雙向攪拌旋噴樁在松軟土和液化土地基加固中的應用

李 祥 中國鐵路上海局集團有限公司徐州鐵路樞紐工程建設指揮部

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國鐵路建設規(guī)模日益擴大，尤其高速鐵路的出現(xiàn)，對軟土地基處理提出了更高的要求。軟土地基如處理不好，會出現(xiàn)路基的沉降、滑移、開裂等病害，對鐵路行車安全帶來危害，因此，必須對軟土地基進行有效處理。本文結(jié)合連徐鐵路大許南站路基工程，應用雙向攪拌旋噴樁進行地基加固處理。

1 工程介紹

1.1 工程概況

新建連徐鐵路DK156+068～DK158+029段大許南站位于徐州市銅山區(qū)大許鎮(zhèn)，總長1.961 km。該段路基以填方形式通過，填高5.2 m～8.2 m，正線地基處理采用雙向攪拌旋噴樁進行加固，樁間距1.5 m，三角形布置，樁長9.9 m～13.4 m。

1.2 地質(zhì)情況

大許南站地處沼澤地，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況復雜，地層以粉土夾淤泥、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土為主，設計地質(zhì)情況如下：

0 m～4 m 為（2）4-1粉土夾淤泥(Q4al)：黃褐色、褐灰色，松散，間夾淤泥，I級，為液化土；

4 m～10 m為（2）2-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 (Q4 ml)：灰黑色，軟塑，局部夾少量粉、細砂。基本承載力σ0=60 kPa，Ⅱ級；

局部為（2）4-2 粉土(Q4al)：黃褐色、褐灰色，稍密，飽和，基本承載力σ0=110 kPa（液化前），I級，為液化土；

10 m～14 m 為（2）3-3粉質(zhì)黏土(Q4al)：可塑，基本承載力σ0=140 kPa，Ⅱ級；

14 m以下為（8）1-0粉質(zhì)黏土(Q3al)：黃褐色，稍濕硬塑，基本承載力σ0=200 kPa，III級。

1.3 水文地質(zhì)

本段范圍內(nèi)地下水主要為第四系孔隙潛水及孔隙承壓水，孔隙潛水主要賦存于第四系全新統(tǒng)黏土、粉土中，地下水埋深1.0 m～2.0 m。

根據(jù)地表水水質(zhì)化驗結(jié)果判定：DK156+068.59～DK156+590有硫酸鹽侵蝕作用等級為H1,鹽類結(jié)晶破壞作用等級為Y1,氯鹽環(huán)境作用等級為 L1；DK157+800～DK158+039.36 有硫酸鹽侵蝕，作用等級為H2,鹽類結(jié)晶破壞作用等級為Y1,氯鹽環(huán)境作用等級為L1。碳化環(huán)境T2。

2 施工工藝

施工流程圖見圖1。

圖1 雙向攪拌旋噴樁施工流程圖

2.1 高壓旋噴切土

采用高壓漿泵把水泥漿液以高壓、高速噴射到地基深處，噴射的過程中切削土體，并通過三角形可伸縮攪拌鉆頭和特殊的噴嘴位置設置（見圖2），使高壓噴射的漿液全部限定在攪拌鉆頭內(nèi)部，高壓漿液在噴射的同時也與地基土進行了初步的混合。

圖2 三角形可伸縮攪拌鉆頭

2.2 雙向強制攪拌

運用先進的雙向攪拌工藝，通過同心雙軸鉆桿同時旋轉(zhuǎn)，帶動三角形強制攪拌鉆頭正反兩個方向旋轉(zhuǎn)攪拌，使水泥土達到強制攪拌效果，同時也避免了漿液沿鉆桿上冒現(xiàn)象的產(chǎn)生（見圖3）。

圖3 同心雙軸三角形強制攪拌裝置

2.3 施工工藝

雙向攪拌旋噴樁采用的工藝為四攪三噴工藝（見圖4）。

圖4 雙向攪樁旋噴工藝流程圖

（1）攪拌機就位：鉆機就位后，對樁機進行調(diào)平、對中，調(diào)整樁機的垂直度，保證鉆桿應與樁位一致，采用水準尺對鉆桿兩個垂直方向進行檢查，水準泡居中后，采用錘球?qū)Υ怪倍冗M行檢查，通過尺量確定位置偏差及傾斜度。偏差應在50 mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于1%；鉆孔前應調(diào)試壓漿泵，使設備運轉(zhuǎn)正常；校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，保證孔底標高滿足設計深度。

（2）噴漿下沉：啟動攪拌機，使攪拌機沿導向架向下切土，同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時正、反向旋轉(zhuǎn)（外鉆桿逆時針旋轉(zhuǎn)，內(nèi)鉆桿順時針旋轉(zhuǎn)）切割、攪拌土體，攪拌機持續(xù)下沉，直到設計深度。

（3）提升攪拌：攪拌機提升，兩組葉片同時正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直至樁頂標高，完成兩攪一噴工序。

（4）重復（2）、（3）兩過程。

3 大許南站雙向攪拌旋噴樁應用情況

經(jīng)現(xiàn)場查勘，結(jié)合大許南站目前地質(zhì)條件及地形地貌，擬定施工參數(shù)及施工工藝如下：

3.1 雙向攪拌旋噴樁施工參數(shù)

（1）樁基按照正三角形布置，間距1.5 m，樁徑為0.5 m；

（2）水泥選用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.6:1:0.2；

（3）鉆桿提升速度為 1.0 m/min～1.5 m/min；

（4）噴漿壓力為 18 MPa～24 MPa；

（5）噴嘴直徑為2.6 mm；

（6）水泥摻入耗用量為125 kg/m,粉煤灰摻入量25 kg/m。（按照34%的摻量）

（7）單樁承載力195 kN。

3.2 雙向攪拌旋噴樁工藝

本次試樁選用SJB-Ⅱ型攪拌樁機，成樁深度0 m～25 m，成樁直徑φ500 mm～800 mm，內(nèi)外鉆桿動力均為55 kW，提升卷揚機功率為7.5 kW。

