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

Abstract: combining the ROM cen railway tunnels engineering foundation treatment of high pressure jet grouting pile construction practice, this paper introduces the construction technology of the jet grouting pile and construction method, and quality control points.

Keywords: high pressure jet grouting pile railway soft foundation treatment application

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

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。

表1旋喷桩施工质量标准表

序号 项目 允许偏差 检查数量 检查方法及说明

1 桩位中心 50mm 抽检2%，但不少于5根 用全站仪检查（或钢尺丈量）

2 桩身垂直度 1.5% 检查喷浆管

3 桩身直径 ±50mm 开挖0.5～1m深后尺量

4 桩身无侧限抗压强度 不小于设计规定 钻芯取样，做无侧限抗压强度试验

5 复合地基承载力 不小于设计规定 抽检2‰，但不少于1处 平板荷载试验

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

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。