三重管高壓旋噴樁在改線工程地基加固中的應(yīng)用

黃健德

（中國鐵建二十四局集團(tuán) 福建鐵路建設(shè)有限公司，福建 福州 350001）

高壓噴射技術(shù)是上世紀(jì)70年代初期，日本最先應(yīng)用于地基加固和防水帷幕一種特殊的地基加固技術(shù)。此后，70年代中期又開發(fā)了同時噴射高壓冰液和壓縮空氣的二重管法，最后形成噴射高壓清水，壓縮空氣和低壓漿液的三重管法。這種方法比單管法、雙重管法加固直徑大，不需要采用高壓泥漿泵，成為國內(nèi)外應(yīng)用最廣的噴射注漿法。目前，在我國得到較廣泛的應(yīng)用，解決了一批其他施工方法難以解決的工程技術(shù)問題，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概述

1.1 工程概況

京滬線棲霞山隧道地段改線工程位于棲霞山站與南京東編組站之間，里程為K282+600～K285+550。既有棲霞山隧道不能滿足雙層集裝箱的限界要求，并存在局部襯砌開裂、滲水、巖層剝蝕掉塊及基床翻漿冒泥等病害。新建棲霞山隧道距既有隧道南側(cè)約180m，兩端R-800m曲線一并改造，改線長度2.9km。

DK284+275～+870段路堤與既有上行線并行，距既有上行線0m～19m；為既有路基半寬加大，采用三重管高壓旋噴注漿進(jìn)行地基加固處理。

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)設(shè)計院地質(zhì)鉆探資料：(1)表層為人工填土，厚1.0～5.0m，C=20KPa,φu=25°,r=18.0KN/m3；(2)深灰色、灰褐色的流塑淤泥質(zhì)黏土和黃褐色軟塑粉質(zhì)黏土，淤泥質(zhì)黏土層厚一般為2.0～15.0m 不等，Cu=7.0KPa,φu=11.0°,r=17.6KN/m3φcu=17.5°；(3)粉質(zhì)黏土,灰色,軟塑,厚＞2m，地基工程地質(zhì)條件較差。

1.3 地下水

地下水主要為上部土層孔隙潛水，水量小，受雨水、地下水補(bǔ)給；地下水埋深約為1.0～3.0m。

2 采用高壓旋噴樁的原因

2.1 高壓旋噴樁對處理淤泥、淤泥質(zhì)黏土、流塑、軟塑粉質(zhì)黏土、粉土、砂土、黃土和碎石土等地基非常有效，能明顯提高地基的抗剪強(qiáng)度，改善地的變形性質(zhì)。

2.2 該段路堤臨近既有上行線并行，距既有上行線0m～19m；路堤坡腳處居民房屋較密集，若采用預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行軟基處理，施工過程中的擠土效應(yīng)會對既有鐵路及周圍的房屋產(chǎn)生影響，將危及既有鐵路的運(yùn)營安全及房屋開裂等問題。采用高壓旋噴樁，減少其對鐵路既有路基穩(wěn)定性及坡腳房屋的影響。

2.3 因本段路堤既有路基半寬加大，經(jīng)現(xiàn)場二次鉆探及挖探坑確認(rèn)原鐵路既有線路基填土中夾有片石，若采用深層攪拌樁，必須對3～5m表層人工填土進(jìn)行開挖清除雜石，引起的既有路基沉降，危及既有鐵路的運(yùn)營安全。高壓旋噴樁設(shè)備巧小，移動靈活，適合在既有路基半寬的狹長地帶的施工。高壓旋噴樁法是先鉆孔（引孔），相對深層攪拌樁不僅垂直度易控制，不易發(fā)生偏移且水平抵抗力相對較好。

3 高壓旋噴樁設(shè)計

高壓旋噴樁，樁徑 1.0m，樁長 12.5m～18.0m，樁間距 1.6m～3.2m。采用425#普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1,設(shè)計復(fù)合地基承載力不小于300kPa。高壓旋噴樁采用三噴管進(jìn)行施工，施工前應(yīng)進(jìn)行工藝性試樁，試樁根數(shù)不少于4根，以取得在該地層條件下達(dá)到設(shè)計有效樁徑的工藝性參數(shù)。

4 三重管高壓旋噴樁工藝原理

這是一種漿液、水、氣噴射法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質(zhì)的三重注漿管，在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓水流的周圍環(huán)繞一股圓筒狀氣流，進(jìn)行高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大的空隙，再由泥漿泵將水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎的地基中，噴嘴作旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動，使水泥漿與土混合，在土中凝固，形成較大的固結(jié)體，其加固體直徑可達(dá)2m。

5 工藝性參數(shù)參數(shù)

試驗采用P.042.5級硅酸鹽水泥，按照技術(shù)規(guī)范要求及設(shè)計參數(shù)進(jìn)行高壓旋噴樁的工藝性試驗，確定具體參數(shù)結(jié)果如下:

旋噴注漿施工技術(shù)參數(shù)

6 三重管高壓旋噴樁施工

6.1 施工準(zhǔn)備工作

高壓旋噴樁施工前，應(yīng)在做好施工調(diào)查、核對設(shè)計文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行交接樁，定測復(fù)測、測設(shè)施工邊界樁修建供生產(chǎn)及生活使用的臨時工程，清理施工場地，并做好施工防排水工作。

施工調(diào)查應(yīng)重點收集以下內(nèi)容的資料：(1)地基的地質(zhì)情況。(2)材料的復(fù)查和試驗。(3)樁機(jī)設(shè)備的狀況，施工人員的操作上崗證。

