[发明专利]一种基于挤密效果的加固测试与优化方法

说明书

本发明公开了一种基于挤密效果的加固测试与优化方法，该方法是通过钻孔，向钻孔内设置土压力盒以及利用夯锤对钻孔内的土进行夯击，以优化夯锤形状和夯击次数。本发明通过土压力盒测定桩周稳定挤密力和桩底挤密力，解决了如何测定夯锤挤密效果的问题；通过挤密力、土的压实系数、夯击能之间的关系，提出了优化夯锤形状、夯击次数和夯锤落距的方法，解决了何种形状夯实工具在最小击实能下获得最优夯实效果的问题；建立了桩身压实系数与微型贯入仪之间的关系，提出了贯入阻力测定桩身压实系数的方法，减小了对夯击桩的扰动，减小夯击过程的能量损失。根据击实能最小及夯击次数超过某击次挤密力基本不增长原则，提出了适合既有铁路最优化组合。

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种基于挤密效果的加固测试与优化方法。

背景技术

目前，国内许多既有铁路不能满足客货激增的需要，需要提速改造，但既有铁路路基的承载力可能不足，目前常用水泥土挤密桩进行路基加固。水泥土挤密桩加固是在既有铁路基床中采用机械成孔，成孔直径略小于轨枕间距，然后在孔内分层夯实水泥与素土的混合物的一种加固方法。加固完成后，水泥与素土混合物凝固成均匀性较好、强度高的水泥土桩，同时在夯实过程中，桩间土得到了挤密，桩间土承载力也提高了。加固后的路基水泥土桩与桩间土共同承受上部道床、轨道、轨枕及列车荷载，其承载力可以通过复合地基的承载力公式进行定量描述，其公式为：

f_sp＝mf_p+(1-m)f_s(1)

公式中f_sp-加固后路基的复合地基承载力；

f_p-加固后形成水泥土桩的承载力，其与桩长、桩身密实程度、水泥掺量有关；

f_s-加固后桩间土的承载力；

m-桩的面积置换率；

一般来说，要提高复合地基的承载力可以从以下3方面着手：

(1)桩的承载力是桩间土承载力的数倍，因此提高桩的面积置换率可以提高复合地基的承载力，但既有铁路施工空间有限，如果增加面积置换率就要增加桩的数量，这在既有铁路中基本不现实的。

(2)根据式(1)要提高增加复合地基的承载力，还要通过增加桩的承载力，提高桩的承载力可以增加桩的长度、增加桩的密实度，增加水泥掺量和增加桩的直径来实现。但过量增加水泥掺量会大幅增加成本，且提高桩的承载力并不显著，因此工程上常用的水泥掺量为5-10％。一般的增加桩的密实度也可以增加桩的承载力，一般工程上要求桩的密实度达到97％。

(3)增加f_sp也可以通过增加桩间土的承载力来提高，其方法就是通过夯锤夯扩桩体，桩体挤密周围的桩间土，从而提高桩间土的承载力。

可见影响加固后承载力的因素很多，但最经济的是提高桩间土的承载力和桩本身的压实系数。现成通过夯锤夯实桩体，实现同时提高桩间土承载力和桩身密实度，存在的缺点如下：

1)在夯实过程中，现场一般是通过橄榄锤进行人工夯实，一般锤重20kg，影响夯实效果的因素有夯实次数、夯锤落距、夯锤形状。目前在使用橄榄锤夯实中，橄榄锤锤底形状一般采用椭圆形、圆形、锥形、平底，制造全部依靠经验，在夯实过程中，夯锤落距、夯实次数一般也是依据经验来确定的，并没有考虑最优化设计。