高壓旋噴樁在下穿立交箱涵基底加固中的應用

倪海堂 中國鐵路上海局集團有限公司上海上鐵建筑工程（集團）有限公司

固結高壓旋噴樁就是采用鉆具將注漿管送至設計標高位置，然后利用高壓將水泥漿從注漿管的噴嘴向四周的土體進行噴射沖擊，使得土顆粒從土體中剝離出來，比重小的土顆粒隨著漿液返到地面，剩余的土顆粒在重力、離心力和沖擊力的綜合作用下與水泥漿充分混合，形成一個穩定的固結狀的樁體，使得水泥漿和土層組成復合地基，地基變形得到一定控制，地基承載力也有顯著地提升，固結止水效果明顯，從而實現地基處理加固的目標。

1 工程概況

1.1 地理位置

槜李路為新建城市主干路，地處嘉興市南湖區與秀洲區相交位置，道路下穿滬昆鐵路，鐵路西側規劃道路紅線寬度42 m，雙向6 車道，東側60 m 在下穿路幅外增設地面輔道與玉泉路平交。擬建槜李路公鐵立交橋工程，位于槜李路道路里程K0+110～K0+575.5,西側為滬昆鐵路輔道，東接新氣象路，全長465.5 m。

1.2 水文地質概況

擬建場地地基土劃分為3 個工程地質層組，共5 地質亞層，自上而下描述如下：

1 層素填土（mlQ）：雜色、灰褐色，松散，干～稍濕。成分以可塑～硬塑狀黏性土為主，含建筑垃圾和生活垃圾，植物根莖，局部含少量有機質或腐殖土。巖土工程施工分級為Ⅰ級松土。

2層粉質黏土（al-lQ43）：褐黃色，軟塑為主，局部為可塑，厚層狀，含少量氧化斑點，偶含有機質和半炭化物。無搖震反應，切面光滑，干強度和韌性高。該層土具中等壓縮性，性質一般，下部略差。局部缺失或性質稍有差異。巖土工程施工分級為Ⅰ級松土。

3-1 層淤泥質粉質黏土（mQ42）：灰色～深灰色，流塑，厚層狀、細鱗片狀，含有機質及炭化物，見貝殼碎屑。無搖震反應，切面光滑，干強度和韌性高，頂部局部為淤泥，局部夾少量粉土、粉砂，含云母。該層土具有高壓縮性，性質差，局部地段缺失。巖土工程施工分級為Ⅰ級松土。

3-2層粉質黏土夾粉土（al-mQ42）：灰色，軟可塑，薄層狀～互層狀，偶見云母，含少量腐殖質、有機質，局部呈黏質粉土狀，局部含淤泥質，切面粗糙，韌性低，干強度低。該層土質不均勻，具有中等偏高壓縮性，性質較差，局部地段缺失。巖土工程施工分級為Ⅰ級松土。

3-3層黏質粉土（al-mQ42）：灰色，稍密，很濕，厚層狀，局部薄層狀，見云母，含少量腐殖質，頂部夾較多黏性土團塊。切面粗糙，韌性低，干強度低，搖振反應緩慢～中等。該層土質不均勻，具中等壓縮性，性質一般。局部地段缺失，巖土工程施工分級為Ⅰ級松土。

本工程滬昆鐵路框架基底位于(3)-2 層粉質黏土（σ。＝80 kPa）、框架基底采用Φ60 cm@110 cm 旋噴樁加固，框架周邊以Φ60 cm@40 cm密排旋噴樁封堵地下水。

2 箱底設計加固方案

2.1 高壓旋噴樁設計基本情況

根據箱涵基底地質實際情況，高壓旋噴樁自箱涵底進行豎直高壓旋噴樁加固基底。

具體樁位布置平面和橫斷面圖如圖1和圖2所示。

圖1 高壓旋噴樁平面布置

圖2 高壓旋噴樁橫斷面布置

2.2 設計及施工參數

（1）旋噴樁施作范圍:框架涵四周咬合雙排咬合，箱身正下方矩陣布置（;2）鉆孔深度:14 m(空攪3 m)（;3）成樁樁長:11 m（4）樁徑:0.6 m（;5）樁間距:0.5 m，梅花型布置（;6）高壓水壓力:P≥32 MPa，流量Q=75 L/min;（7）壓縮空氣:P=0.6 MPa～0.8 MPa，氣量Q=2.5 m3/min（;8）注漿壓力:20 MPa～25 MPa;（9）提升速度及轉速:提升速度V=14 cm/min～16 cm/min，孔口轉速12 r/min;（10）水泥漿液:0.7:1～1:1。

