鐵路工程施工中軟土地基處理施工工藝

李海洋

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，哈爾濱 131100）

1 工程概況

在長(zhǎng)春—白城鐵路擴(kuò)建工程中，松東公路橋采用簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁，位于鐵路直線段。縱斷面坡度為3.40%、-3.50%，全長(zhǎng)100.84 m，橋梁中心線與鐵路中心線融為一體；橋跨布置為4-25 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁；橋梁基礎(chǔ)位于粉土與粉土相互作用層，因該土層荷載薄弱，所以需加固兩側(cè)引橋基礎(chǔ)，為保證所在地基具有足夠承載力，決定采取軟土地基加固施工工藝，即使用旋噴樁。

2 旋噴樁工作原理

旋噴樁是利用鉆機(jī)將注漿管?chē)娮旌蛧婎^鉆置于樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，將預(yù)先配制好的漿液通過(guò)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?lài)娚涑鰜?lái)，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體。噴射過(guò)程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌希谕林行纬梢欢ㄖ睆降闹鶢罟探Y(jié)體，從而使地基得到加固。施工中一般分為3 個(gè)工作流程，即先鉆后噴，再下鉆噴射，然后提升攪拌，保證每米樁漿土比例和質(zhì)量。

1）預(yù)先設(shè)置好20～40 MPa 壓力的漿液或水后，再利用高壓發(fā)生裝置從注漿管?chē)娮爝吘壐咚偕淞骷舾畹姆绞絹?lái)破壞土層。

2）當(dāng)土體氣壓大、運(yùn)行速度快且呈脈動(dòng)狀的射流時(shí)，動(dòng)壓會(huì)比土體抗剪強(qiáng)度大，而土壤顆粒會(huì)從土層中釋放出來(lái)，一部分細(xì)顆粒隨漿液或水排出地面，其余土壤顆粒會(huì)在射流沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液混合，并按一定比例將漿液和土體根據(jù)質(zhì)量大小定期重排，當(dāng)漿液凝固后會(huì)在土體中形成固結(jié)體。

3）經(jīng)鉆桿旋轉(zhuǎn)升降，漿液會(huì)與土壤充分?jǐn)嚢杌旌希瑥亩罱K達(dá)到加固軟弱地基的目的。

3 旋噴樁施工方法

旋噴樁施工流程為：場(chǎng)地平整→測(cè)量放線(樁位放樣、標(biāo)高測(cè)量)→第1 根樁鉆機(jī)就位(對(duì)中垂直)→旋轉(zhuǎn)下沉成孔（清水?dāng)U孔）→引孔（擴(kuò)孔）到設(shè)計(jì)標(biāo)高→封堵垂向噴嘴→攪漿→高壓噴漿成樁（水泥復(fù)驗(yàn)、注入水泥漿、噴漿提升）→重復(fù)旋轉(zhuǎn)下沉（自樁頂向下注入水泥漿）→復(fù)噴提升（噴漿提升）→由下向上旋噴作業(yè)到設(shè)計(jì)頂面標(biāo)高→沖洗→成樁移架。

施工前，要先做2～3 根試驗(yàn)樁，以清楚旋噴樁施工工藝和施工效果，并確定對(duì)應(yīng)施工參數(shù)。施工時(shí)，要遵循先施工內(nèi)樁，后施工外樁的順序。為了保證樁與樁之間能夠更好地搭接，可采用打“一跳一”方式，間隔需控制在36 h 以上。

3.1 確定孔位置后，放置鉆頭

按照設(shè)計(jì)開(kāi)始打孔，偏差要求≤2 cm，用木樁固定，并在旋噴樁高噴流注入軸線的旋轉(zhuǎn)位置安裝固定樁，同時(shí)，要在軸線50～100 cm 以?xún)?nèi)安裝控制樁。鉆頭按照設(shè)計(jì)好的鉆孔固定，且需處于垂直狀態(tài)。該步驟中，旋噴樁噴嘴的允許傾斜度不能超過(guò)1.5%。旋噴樁布置如圖1 所示。

圖1 旋噴樁布置（單位：cm）

3.2 鉆孔

移動(dòng)鉆頭到鉆孔位置后，對(duì)準(zhǔn)鉆孔位置并利用水平尺來(lái)控制旋噴樁，立軸保持縱向垂直；同時(shí)，固定機(jī)架，且鉆頭垂直度需符合設(shè)計(jì)要求，帶測(cè)試成功后再鉆孔。若施工中設(shè)備出現(xiàn)傾斜狀況，應(yīng)及時(shí)停止鉆孔施工進(jìn)行調(diào)整，將鉆機(jī)找平后開(kāi)始鉆孔。