注漿泵選用XPB-90D型高壓注漿泵，額定功率55 kW，排出流量125 L/min，上攪拌槽與下儲漿桶攪拌漿液用電機功率均為2.2 kW。

3.3 漿液

水泥選用合格的普通硅酸鹽水泥，標號為PO42.5級，水泥漿配合比試配合格后方可使用。

按水：水泥：粉煤灰=0.6:1:0.2水灰比制漿，采用漿液攪拌機隨拌隨用，每桶攪拌時間為3 min。將配制好的漿液經(jīng)過濾網(wǎng)過濾送入攪拌式儲漿桶內(nèi)備用，濾網(wǎng)采用5 mm×5 mm方格鐵絲網(wǎng)。為防止?jié){液沉淀，儲漿桶內(nèi)攪拌機持續(xù)攪拌。

3.4 鉆進噴漿攪拌（四攪三噴）

（1）鉆機施工前，應首先在地面進行試噴，在鉆孔機械試運轉(zhuǎn)正常后,開始引孔鉆進。鉆孔過程中要詳細記錄好鉆桿節(jié)數(shù)，保證鉆孔深度的準確。

（2）鉆機每鉆進2 m～5 m用水平尺測量水平與立軸垂直一次，保證鉆孔的垂直度。

（3）鉆孔過程中隨時觀察底層變化，對孔深、塌孔、漏漿等情況，做詳細記錄。

（4）孔深到達設計深度后，對孔內(nèi)進行測斜，孔斜率不得大于1%，若大于1%，重新調(diào)整后重新鉆孔。

（5）在鉆孔插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1 MPa，若壓力過高，則易將孔壁射塌。

3.5 成樁質(zhì)量檢驗

成樁28天后采用淺部開挖樁頭檢查樁身完整性，開挖深度0.5 m，可見樁體圓勻，無縮頸和回陷現(xiàn)象，布置形式、樁間距以及直徑均符合要求，樁體符合設計和施工規(guī)范要求。直接量測樁體截面最小直徑。滿足設計要求（樁設計直徑Φ50 cm）。

成樁28天后取芯試驗。從芯樣看，芯樣連續(xù)、完整，呈長、短柱狀、混合料分布均勻，無其他異常情況，樁長符合設計要求，樁身均勻性良好。從樁長范圍內(nèi)取上、中、下三個不同深度位置的芯樣試件進行無側(cè)限進行抗壓強度試驗，試驗結(jié)果均符合設計要求。無側(cè)限抗壓強度試驗28d無側(cè)限抗壓強度滿足設計要求。

成樁28天后 進行單樁承載力承載力試驗。試驗結(jié)果均符合設計要求。

常規(guī)高壓旋噴法是利用高壓設備，將水泥漿液以20 MPa以上的高壓射流通過噴嘴射出，沖擊破壞土體，使?jié){液和土體拌合形成固結(jié)體。由于其具有較強的鉆進與切削能力，使其適用地層范圍較廣，但因噴漿壓力大，噴射范圍隨地層軟硬變化而變化，導致樁徑大小難以控制，且材料浪費嚴重，造價較高。

通過檢測結(jié)果與普通高壓旋噴樁對比發(fā)現(xiàn)雙向攪拌旋噴樁有如下優(yōu)點：

（1）高壓注漿、形式多樣

噴漿壓力雖大，但是通過漿液封閉設置，使?jié){液限制在樁徑范圍內(nèi)，樁徑不隨地層軟硬而改變；成樁過程中，鉆頭直徑可根據(jù)地層或結(jié)構(gòu)需要自由靈活變化，形成樁徑不同的變截面樁型。

（2）攪拌均勻、強度提高

高壓旋噴注漿技術、框式強制攪拌鉆頭、雙向攪拌工藝，使攪拌均勻性和強度大幅度提高。

（3）擾動小、受力合理

高壓噴射的漿液被限制在設定的范圍，同心雙軸同時正反向旋轉(zhuǎn)，使土體對葉片產(chǎn)生的水平旋轉(zhuǎn)力相互平衡，降低了噴射、攪拌對樁周土的擾動作用。變截面結(jié)構(gòu)形式，使整個復合地基受力更加合理，達到最佳地基處理效果。

（4）穿透力強、適用性廣

高壓噴射漿液、合金鉆頭切削鉆進，并配備強勁的機械動力，使穿越硬土層能力更強，處理深度更大，應用范圍更廣。

（5）材料節(jié)省、經(jīng)濟性強

特殊的漿液封閉設置限制了漿液水平噴射范圍，同時通過雙向攪拌技術解決了漿液上冒問題，使?jié){液立體的鎖定在樁范圍徑內(nèi)，旋噴與雙向攪拌的有機結(jié)合，避免了材料的浪費，提高了經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

雙向攪拌旋噴樁吸收了深層攪拌樁、高壓旋噴樁、三軸攪拌樁等技術優(yōu)點，適用于松軟土、液化土等軟土地基的處理。根據(jù)試樁28天樁身水泥土無側(cè)限抗壓強度（3.5 MPa～5.2 MPa）和單樁承載力試驗結(jié)果（220 kN～250 kN），雙向攪拌旋噴樁更容易保證施工質(zhì)量，具有攪拌均勻、強度高、穿透力強、適用性廣、材料節(jié)省、強擾動小、受力合理等優(yōu)點，可進行大面積進行推廣。