3 箱涵基底高壓旋噴樁加固施工方案及技術措施

3.1 總體施工方案

箱涵基底加固前鐵路慢行架便梁，在便梁下方挖機拉槽，拉槽高度約4 m，旋噴樁機在便梁底作業。旋噴樁樁徑600 mm，鉆孔深度14 m～15 m，成樁11 m，樁間距1.1 mm×1.1 mm，梅花型布置，箱涵四周閉水樁充分咬合。

3.2 高壓旋噴樁施工工藝及流程

3.2.1 施工工藝

高壓旋噴樁是利用高壓泵通過有特制噴頭的鉆桿端頭把水泥漿液以高速水平噴入土體，借助液體的沖擊力切削土層，鉆桿以一定的速度旋轉同時低速緩緩提升(14 cm/min～16 cm/min)，使水泥漿與土體攪拌混合、再固結，形成具有一定強度的柱狀固結體(即旋噴樁)，樁間穿插形成整體固結，從而使箱涵底部土體得到加固、固結。

3.2.2 施工流程

樁位測設→鉆機運送到位→調整鉆架及鉆孔角度→開始鉆孔→插設注漿管→試壓、試噴→高壓噴射注漿作業(泥漿的排泄處理作業)→噴射結束→拔管→器械清洗。

3.2.3 施工關鍵工序

（1）樁位測設

根據設計圖，找出坐標網點，通過現場測量放出箱涵頂進方向軸線，在便梁底根據軸線確定網格線及箱涵邊線，確定樁孔位置，依次對樁孔按照一定順序進行編號，依據基準點對每個樁孔進行高程確定、標記，樁位及坐標應嚴格按設計圖紙放點，樁位偏差不得大于50 mm。

（2）鉆孔

鉆機就位后，鉆機鉆桿對已標記好的樁位，將鉆機安設穩定牢固，經測設確保鉆桿垂直，所鉆樁孔垂直;鉆桿的選用時確保孔徑大于噴射管外徑20 mm～50 mm 即可，以便保證噴射漿體時正常返漿、冒漿;鉆孔過程中時時檢查鉆機垂直、穩定;鉆孔過程中時刻關注地質變化，要詳細記錄孔位、孔深、塌孔、漏漿等情況。

（3）插噴射管

所鉆樁孔經驗收合格后，可安設注漿管，進行高壓噴射注漿。噴射管安裝前，需要對噴射管長進行測量，且對噴射管標識尺寸，同時檢查噴嘴是否完好，且噴嘴中心線是否與噴射管方向箭一致;對噴頭僅試噴，測試20 m 范圍內噴射壓力是否滿足標準噴射壓力，且管理壓力是否能夠承受標準噴射壓力，當不能夠滿足時及時更換噴嘴，重復測試。在地面時應進行噴射方向和角度的確定、測試。為防止下管過程中發生泥砂堵塞噴嘴，可在下管過程中邊噴射水、邊插入孔內，水壓不易過大，否則會將孔壁沖塌。

（4）攪拌制漿

為確保噴射注漿能夠連續供應，漿液需要連續拌制，同時應根據拌制漿液類型、排漿能力相匹配，設置好攪拌機的轉速以及拌合能力，使得拌制的注漿相協調，不缺漿、也不能拌制停止。拌制漿液時提前應進行試拌，確定比例。漿液采用P.O42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥用量為120 kg/m，水灰比為0.7:1～1:1。

（5）噴射作業

高壓噴射注漿法為自下而上連續作業。注漿管下至設計深度或者樁底時，且噴嘴達到設計標高，開始注入漿液，噴入的水泥漿必須滿足設計要求的配合比，待漿液返出孔口正常后，開始提升。水泥漿液流量、氣壓、旋噴提升速度按照工藝試驗確定好的進行，必須保證勻速。噴射過程中壓力如果出現突降或驟增現象，應立即停止作業查清原因。噴射過程中如出現故障、暫停等，應該搭接復噴。

（6）冒漿

噴射中經常會有土顆粒隨著一部分漿液冒出，通過冒出的漿液及時觀察地質情況，根據地質情況，及時確定旋噴效果和參數合理性等，冒漿內有土粒、水及漿液量小于注漿量20%為正常，如果超過20%或甚至不冒漿時，應及時查找原因及時采取措施。

壓力突然下降流量不變時，應及時拔出注漿管，檢查管節連接及密封性能。如出現不冒漿時，可能遇到軟弱土，可及時放慢拔管速度、在進行復噴，直至繼續冒漿達到正常時，繼續按照原來拔管速度進行。冒漿量過大時，應在噴漿量不變情況下提高旋噴壓力。

