頂進框構橋軟土地基加固設計及施工

摘 要：為了滿足社會經濟發展的需要，近些年來，我國鐵路發展飛快，在既有鐵路線下采用頂進法修建立交橋已成為橋梁施工的一種既可靠又迅速的方法。文章通過比較幾種地基加固方式，綜合考慮技術、安全、經濟等因素，對某工程框構橋下軟土地基決定采用高壓噴射注漿方法進行加固。

關鍵詞：框構橋；軟土地基；頂進；地基加固

擬建中的新民市工人街公鐵立交橋是新民市城區道路及排水管網改擴建工程的一部分。本工程需在既有沈山鐵路（下行線）K63+481.68處新建一座3孔連續式，凈寬為7.0-16.0-7.0m的公鐵立交橋，為保證既有鐵路行車安全，立交橋采用頂進法施工。立交橋寬34.4m，機動車道凈高5m，非機動車道凈高3.5m，頂進部分主體長28.45m，高9.2m，框構橋基底設計承載力150kPa。經現場實際地質鉆探，橋位基底地層為粉砂，黃褐色，松散，飽和，顆粒成分主要為石英和長石，級配一般，含少量粉土，天然承載力只有70kPa，不滿足設計要求。為滿足地基承載力要求，及防止橋梁竣工后基礎的沉降，需在不影響鐵路行車的條件下對基底軟土層進行加固處理。

1 地基加固的方案比選

在結構物施工過程中對軟土地基進行加固的方法主要有置換法。排水固結法、灌入固化物法、振密擠密法、加筋法、冷熱處理法、托換法和糾傾法。結合本次工程構筑物為橋梁，根據以往實際經驗，確定采用灌入固化物法對軟土地基進行加固。常用的灌注固化物法有劈裂灌漿法、高壓噴射注漿法、壓密灌漿法。

（1）劈裂灌漿法。這種方式對巖基，或砂、砂礫石、粘性土地基較為適用，需要滿足劈裂條件才能完成。這種方法主要是在灌漿壓力下，漿液克服地基土中應力和強度控制，讓原有孔隙或裂隙得到有力的擴張，這樣就會產生一些新的裂縫和孔隙，然后再使用漿液做好填充，使用權土體的物理性質得到良好改善。

（2）高壓噴射注漿法。高壓噴射注漿法能夠全面強化復合地基承載力，進一步從根本上減少土體的沉降。這種方法對淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基較為適用。只有充分保證土質中沒有大塊石或有機質，才能使用這種方式，需要通過精確的實驗來做好全面確認。這種方法主要是通過鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進事先確定好的區域，再使用20MPa的漿液或水進行高壓流沖，做好土體切換操作，使漿液能夠替代部分土體，強化水泥的硬度。需要注意的是，在進行噴射漿液的時候，需要不斷調整、旋轉、提升，這樣就可以形成全方位的定噴、擺噴和旋噴效果。一般情況下，高壓噴射注漿法較為多樣，主要有單管法、二重管法、三重管法等。

（3）壓密灌漿法。通過鉆孔向土層中壓入濃漿液，隨著土體壓密將在壓漿點周圍形成漿泡。通過壓密和置換改善地基性能。在灌漿過程中因漿液的擠壓作用可產生輻射狀上抬力，可引起地面局部隆起。利用這一原理可以糾正建筑物不均勻沉降。此法適用于中砂地基，排水條件較好的粘性土地基。

由于本工程需在不影響行車的條件下對既有鐵路橋位處地基進行加固，保證行車安全應放在首位，故經過比較論證，決定采用高壓噴射注漿法加固軟土地基。由于本次工程橋位處基底持力層為粉砂，呈松散、飽和狀態，故擬采用單管旋噴注漿法。

