旋噴樁在鐵路涵洞基底處理中的設(shè)計與施工

姜玄照

(中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

旋噴樁屬于高壓噴射注漿法的一種，利用鉆機將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計高程，將預(yù)先配制好的漿液通過高壓發(fā)生裝置使液流獲得巨大能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體。噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分攪拌混合，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體，從而使地基達到加固，對處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果。

由于旋噴樁處理后的地基基底承載力較高，基礎(chǔ)整體性好，沉降小，目前在高速鐵路的涵洞基底處理中大量應(yīng)用。不過，目前鐵路設(shè)計規(guī)范尚未對旋噴樁的設(shè)計進行闡述，只對旋噴樁的施工編制了相應(yīng)的施工技術(shù)指南。鐵路涵洞的基底采用旋噴樁處理進行設(shè)計，一般都是參照建筑地基處理相關(guān)規(guī)范的理論公式進行計算。下面結(jié)合工程實例，詳細闡述旋噴樁在鐵路涵洞基底處理中的設(shè)計與施工方法。

新建鐵路大理至麗江鐵路位于云南省西北部的麗江市，DK155+789涵洞根據(jù)地質(zhì)鉆探顯示，基底為松軟土及黏土。松軟土層厚0～8 m，基本承載力為40～90 kPa，黏土層厚6～30 m，基本承載力為120～200 kPa。涵洞設(shè)計孔徑為1～3.0 m蓋板箱涵，要求地基承載力不小于150 kPa，采用旋噴樁對基底進行加固。

1 旋噴樁的設(shè)計

1.1 計算公式

旋噴樁處理后的地基屬于復(fù)合地基，樁和土共同受力，應(yīng)結(jié)合工程情況進行現(xiàn)場試驗再確定地基加固后的強度。一般是先通過式(1)和式(2)計算得出單樁豎向承載力特征值，取其小值，再通過式(3)計算得出復(fù)合地基的承載力特征值。

式中:η為樁身強度折減系數(shù)，一般取0.33;fcu為混凝土抗壓強度平均值(kPa);Ap為單樁樁身面積;up為單樁周長;qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值;li為樁周第i層土的厚度;qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值;m為面積置換率;β為樁間土承載力折減系數(shù);fsk為處理后樁間土承載力特征值，一般按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值，可取天然地基承載力特征值。

1.2 旋噴樁設(shè)計參數(shù)

本工點設(shè)計樁徑D=0.6 m;樁面積Ap=3.14×0.3×0.3=0.2826 m2;樁周長Up=3.14×0.6=1.88 m;設(shè)計樁長10 m;旋噴樁行列式布置，縱橫向間距均為1.2 m;面積置換率m=(3.14×0.3×0.3)/(1.2×1.2)=0.196;旋噴樁樁體無側(cè)限抗壓強度fcu=3.0 MPa。土的側(cè)阻力特征值松軟土層取8 kPa，粘土層取12 kPa。

1.3 旋噴樁設(shè)計計算

1.3.1 單樁豎向承載力特征值Ra計算

(1)按樁體強度計算:Ra=η fcuAp=211.95 kN

兩者比較，取小值Ra=199.35 kPa。

1.3.2 旋噴樁復(fù)合地基承載力特征值計算

fspk=mRa/Ap+β(1－m)fsk=157.6 kPa＞150 kPa

從上述計算可看出，旋噴樁的單樁豎向承載力特征值對復(fù)合地基承載力特征值影響很大。按樁體強度計算，Ra是個固定值;按摩擦樁計算，Ra和樁長成線性變化，在一定樁長范圍內(nèi)，增加樁長能提高復(fù)合地基承載力特征值。

2 旋噴樁的施工

2.1 漿液要求

漿液需具有足夠的穩(wěn)定性，漿液中含氣少，能調(diào)整漿液的膠凝時間，有良好的力學(xué)性能。同時漿液需要適中的稠度，具有良好的可噴性。稠度過大時，流動緩慢，噴管容易堵塞;稠度過小時，對強度有不良影響。漿液宜在旋噴前1 h以內(nèi)配制，使用時濾去硬塊，以免堵塞管路和噴嘴。本工點采用32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1至1∶1.5，水泥用量為150～200 kg/m。

2.2 施工流程

高壓旋噴樁的施工工藝流程是:平整場地→鉆機就位→鉆機成孔→提升噴射→結(jié)束成樁。

(1)平整場地:原地面清理、整平， 修筑水泥、石膏存放料平臺，并用小型壓路機碾壓密實，施工時做出橫坡，以利排水。

(2)鉆機就位:將使用的鉆機安置在設(shè)計的孔位上，鉆機就位后作水平校正，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心，保證鉆孔達到設(shè)計要求的垂直度。

(3)鉆機成孔:采用單管樁機鉆進，鉆進過程中，注意觀察鉆機的工作情況，鉆孔垂直度控制在1%之內(nèi)。

(4)噴射提升:噴射管下到設(shè)計深度，開始送入符合要求的水泥漿，待漿液冒出孔口后，按20 r/min的提升速度、15 r/min的旋轉(zhuǎn)速度，自下而上開始噴射、旋轉(zhuǎn)、提升，直到設(shè)計的終噴高度。

(5)結(jié)束成樁:高壓噴射注漿完畢，迅速拔出噴射管，采用速凝漿液防止樁基與土層間出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。噴射結(jié)束后及時將管路沖洗干凈，以防堵塞。

2.3 施工注意事項

(1)嚴格配合比拌制水泥漿液，漿液攪拌均勻，加篩過濾，隨拌隨用。拌制好的水泥漿液超過2 h不能使用。

(2)噴漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量必須滿足設(shè)計要求。注漿管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜物，注漿管接頭的密封圈必須良好。旋噴開始后必須時刻注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋噴提升速度等參數(shù)是否符合要求，并隨時做好記錄。鉆桿應(yīng)均勻旋轉(zhuǎn)、提升，確保樁體連續(xù)、均勻。注漿管分段提升的搭接長度不小于10 cm。確保樁長符合設(shè)計要求。

(3)噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50 m，鉆孔的位置與設(shè)計位置的偏差不得大于5 cm。實際孔位、孔深和每個鉆孔內(nèi)的地下障礙物、洞穴、涌水及漏水等情況均應(yīng)詳細記錄。

(4)施工過程中隨時檢查施工記錄和計量記錄，隨時注意對壓力和流量的控制，保證樁徑。

［1］JGJ 79－2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］

［2］TZ 203－2008客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］

［3］劉宇鋒.從軟土地基處理淺談高壓噴射注漿法的設(shè)計與施工［J］.中小企業(yè)管理與科技，2009(8)