需要一套国产内模,如何简化该道工序,就成了控制箱梁进度的关键。
我们从意大利NICOLA公司引进了一套箱梁液压内模,该内模可以同时满足二至三个台座的施工进度,而且具有操作简便、安装精度高、可靠性强、使用寿命长等的特点。
3.3.新工艺
3.3.1.跨305国道特大桥桥面板为550号无收缩钢筋混凝土,采取在负弯矩区混凝土内张拉钢绞线和在浇筑混凝土前顶起中间支座,混凝土达到设计强度后落梁的办法共同施加预应力,起顶高度为40厘米。
顶落梁的关键是要保持各两箱梁起顶高程时刻保持一致,特别是落梁时桥面板混凝土已经浇筑,相对高差超限将引起桥面因受扭而开裂,造成严重后果。
3.3.2.24m双线箱梁的制、运、架施工工艺均是在本线上摸索实践的新工艺。
尤其是运架一体化机的施工是对普通铁路桥梁施工的一次重大变革。
3.3.3.二布一膜土工编织布的铺设也是一种新工艺的尝试。
四、我局采取的对策
我们针对秦沈客运专线的工程特点,采取了以下对策并采得了一定的经验。
4.1.加强培训:
加强对秦沈线参战人员“三高”、“三新”要求的学习,即秦沈客运专线总指挥部提出的“建设起点高、科技含量高、质量要求高”;
“设计标准新、建设规范新、施工工艺新”。
局指挥部组织全线的主要技术人员集中学习路基、桥梁施工规范,请路基施工规范主编单位铁科院的专家到现场讲课,学习完后进行结业考试,不合格者不能在本线工作。
各处经理部组织全处的技术、管理人员进行集中学习,各施工队组织全体人员进行学习,不合格者不能上岗。
通过学习使广大参战人员对秦沈有一个全新的认识。
4.2.加大科研力度:
针对秦沈线技术难点多的特点成立了局科技攻关领导小组和局箱梁制架攻关小组,由局副总经理兼局秦沈客运专线指挥部指挥长李开言担任组长,二名局副总工程师担任副组长,从局科技部、工程部抽调技术人员来加强现场的科技工作。
各处也抽调优秀的技术人员进入秦沈线。
针对我局以前从来没有制过铁路箱梁的特殊情况,局成立的箱梁制架攻关小组,由二名局副总(一位土木,一位机械)亲自带队,常驻现场,攻克箱梁制架的难关。
4.3.加大施工设备的投入:
针对秦沈线土方多、运距远、砼施工标准高的特点,局和各处均加大投入,除了抽调各处最好的土石方设备外,还累计投入九千多万元购置新设备,主要是推土机、挖掘机、平地机、羊角碾、重型汽车、砼拌合楼、箱梁运架一体化机等。
4.4.配置足够的试验仪器和人员:
局成立了秦沈客运专线中心试验室负责全线的试验工作,配置足够的土工试验、砼试验、钢材试验仪器,另外还配备了二台地质钻机、二台动力触探、二台静力触探、12台K30检测仪、8台核子密度仪,累计投入400多万元,并从局中心试验室和各处试验室抽调了精干的试验人员共30多名负责全线的试验工作。
4.5.加强地质补勘:
针对软土路基地段地质情况复杂的特点,我们在设计院提供的地质资料的基础上进行地质补勘,以100m为基数进行地质钻探,补勘的目的是复核、完善、详细设计提供的地质资料,为软基处理方案作好充分的准备。
实践也证明地质补勘为软基处理顺利施工提供了必要的条件。
4.6.加强沉降观测工作:
沉降观测直接涉及软土路基的填筑稳定性及工后沉降的判定,在设计没有一分钱概算的情况下,我们仍然要求各处成立专门的沉降观测小组,按每公里2人进行配备,配置专门的交通工具、专用通讯设备、专用的测量仪器、专用的计算机,每周汇总上报一次测量数据,按设计要求的频率进行观测,既使是冬天也不例外。
我局的沉降观测工作多次受到部领导及总指领导的表扬。
仅在沉降观测工作上我们就投入了几百万元,而且至今还没有拿回一分钱。
4.7.高标准要求桥梁施工:
早在桥墩施工准备阶段,我们就对桥梁墩、台施工提出了以下要求:
砼必须用拌合机集中拌合,罐车运输;
使用大块钢模,不设拉杆,不设垫块;
不见水平接缝,对竖向接缝也做出了明确的规定;
克服砼施工中蜂窝、麻面、过振、漏振等的通病。
要求很高,也很苛刻,但各处均按要求达到,墩台施工质量受到了部总指的好评。
箱梁施工更是创造精品,受到了孙永福副部长的现场好评。
4.8.加强路基填料的选择和进场控制:
我们一进场就展开对土源点的调查,我们发现,设计选用的土源点均是运距较近的为C类土,基床地层设计为C类土改良。
施工调查表明该地区土源奇缺,B类土的运距为45km以上,C类土运距在8~19km左右,但均为粉粘土或细砂,而且最主要的问题是含水量偏大,由于该地区地处辽河平原,地势平坦,地下水位高(地面下0.5~1.5m),因而所选取土场取土深度浅,占地面积大;
所用取土场必须修建进场道路和取土道路。
临时工程费用巨大,其平均耗费几乎接近远运B类土。