2 地基加固設計方案

2.1 加固體直徑的選擇

旋噴加固體的直徑與土質、施工方法等有密切關系，主要根據以往的試驗和工程實例加以確定。本工程的旋噴直徑初步擬定為0.5m，采用矩形布置1.2m×1.0m。

2.2 加固體強度的確定

加固體的強度與土質和施工方法有著密切聯系。施工工藝的不同和土質的多變，使加固體的強度有很大的離散性。單管法在砂質土中的加固體強度一般為3.0～7.0MPa。在一定土質條件下，通過調節漿液的水灰比和單位時間的噴射量或改變提升速度等措施，可適當提高或降低加固體強度。本工程確定加固體強度為不小于4MPa，采用1：1水泥漿液為主，并配以一定量的水玻璃、防沉淀劑、速凝劑等材料。

2.3 噴射樁長的確定

2.4 沉降量的控制

由于本工程屬于軟土地基，設計對沉降要求比較嚴格（s<10mm），在計算沉降時未考慮土的承壓作用，上部荷載均由樁承擔，樁頂沉降為1.5D%，即7.5mm，滿足設計要求。

具體加固處理方案如圖1所示，經計算加固處理范圍為：框構基底范圍內34.8m×11m，總根數為383根，總長度為6430.66m，其中空鉆長度為4030.25m，注漿段長度為2400.41m，施工工期約50天。

3 施工工藝

3.1 鉆機定位

確認好位置后，移動旋噴樁機，鉆頭一定要在孔位的正中心，當檢查機位整平后，可以慢慢放置鉆桿，保證垂直度偏差小于1%-1.5%。一切完成后，就需要先做好低壓（0.5MPa）射水的試驗，確定噴嘴是不是暢通、壓力是不是符合標準。

3.2 制備水泥漿

需要按照標準設計要求，做好配比度的試驗，科學合理的拌制水泥漿。把清水倒在適合的桶內，然后再加入適量的水泥和外摻劑，使用攪拌機做好攪動，時間保持在10-20分鐘左右，擰開攪拌桶閥門，放入第一道篩網，進行過濾倒進液漿池，再使用泥漿泵做好抽取作業，做好第二道過濾，形成備用材料。

3.3 鉆孔

鉆孔前要做好充分檢測，確定放線孔位是否異常，嚴格施工程序，在預定的位置，調整好角度，依次進行施工。

3.4 插管

利用噴射管自身的噴射或振動進行貫入，一般在啟動鉆機前，要同時開啟高壓泥漿泵輸送水泥漿液，沿著導向架不斷振動、射流，一直達到樁底標高為止，保證電流額定數值的準確。

3.5 提升噴漿管、攪拌

噴漿管停止鉆進后，要不斷旋轉，當確認高壓泥漿泵壓力增加到施工設計值（20MPa-40MPa）時，坐底噴漿30s后，就需要一邊噴漿一邊做好旋轉，確保速度均勻。

3.6 樁頭部分處理

當確定旋噴管提到接近樁頂的時候，一定要從樁頂以下1.0m處慢提旋噴，然后才能向上慢速提升0.5m，到樁頂漿面部分停止。

3.7 清洗移位

利用清水做好清潔，開動高壓泵，對粘附在噴漿管頭部位的水泥進行全面清洗。清洗后，對機位進行移動，進行下一步施工作業。

3.8 補漿

因為會出現析水作用，導致收縮現象，固結體頂部就會有凹穴，所以一定要做好檢查，及時補充。

3.9 施工監測及試驗

可以在完成的部分隨意選取樣本，做好復合地基承載力、壓縮量指標、承載力要求等的實驗。

4 結束語

本工程地基加固施工結束后，取樣進行室內試驗，試驗結果達到設計要求。經過兩年的運營檢驗，橋位處地基沉降值為零，達到了預期的效果。

參考文獻

[1]地基處理手冊（第二版）[M].中國建筑工業出版社，2000.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基基礎設計規范[S].中國建筑工業出版社.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S].中國鐵道出版社.

[4]沈陽鐵路局關于印發《沈陽鐵路局下穿鐵路立交橋頂進施工安全管理辦法》的通知沈鐵工（2015）255號文[Z].