通常情況下，鉆孔施工使用的都是孔徑為600 mm 的合金鉆頭。在施工過(guò)程中若出現(xiàn)故障，需查明異常原因并采取解決方案。另外，要做好施工日志，以詳細(xì)記錄地層變化、粒度、硬度等信息。

鉆孔完成后，經(jīng)質(zhì)檢員檢驗(yàn)通過(guò)后，方可進(jìn)行下一步驟施工。

3.3 噴射管下管

將噴射臺(tái)移動(dòng)到已完成的鉆孔處，先在地面上做好氣漿試噴工作，并檢查所有技術(shù)參數(shù)，當(dāng)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作均滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，將噴射管下管至設(shè)計(jì)深度，待技術(shù)人員確定合格后方可開(kāi)始進(jìn)行高壓旋噴注漿施工[1]。

噴射施工中，如果出現(xiàn)壓力過(guò)大、噴嘴堵塞等故障，應(yīng)將旋噴樁移到地面上，待排除故障且一切正常后，再開(kāi)始施工操作。

3.4 噴涂材料

選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5 的普通硅酸鹽水泥配制：并注意以下事項(xiàng)：（1）選用合格水泥，無(wú)填充物，利用0.08 mm 方孔篩，保證篩余量值≤5%；（2）使用水泥必須有廠家提供的產(chǎn)品合格證，且經(jīng)相關(guān)部門(mén)查驗(yàn)達(dá)標(biāo)后方可投入使用；（3）造漿水要保證無(wú)污染、無(wú)混合物，同時(shí)滿足GB/T 10171—2016《建筑施工機(jī)械與設(shè)備 混凝土攪拌站（樓）》的規(guī)定。

3.5 拌制漿液

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可開(kāi)始拌制漿液：（1）嚴(yán)格控制各材料的配合比，對(duì)各孔進(jìn)行高壓灌漿后要測(cè)算孔內(nèi)材料使用量；（2）采用高速攪拌機(jī)攪拌漿液；（3）漿液要拌制勻稱(chēng)，每次攪拌后的使用時(shí)間應(yīng)＜4 h。

3.6 提高洞口噴射漿液高度

當(dāng)注入管到達(dá)設(shè)計(jì)高度時(shí)，可開(kāi)始注入滿足要求的漿液和氣體。當(dāng)漿液從洞口出來(lái)后，其會(huì)按照設(shè)計(jì)的上升方式和速度從下往上升，最終達(dá)到設(shè)計(jì)噴射標(biāo)高。在這一過(guò)程中，技術(shù)人員需要做到以下2 點(diǎn):

1）做好漿液初凝時(shí)間、漿液流量、風(fēng)量、荷載、轉(zhuǎn)動(dòng)提升速度等參數(shù)的記錄工作，并登記于施工日志中，同時(shí)繪制操作過(guò)程曲線圖。

2）在噴射操作過(guò)程中，必須經(jīng)常檢查旋噴樁各階段的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，按照實(shí)際情況采取應(yīng)對(duì)手段：（1）連接、取下和更換軟管時(shí)要迅速，避免塌孔與堵塞；（2）若發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)暫停操作，并按照實(shí)際情況來(lái)處理；（3）設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，為避免長(zhǎng)時(shí)間停工，要盡快恢復(fù)灌注漿液；（4）如果停工1 h 以上，要及時(shí)采取補(bǔ)救措施；（5）再次恢復(fù)噴射時(shí)，為了確保操作效果的連續(xù)性，需增加0.3 m 的注入管。

3.7 回灌

噴射施工結(jié)束后，為保證漿面不再下沉，立即在噴射孔進(jìn)行靜壓填充注漿，使樁頂高度參數(shù)達(dá)到項(xiàng)目規(guī)定值。

通常情況下，采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填的回灌漿液方式完成漿液回灌施工[2]。

3.8 記錄

正確記錄鉆孔和高壓噴射灌漿各個(gè)工序，并采用標(biāo)準(zhǔn)表格記錄施工日志。

3.9 洗凈

噴射相關(guān)工序結(jié)束后，要將旋噴樁機(jī)清洗干凈，確保不殘留水或漿液。另外，要全部移除泥漿泵、注漿管和軟管設(shè)備內(nèi)的漿液。

