高压旋喷桩在铁路软基处理中的应用

　　摘要:结合罗岑铁路涵洞工程地基处理高压旋喷桩的施工实践，介绍旋喷桩的施工工艺和施工方法，及质量控制要点。

　　关键词:高压旋喷桩铁路,软基处理,应用

　　1.概述

　　高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出的，近年来，在我国公路、铁路、水利、建筑等领域中已得到广泛应用。实践证明，高压旋喷桩对于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、(亚粘土)、粉土(亚砂土)、砂土、黄土及人工填土等多种土层有良好效果。

　　高压旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进地层的预定位置后，将预先配制好的浆液通过高压设备从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体(即旋喷桩)，以达到加固地基或止水防渗的目的。

　　高压旋喷桩施工机具设备简单，工艺简便，具有施工占地少、振动小、噪音低，污染少等优点。现就结合以下工程实例阐述高压旋喷桩在铁路软基的应用。

　　2.工程概况

　　罗岑铁路九标段工程，位于广西岑溪市，起迄里程：DK62+800～DK68+500，全长5.7km。本标段线路经过地区属山前洪积平原地貌、山麓地貌，线路左侧为低山地貌，右侧为冲积平原。线路经过地区地形起伏较大，大多为软土地基，厚度1～8米，局部14米，表层软土、松软土厚度1-4米采用换填措施， 厚度大于4米者采用复合地基加固措施。

　　DK65+155涵洞基础软基采用旋喷桩加固处理 ，是旋喷桩软基施工中的重点难点工程 。本涵设计桩径0.5m，采用间距1.0m的正方形布置，桩长为17米 ，共380根，总长6460米。加固后复合地基应力fspk≥ 0.2Ma , 桩体无侧限抗压强度fcu≥2.5 Ma。

　　本涵软基加固施工重点如下：

　　(1) 涵洞基础位于低洼河道上，需提前做好改沟排水，以方便施工。

　　(2) 雨季即将来临，为不影响后续工程，需加快施工进度，赶在雨季到来前将地基加固施工完。

　　(3) 施工机具设备和材料要安排在合理位置，做好防洪等安全预案。

　　(4) 旋喷桩施工过程的质量控制。

　　3.工艺原理及相关要求

　　3.1加固原理

　　高压旋喷桩是利用高压旋转喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状有一定强度的固结体。

　　高压旋喷注浆法的注浆形式可分旋喷注浆、摆喷注浆和定喷注浆3中类型。根据注浆管类型的不同，可分为单管法、二管法和三管法。加固体形状可分为圆柱状、扇形块状、壁状和板状。在地基加固中主要采用单管法施工，本文中重点介绍单管法施工工艺。

　　单管法：通过单根喷射管利用高压泥浆喷射冲切破坏土体，成桩直径40-50cm的固结体，其加固质量好，施工速度快和成本低。如图1

　　1：水箱2：搅拌机3：水泥台4：浆筒5：高压泥浆泵

　　6：钻机7：注浆管8：喷头9：旋喷固结体

　　3.2承载力验算

　　(1)按桩身强度计算容许承载力。

　　[P]= a[σ]A

　　式中 [P]——桩的容许承载力(kN);

　　a ——桩体材料的强度折减系数，a=0.4～0.5;

　　[σ]——桩体材料7cm×7cm×7cm试件的室内平均抗压强度(kPa);

　　A ——桩的横断面积。

　　(2)复合地基承载力。

　　式中 ——复合地基的容许承载力(kPa);

　　[P] ——单桩承载力(kPa);

　　[R] ——桩间土天然地基承载力(kPa);

　　Ae ——一根桩分担的荷载面积;

　　Ap ——一根桩的断面积;

　　A ——天然地基承载力折减系数，当不考虑桩间土作用时为0。

　　3.3喷浆量计算

　　设计喷射浆量采用喷量法计算，其计算公式为：

　　式中 Q ——需要的喷浆量(m3);

　　H——喷射长度(m);

　　ν——提升速度(m/min);

　　q——单位喷浆量(m3/m)。

　　β——损失系数，0.1～0.2;

　　根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数量。

　　3.4强度要求

　　旋喷桩设计要求，成桩28天后抽芯取样进行无侧限抗压强度试验，抽检数为2%，每个基坑不小于5根，其无侧限抗压强度不得小于设计要求;地基加固后，复合地基承载力不得小于设计要求。

