布袋注漿樁在臨近既有線路基工程中運用及其承載力計算的思考

胡傳家 戚承志 景彥楠

（1北京建筑大學，北京100044；2中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

布袋注漿樁是先用專業鉆機在地面上鉆進至設計深度后，鉆出一個柱狀鉆孔，直徑常見為300mm和400mm，然后綁扎有注漿管的布袋伸入鉆孔內至孔底，接著往布袋內注入水泥漿液，水泥漿注滿布袋后待其凝固形成一定樁徑的水泥柱體，即成的樁體。規范[1]未對其明確定義，屬于新型樁型，簡稱布袋樁。

楊鳳桐[2]認為布袋樁具有可在場地受限和含硬夾層等其他軟基加固方法施工困難時，對軟土地基實施加固，建議推廣使用，但是未說明其施工控制難點；韓芳[3]結合布袋樁的試樁情況分析，該樁型具有造價低、成樁效果好、施工機具小等特點，也建議推廣，但是未說明大面積施工后的檢測效果和路基沉降情況；黃曉暉[4]和唐鑫[5]研究了其地基沉降特性，結果布袋樁對深厚軟土硬夾層地基有很好的加固效果，對今后布袋注漿樁的設計方法、加固機理與沉降特性研究提供了一定參考。

1 工藝介紹和分析

1.1 布袋樁介紹

根據上述對布袋樁定義的介紹，關鍵步驟就是下入注漿管和注漿，其涉及到的漿體的質量直接關系到樁體質量的好壞。采用注漿設備將漿液注入預先埋設于軟土中的土工布袋內，當漿液壓力大于布袋周圍土體被動土壓力時，漿液膨脹布袋至設計樁徑，并在布袋內析水硬化形成較規則的圓柱狀或葫蘆串狀結石體。共同形成復合地基，達到加固軟土地基和提高地基土承載力及復合模量的目的。

1.2 布袋樁工藝特點

1）施工機械小，擾動小。該技術不會擠壓擾動施工區域附近的結構物，適合既有線鐵路改造或者在既有線旁增建鐵路工程。該特點促使工藝在既有線改造和既有線旁的新建工程中市場運用廣泛和安全。

2）地層適應能力較強。適用于處理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質土等各種土性的地基。

3）復合地基的承載力提高幅度較大。形成的復合地基可以較好地發揮樁體和樁間土的潛力，樁體較強的置換效用可使樁體承擔較大比例的荷載。

4）樁間土的加固作用。在布袋樁的壓力注漿過程中，流動的漿液是從樁底逐漸上升至樁頂的，其在充填袋體的工程中，對編織袋和袋外的土體有一定的擠壓作用，提高樁側阻力的作用。

5）材料比較節約，經濟效益較好。所有注漿材料均密封在土工織物袋內，沒有流失?？傮w成本較低。

2 案例工程介紹和分析

2.1 案例工程地質情況介紹

某鐵路工程，屬于運營線旁新建鐵路，線路全長1425m。屬于軟土地基地段，其中部分軟土地基共采用3641根/42507延米布袋注漿樁進行處理。樁徑為0.5m，樁長分別為 10.0 ～ 12.5m，樁間距 1.5m 呈三角形布置。

地層為第四系全新統人工堆積層，第四系全新統沖積層粉土、粉質黏土，第四系全新統淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土，第四系上更新統粉質黏土、黏土、粉土、粉砂，第四系中更新統粉質黏土。地層總體條件比較適宜布袋樁的成樁和工藝要求。

工程范圍內地形比較平坦，地質由上到下由7種不同的土質，即：1.51m 至0.31m 為粉土、0.31m至 -0.19m為 淤 泥 質 黏 土、-0.19m 至 -1.69m 為 黏 土、-1.69m至 -11.29m 為 淤 泥 質 黏 土、-11.29m 至 -13.69m 為粉 質 黏 土、-13.69m 至 -16.19m 為 粉 土、-16.19m 至-17.69m為粉質粘土。地下水第四系孔隙潛水埋深0.5～1.5m。

2.2 案例工程實施介紹

通過現場選擇典型的地段進行了布袋樁的足周期試樁試驗，采取多配比試驗和多因素分析的對比，獲得適合工程場地地層條件的施工參數。材料配比為水：水泥：粉煤灰 =1：0.8：0.65，漿液比重 1.61 ～ 1.75，注漿壓力0.5-1.3MPa，注漿速度 50-70L/min。