4 旋噴樁施工注意事項(xiàng)

4.1 使用旋噴樁的操作要點(diǎn)

1）施工時(shí)，嚴(yán)格按照旋噴樁設(shè)計(jì)直徑、長(zhǎng)度、水泥含量、注入管類(lèi)型、注入方法和施工數(shù)據(jù)進(jìn)行。

2）注漿施工前檢驗(yàn)高壓設(shè)備和管道系統(tǒng)是否正常，并保證設(shè)備壓力值和排放量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3）使用高壓泵時(shí)要設(shè)定安全閥來(lái)保證安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

4）定期檢查閥門(mén)、活塞缸蓋等部件，若出現(xiàn)損壞需及時(shí)更新；同時(shí)，還要檢驗(yàn)活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)是否滿足要求，從而排除旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)打滑的隱患。

5）查驗(yàn)高壓管路，消除泄漏和堵塞現(xiàn)象，并確保灌漿管和噴嘴中不能有雜物。另外，灌漿管接頭的密封環(huán)要保持完整，而過(guò)度磨損的噴嘴需立即更新，以避免出現(xiàn)故障。

4.2 避免噴頭和管道堵塞的方法

1）在高壓泵、注漿泵、吸水管入口和水漿罐設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，并保持清潔干凈。

2）定期維修保養(yǎng)注漿泵，以防止?jié){液在管道中出現(xiàn)沉淀。

3）在設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，若泥漿供給已超過(guò)需求且短時(shí)間內(nèi)（小于或等于漿液初凝時(shí)間）不能繼續(xù)施工操作時(shí)，或已完成注漿施工時(shí)，需把注漿管升高或直接提出，并利用注漿泵將設(shè)備內(nèi)殘留的漿液排出管道后，才能關(guān)閉旋噴樁設(shè)備。

4）噴射注漿時(shí)要拆除注漿管，并同步停止升降、旋轉(zhuǎn)和注漿操作，當(dāng)風(fēng)量和水量逐步降低至符合規(guī)定參數(shù)后，再終止設(shè)備運(yùn)行[3]。

5）迅速拆卸注漿泵，以免堵塞管道和噴嘴。

6）保證水泥種類(lèi)與用量均能滿足設(shè)計(jì)要求，不可使用潮濕或過(guò)期水泥。同時(shí)，按設(shè)計(jì)規(guī)定來(lái)設(shè)計(jì)泥漿比與水灰比，并按設(shè)計(jì)規(guī)定施工。

7）噴射過(guò)程要防止水泥漿下沉，并及時(shí)清淤。

4.3 高壓噴射漿液施工的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

1）鉆頭旋轉(zhuǎn)速度控制在10～20 r/min 內(nèi)；鉆頭提高速度一般在100～250 mm/min。

2）旋噴樁到達(dá)指定位置后，必須要鋪平，并在高壓噴射泥漿過(guò)程中確保設(shè)備不出現(xiàn)傾斜或停止。同時(shí)，機(jī)架和鉆孔的垂直度偏差要控制在1.5°內(nèi)。

3）用來(lái)加固的水泥必須采用32.5 以上強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥，最小水泥量應(yīng)＞130 kg/m。

4）為旋噴樁樁頂設(shè)計(jì)厚600 mm 的砂礫墊塊，級(jí)配良好，且不帶任何植物殘?jiān)⒗入s質(zhì)。另外，砂礫墊塊需使用最大粒徑為30 mm 的砂礫。

5）旋轉(zhuǎn)樁樁徑通常為400～1 000 mm，最好采用等邊三角形布置。

6）調(diào)制泥漿不能出現(xiàn)離析情況，當(dāng)靜置超過(guò)2 h 時(shí)，禁止使用。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵路作為人們經(jīng)常性使用的出行方式，其施工過(guò)程中對(duì)于軟土地基的處理在很大程度上可有效保證鐵路工程的施工質(zhì)量。在實(shí)際操作過(guò)程中，要根據(jù)工程實(shí)際情況來(lái)分析具體軟土地基的類(lèi)型和成因等情況，采取相應(yīng)的解決措施，從而進(jìn)一步保障鐵路建設(shè)施工項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。