（7）清洗結束

每孔噴射注漿畢，需要及時清洗漿泵和管路設備，防止漿液在管路等設備內部固結、堵塞，影響下一孔施工。

4 技術要求及控制措施

4.1 技術要求

（1）工藝要求

影響漿液固結體的質量因素很多，但是重要因素之一是注漿工藝，注漿過程中需要連續不斷、自下而上進行進行，如過程中出現故障，機械修理完畢或重新繼續施工時，應及時搭接，且搭接長度不得小于500 mm，確保固結體性能。

（2）控制水泥用量

噴射注漿過程，水泥用量控制至關重要。噴射壓力、噴嘴直徑、提升速度受水灰比的影響較大，而水灰比最直接的的指標則是水泥用量。水泥用量較大時，水灰比值變大，需要適當增加噴漿壓力、噴嘴直徑變大、減緩升速度，可能會造成樁徑變小。否則反之。

（3）固結體控形

本箱涵基底加固的固結體形態為圓柱體，為確保固結體的形態，重點通過改變提升速度、注漿量、噴射壓力及噴嘴移動方向進行控制。在深層及土質較硬時，應加大噴射壓力、降低旋轉速度和提升速度;土質較為軟時，采取措施與上述相反。

（4）樁頭處理

提升旋噴管至即將達到設計樁頂標高位置時，自樁頂1.0 m 以下部位開始減緩提升速度，旋噴5 s～10 s 后再向上慢速提升至樁頂面，當漿頂面高度達到要求后，旋轉提升、拔出管道，再關機。

4.2 保證質量的控制措施

（1）工藝控制

開工前，組織有經驗的技術人員及時編制施工專項方案，經項目總工程師審核后，報監理單位審批后，嚴格按施工方案組織實施。編制切實可行的方案，施工過程中，經常檢查方案落實情況，以確保施工質量，對現場與施工方案不否額情況，及時組織技術人員確定方案，并報監理單位同意確定。

（2）材料控制

對采購新進場的水泥等材料，試驗室和物資管理部門要及時驗收(出廠證、合格證、檢驗證)、取樣試驗，試驗合格后方可使用。地材要先調研、經取樣試驗，合格后方可使用。建材等專人管理，杜絕不合格材料進場、使用，確保工程實體質量。

（3）施工操作控制

本施工工藝對施工操作者要求較嚴格，施工操作者也是影響施工質量的一個關鍵因素。施工前應進行相關的工藝試驗，確定壓力、配合比、提升速度等相關指導性實施方案，且操作過程中由專人進行操作。施工過程中，堅持好自檢、互檢、交接檢制度，及時檢查落實工藝試驗確定的參數，確保施工質量。

4.3 關鍵工序質量保證措施

（1）測量放線:根據設計圖紙進行測量放線、確定網格線及樁位，放線允許偏差為±10 mm。（2）鉆孔:樁位偏差不超過5 cm，鉆孔直徑應大于噴射管外徑2 cm，鉆孔深度大于設計開噴深度0.5 m～1.0 m，孔斜率不大于0.5%。（3）下噴射管:噴射管下至設計樁底深度時開始噴射，允許偏差不超過10 cm，允許誤差不超過2%。試驗噴射時試壓管路不得大于20 m，必須達到設計壓力，否則更換噴嘴后，重新試噴;噴射過程中方向的偏差不超過±1°，壓力應該控制在0.6 MPa～0.8 MPa;噴射過程中漿液的流量不超過±1 L/min。（4）噴射壓漿:射注漿開始后，待水泥漿液冒出孔口，即可開始提升管。施工中如果出現壓力不穩變化較大時，需查明原因，及時采取措施處理。由于停機或者故障，復噴需要搭接，具體搭接長度根據噴射中斷時間確定，停機時間為0.5 h、1 h、4 h的，應分別按照搭接0.2 m、0.5 m、1.0 m 進行把握。（5）回灌充填:噴射完成后提出噴射管，緊接著需要及時向樁孔內充填灌漿，直到飽滿。噴漿是要保證輸漿管插入漿面以下2 m，充填灌漿需多次反復進行，直到飽滿，孔口漿面不再下沉為止。

5 結論

（1）采用高壓旋噴樁對下穿鐵路箱涵底進行進行加固，使得箱涵地基承載力有顯著提升，對箱頂軌道幾何尺寸起到了很好的穩定作用。

（2）利用高壓泵將水泥漿液通過鉆桿端頭以高速水平噴入土體，使土體與水泥漿充分攪拌混合凝固，形成固結體，固結止水效果好。

（3）本工藝施工過程比較復雜，定位、鉆孔、壓力、流量、漿液的配合比及原材料等要嚴格控制，才能確保預期效果。