另一个最不利的原因是难以满足质量要求,几个场地的C类土,在室内作试验基本可以满足质量要求,但在进行室外试验时,K30都难以达到标准。
我们在设计变更未取得同意的情况下,决定先用远运山皮土,以保证路基填筑质量,得到了部领导的称赞。
最后也顺利进行了设计变更。
在施工过程中我们对不合要求的填料一律不许进场,严把填料质量关。
4.9.加强土工合成材料的检验:
由于软基处理中大量使用土工合成材料,而对于土工合成材料的进场检验,许多抽样试验都必须用专业的仪器,或由专业的检测单位来完成,但我们不管花费多少都按要求去做。
仅由于袋装砂井的编织袋的一项标准制定欠完善,就使我们在编织袋上的检测费用多支付了将近二十多万元。
但我们控制住了土工合成材料的质量,最终保证了软基处理的效果。
4.10.严格软基处理前的试桩制度和施工过程中的信息反馈制度:
在软基处理全面展开前,对于不同的处理方式及不同的地质条件,均进行试桩试验,经检测合格后方能全面展开,试桩试验的目的是摸索施工工艺;
在施工过程中对反常现象要及时反馈,并及时分析原因,找出处理办法,目的是完善施工工艺。
五、科研情况
我局承建的A14标是全线科研项目最多的标段,其中秦沈客运专线东部软土路基试验段位于A-14标DK268+870至DK272+870处,全长4.0km,是秦沈线唯一的软土路基试验段。
试验段提前开工,在做好地基加固质量检测,地基加固处理的效果观测,路基填土特殊质量检测等试验工作的基础上,取得试验成果来验证、完善、指导全线的设计施工,同时为京沪高速铁路的修建提供技术储备。
有7项部级科研项目选A14标作为试验工点,其中五局承担6项,见表二。
针对秦沈客运专线的施工特点,我局设立了8个科研项目,具体见表三。
这些科研项目大部分均已完成,科研成果正在整理中,其中先行完成的软土路基试验段的成果对全线的设计施工起到了验证、指导的作用。
这些项目的最终完成也将对今后高速铁路设计施工起到指导作用。
表二A14标承担的部级科研项目
序号
里程
项目名称
主持单位
中铁五局
1
DK268+870~
DK272+870
秦沈客运专线东部软土路基试验段
铁三院
主要参加单位
2
DK265+200~
DK265+700
软土路基工后沉降的控制试验研究
铁科院、铁三院
3
DK274+666
DK266+521
路桥过渡段设置方法试验
石家庄铁道学院
4
DK274+685~
DK275+685
土工合成材料加筋技术处理路基试验
5
桥梁动力性能综合试验
长沙铁道学院
6
DK262+000~
DK280+000
桥涵基础工后沉降的试验研究
西南交大
表三中铁五局在秦沈客运专线上设立的局级科研项目
序号
主持单位
参加单位
路堤不同填料施工工艺及质量检测方法的研究
机械化公司
改良土作为基床底层及路堤本体填料的应用研究
秦沈客运专线基床表层施工技术及质量检测方法的研究
局科技部
软土地基加固及其质量控制检测方法的研究
机械化公司、二公司
高速铁路路桥过渡段试验研究
二公司
秦沈客运专线大型简支箱梁现场预制机具配套与施工工艺的研究
三公司
六公司
7
高速铁路预制箱梁架桥机及架设工艺的研究
机备公司
8
高速铁路双线混凝土预制箱梁液压模板的研究
局秦沈指
机备公司、六
公司、局科技部
六、取得的成绩及应吸取的教训
6.1.取得的成绩
6.1.1.软基处理:
摸索、完善了八种软基处理的施工经验,对八种软基处理方式的地质适应性及施工工艺有了一个完整的了解。
6.1.2.路基填筑:
对软基处理地段的路基分层填料控制、填筑速率、填筑工艺等方面有了充分的实践经验,尤其是摸索了一套完整的路基基床表层级配碎石施工工艺。
6.1.3.桥梁墩台施工:
在保证内在质量的前提条件下,对于墩台的外观质量的保证有了一套行之有效的办法。
6.1.4.箱梁制运架:
充分掌握了箱梁的制、运、架施工工艺,创造了一个台座平均4.3天制一跨箱梁,一个梁场7个台座月制48跨箱梁的二项秦沈纪录;
创造了用运架一体化机日运架4跨箱梁,月运架50跨箱梁的二项全国纪录,也是同一机型的世界纪录。
6.1.5.一、二、四公司的T梁场取得了国家质量技术监督局发放的生产许可证;
三、六公司的箱梁厂取得了铁道部产品质量检验中心发放的生产认可证,这五个证的取得,填补了我局在铁路桥梁制造史上一个空白,也是秦沈线各局中取证最多的单位。
6.1.6.在沉降观测与堆载予压方面取得了第一手数据,其研究成果对今后软基处理施工有一定的指导意义。
6.1.7.对水系
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