6.2 施工機(jī)具

施工機(jī)具主要由鉆機(jī)和高壓發(fā)生設(shè)備兩大部分組成。由于噴射種類不同，所使用的機(jī)器設(shè)備為：XPB-90型高壓水泵、XP-20鉆機(jī)、HB80型泥漿泵、VT-618型、泥漿攪拌機(jī)、三重管、高壓膠管等。

6.3 施工材料

(1)水泥：灌漿采用海螺牌罐裝普通硅酸鹽32.5號水泥。工地上必須保證有100噸水泥的儲備，以滿足高壓旋噴樁的施工。(2)陶土：南京湯山康發(fā)冶鑄材料有限公司鉆井泥漿膨土。(3)膨脹劑：南特牌UEA低堿混凝土膨脹劑。

6.4 施工程序

先把鉆桿插入或打進(jìn)預(yù)定土層中，自下而上進(jìn)行噴射注漿作業(yè)。

（1）鉆機(jī)就位。旋噴注漿施工的第一道工序就是將使用的鉆機(jī)安裝在設(shè)計的孔位上，使鉆桿頭對準(zhǔn)孔位的中心。同時為保證鉆到設(shè)計要求的垂直度，鉆機(jī)就位后，必須作水平校正，使其鉆桿軸線垂直對準(zhǔn)鉆孔的中心位置。施工時旋噴管的允許傾斜度不得大于1.0%。

（2）鉆孔。鉆孔的目的是為將旋噴注漿插入預(yù)定的地層中。準(zhǔn)備工作完成后就可開始鉆孔。鉆孔的位置與設(shè)計位置的偏差不得大于50mm。

（3）插管。插管是將噴管插入地層預(yù)定的深度。使用震動鉆機(jī)鉆孔時，插管與鉆孔兩道工序合二而一，鉆孔完畢，插管作業(yè)即完成。使用地質(zhì)鉆機(jī)引孔時，鉆到預(yù)定深度后必須撥出巖芯管，并換上旋噴管插入預(yù)定深度。

（4）噴射注漿。噴射注漿管插入預(yù)定深度后，由下至上同時噴射高壓水及低壓空氣，利用高壓水噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大孔隙。另注入水泥漿液填充空隙。注漿時隨時檢查漿液初凝時間、漿液流量、漿液壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度、水壓力、水流量及空氣壓力、空氣流量等參數(shù)是否符合設(shè)計及規(guī)范要求，并隨時做好記錄。

（5）沖洗。施工完畢后，沖洗干凈注漿管等機(jī)具設(shè)備，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿。

（6）移動機(jī)具。把鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔上。

6.5 旋噴樁的操作要點

(1)垂直施工時，鉆孔的傾斜度一般不得大于1.5%。

(2)在插管和噴射過程中，要注意防止噴嘴被堵，在拆卸或安裝注漿管時動作要快。水、氣、漿的壓力和流量必須符合設(shè)計值，否則要拔管清洗再重新進(jìn)行插管和旋噴。

(3)噴射時，要做好壓力、流量和冒漿量的量測工作，并按要求逐項記錄。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷。拆卸鉆桿繼續(xù)旋噴時，要注意保持鉆桿有0.1m的搭接長度，不得使噴射固結(jié)體脫節(jié)。

(4)深層旋噴時，應(yīng)先噴漿后旋轉(zhuǎn)和提升，以防注漿管扭斷。

(5)攪拌水泥時，水灰比要按設(shè)計規(guī)定，不提隨意更改，在旋噴過程中應(yīng)防止水泥漿沉淀，使?jié)舛冉档汀＝故褂檬艹被蜻^期的水泥。漿液攪拌完畢后送至吸漿桶時，應(yīng)有篩網(wǎng)進(jìn)行過濾，過濾篩孔要小于噴嘴直徑1/2為宜。

6.6 施工技術(shù)措施

(1)旋噴施工應(yīng)間隔2～3孔跳孔施工。

(2)當(dāng)噴漿口達(dá)到樁頂高度時，繼續(xù)噴漿上提0.5m，以保證樁頂質(zhì)量。

(3)當(dāng)?shù)貙佑休^大空隙時，在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結(jié)時間；在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后繼續(xù)正常噴漿。

(4)噴射注漿作業(yè)后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，所以應(yīng)及時從旋噴孔再次壓漿填滿或進(jìn)行原位二次注漿。并要預(yù)防其它鉆孔排出的泥土或雜物進(jìn)入。

(5)在噴射注漿過程中，應(yīng)觀察冒漿的情況，以及時了解土層情況，噴射注漿的大致效果和噴射參數(shù)是否合理。采用三重管噴射注漿時，冒漿量則應(yīng)大于高壓水的噴射量，但其超過量應(yīng)小于注漿量的20%。

7 效果檢查

高壓旋噴樁施工完成后，按規(guī)范要求，分別對不同部位的高壓旋噴樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測、鉆孔取芯、單樁豎向抗壓靜載試驗，均滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

8 結(jié)語

該工程既有線路基半寬加大采用三重管高壓旋噴樁施工技術(shù)，取得了較好的加固效果，保證了既有線路基及行車安全，說明三重管噴射注漿法是一種具有特殊功能的地基加固方法，與包括樁基及其它地基處理方法相比，噴射注漿法是一種最優(yōu)的選擇，有些情況則是唯一選擇。因此，它是一種新的、具有很強(qiáng)生命力的地基加固技術(shù)。

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