2.3 案例工程實施過程

施工現場嚴格按照工藝流程及試樁總結材料進行現場完成的成品樁，經過低應變和靜載檢測，其完整度和承載力均滿足設計要求。

3 布袋樁復合地基承載力計算的思考

3.1 目前使用的計算方法

經過筆者的調查研究，目前在工民建行業和鐵路行業，各種規范中均未給出布袋樁的復合地基承載力計算公式，也未給出參照計算的建議。

考慮到該樁型在既有線改造和既有線旁的新建工程中運用廣泛，有時也是受環境條件的必須選擇，設計人員往往參照CFG樁復合地基的設計方法進行單樁、復合地基的設計計算。一般采用下列計算方法：

單樁承載力特征值：

其中：qsi、qp—樁周第i層上的側阻力、樁端端阻力特征值（kPa）；復合地基承載力特征值：

其中：β--樁間土承載力折減系數，宜按地區經驗取值，如無經驗時可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時取大值。

3.2 公式使用條件分析

在上面式（1）、式（2）中，計算的單樁承載力是借用的CFG樁的單樁計算公式。仔細分析其中qsi、qp的取值來歷，發現其來自樁身混凝土與樁周地層的側阻力、樁端混凝土與樁端土層的端阻力，是有材料的屬性因素在控制取值。

明白了上述取值來由，筆者認為本文討論的帶有布袋的布袋樁有其與CFG樁的結構特殊性，這些差異造成了使用上述公式，需要考慮使用。

qsi作為樁側的摩阻力取值，環境條件發生本質變化。在布袋樁的結構中，樁側與土質緊密接觸的是布袋，布袋內側是布袋與漿體接觸，這樣側阻力的取值應該是布袋材料與土層的摩阻力。

現所用布袋為高強度的土工織物，表面光滑，其與土層的摩阻力應該較混凝土與土層的摩阻力要小。

qp的取值較CFG樁的取值也是偏大。CFG樁作為長螺旋壓灌混凝土樁，其工藝要求鉆頭必須埋入灌注的混凝土中一定高度后才能上拔，目的是保證樁端的虛土清孔干凈，且完全發揮樁端土的阻力。而布袋樁樁底端肯定會存在一定厚度的沉渣，樁端土的擾動也比CFG樁的要大得多。

對于樁間土承載力折減系數β的取值，建議布袋樁取低值使用。由于其施工工藝特點，鉆孔泥漿、成樁水泥漿多少會對樁間土的含水造成影響，降低其天然地基承載力。這時，取用CFG樁設計的經驗折減系數也是偏于不安全的。

3.3 布袋樁承載力計算的建議

通過上述多方面的分析，在目前對該樁型的承載力研究不很深入的情況下，可以借用CFG樁復合地基的設計計算公式進行設計工作，但是建議進行一定程度的折減。推薦式（3）和式（4）完善。

布袋樁單樁承載力特征值：

其中：qsi、qp如式1相同；

φ1、φ2-樁周第i層上的側阻力、樁端端阻力特征值的折減系數。建議通過試樁綜合確定。

布袋樁復合地基承載力特征值：

其中：β1--布袋樁樁間土承載力折減系數，對布袋樁建議取0.75，也可以結合試樁結論選取。

上述推薦公式是筆者的建議公式，以指導大家以后不斷更加深入研究。

由于該樁型使用還不廣泛，成樁工藝、施工參數、機械等各方面還需要不斷改進。建議以后的設計人員加強對其承載力特性的研究，完善其沉降計算模式。

4 結論與建議

1）通過對臨近運營線的布袋樁的試樁和施工項目，考慮到該樁型具有滿足特試環境條件、樁型新穎、研究不夠深入等特點，現場采取多配比試驗和多因素分析的對比，獲得適合工程場地地層條件的施工參數，滿足了施工的要求；

2）通過該工程布袋樁的單樁和復合地基的承載力計算分析，發現借用CFG樁復合地基的設計計算公式具有一定不安全性，指出了二者在計算中材料接觸條件的變化，建議在目前階段借用該設計公式需要考慮的折減項目，并提出折減后的計算公式；

3）考慮到該樁型運用范圍還不廣泛，建議以后的設計人員和學者加強對其承載力特性的研究，同時完善其沉降計算模式。