　　4.施工工艺

　　4.1工艺流程

　　高压旋喷桩施工工艺流程图见图2。

　　4.2施工工艺

　　(1)钻机定位。严格按照设计放样定孔位，桩位中心打入小木桩，并撒白灰标记。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1.5%。就位后，首先进行低压(0.5MPa)射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

　　(2)制浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。采用32.3普通硅酸盐水泥拌制，水灰比1：1。通过筛网过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

　　(3)钻孔。启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送清水，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉;直到桩底设计标高。

　　(4)提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值(20～30MPa)，在桩底喷浆30s后，开始自下而上旋喷作业，边喷浆，边旋转，严格控制旋转和提升速度。拆卸旋喷管时动作要快，并保持不小于0.12m的搭接长度。直至达到预期的加固高度后停止。

　　(5)桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

　　(6)若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵，停止水泥浆的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

　　(7)清洗。用清水清洗旋喷管及机具，机内管内不得残存水泥浆。

　　(8)移位。移动桩机进行下一根桩的施工。

　　4.3主要施工技术参数

　　单重管法。喷射注浆压力20～30MPa，浆液比重1.30～1.49，旋喷速度20r/min，提升速度0.2～0.25m/min，喷嘴直径2～3mm，浆液流量80～100L/min(视桩径流量可加大)。

　　4.4主要机具设备

　　施工机具主要有：钻机、高压泵、旋喷管、浆液搅拌机、输液管。

　　5.质量控制

　　5.1.质量要求

　　旋喷桩施工处理涵洞软基质量要求应满足表1要求。

 

　　5.2 质量控制要点

　　(1)正式开工前应认真作好试桩工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，用水要干净无污染，使用前取水样化验合格后才能使用。

　　(2)旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

　　(3)钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，避免出现断桩。

　　(4)在旋喷过程中，如因机械出现故障应停止提升和旋喷，以防止断桩。恢复喷射时，要多下0.5m，以保证桩体的连续性。若遇特殊情况停机时间超过12小时，应采取补桩或其他补强措施。

　　(5)制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在制浆过程中要随时测量浆液比重。在旋喷过程中，浆液要不停搅拌，防止水泥浆沉淀，浓度降低。不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。

　　(6)旋喷桩施工过程中，应按要求作好施工记录。

　　5.3冒浆处理措施

　　⑴如因地层中空隙较大而引起不冒浆，则可在浆液中掺加适量速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围内凝固。另外加大浆液浓度、增大注浆量，待孔隙填满后再继续正常喷射。

　　⑵冒浆量过大，通常是有效喷射范围与喷浆量不适应，注浆量超过旋喷固结所需的浆液量，可采取以下措施：提高喷射压力，适当缩小喷嘴直径，适当加快提升和旋转速度。

　　6. 施工机具配置及施工效果

　　6.1施工机械选择

　　根据罗岑铁路设计工程量、工期及现场的施工条件，采用单管法施工能满足设计要求，故选定施工设备如下：

　　MDJ50-XP型旋喷桩钻机2台;SNS-H800型高压泵两台;柴油发电机2台;泥浆搅拌机2台;潜水泵2台;电焊机2台。

　　6.2施工参数

　　⑴固化剂。中材32 . 5普通硅酸盐水泥;外掺剂：改性高效减水剂和早强剂，每米桩长水泥用量155kg，水泥浆液水灰比W/C=1.0，

　　⑵钻杆的转速控制在50r/min左右，提升速度为0.22～0.24m/min，高压泵压力控制在20～30MPa，高压泵流量为80L/min，成桩60m/台班。

　　6.3施工效果。

　　DK65+155涵洞旋喷桩施工采用两套设备，每套设备两班人，分别在涵洞进口和出口两个工作面进行作业，施工工期20天，抢在了雨季来临前将软基加固施工完。罗岑铁路涵洞复合地基旋喷桩加固工点共14个，检测14个，合格14个，一次检测合格率100%。静载荷试验检测工点14个，根据复合地基平板载荷试验检测结果，旋喷桩复合地基承载力均大于设计要求的标准值150kPa。取芯80根，其中I类桩77根，II类桩3根，均为合格桩;桩身均完整、桩径均超过设计桩身直径;根据钻探取芯检测结果，28天无侧限抗压强度在2.85～4.90MPa，均满足罗岑铁路涵洞设计不小于2.5MPa的要求。

　　参考文献：

　　1、JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范

　　2、TZ203-2008 客货共线铁路桥涵工程施工技术指南

　　3、TB10415-2003 铁路桥涵工程施工质量验收标准

《高压旋喷桩在铁路软基处理中的应用》

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