高壓旋噴樁在中老鐵路磨萬段軟基處理中的應(yīng)用

楊 小 軍， 李 杰， 楊 璐 銘， 王 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

近年來，我國的公路鐵路工程規(guī)模不斷增加，建設(shè)等級不斷提高，但工程建成后營運(yùn)階段軟基不均勻沉降問題愈發(fā)突出，由此可見，在設(shè)計(jì)與施工階段對軟基進(jìn)行處理就顯得尤為重要。高壓旋噴樁施工技術(shù)自20世紀(jì)70年代末傳入我國至今已得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者對高壓旋噴進(jìn)行的大量理論研究結(jié)果表明其在軟基處理方面具有很好的效果，處理后沉降量可以得到準(zhǔn)確的計(jì)算[1～3]；石建磊[4]、呂若冰[5]等針對高壓旋噴樁在既有鐵路、高速公路中軟基沉降加固治理中的應(yīng)用研究結(jié)果表明：高壓旋噴樁能夠很好地控制軟基不均勻沉降，改善道路通行質(zhì)量和運(yùn)營安全。結(jié)合中老鐵路磨萬段路基工程軟基處理實(shí)例，從適用范圍、工藝特點(diǎn)以及施工工藝等方面對高壓旋噴樁的施工進(jìn)行了詳細(xì)分析與闡述，以期進(jìn)一步提高鐵路路基工程軟基處理施工技術(shù)水平。

中老鐵路路基D1K267+170～D1K267+230段長60 m。原設(shè)計(jì)方案為采用深層水泥攪拌樁加固處理，樁徑50 cm，正三角形布置，樁間距1.2 m，樁長4.5～8.5 m，工程量約為5 000 m，樁底穿透軟土層進(jìn)入持力層0.5 m，加固寬度為路堤坡腳外1.67 m，加固后復(fù)合地基承載力不小于150 kN，單樁承載力不小于105 kN。但因該區(qū)段上部存在無法改遷的高壓輸電線，且現(xiàn)場無現(xiàn)有深層水泥攪拌樁機(jī)，項(xiàng)目部據(jù)實(shí)提出變更申請并經(jīng)五方會(huì)審決定在保證施工安全、質(zhì)量的前提下，變更設(shè)計(jì)方案為采用高壓旋噴樁進(jìn)行基底加固，樁徑100 cm，樁間距1 m，工程量約為3 000 m。

2 高壓旋噴樁施工工藝

高壓旋噴注漿技術(shù)常用于深基坑側(cè)壁擋土、基坑底部加固、壩體加固及防水帷幕、邊坡土體加固以及地基處理，適用地層為淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等[6]，是一種有效的軟基處理方法。高壓旋噴樁施工技術(shù)具有節(jié)約材料、降低工程造價(jià)、施工質(zhì)量易控、施工速度快、施工效果好、工期短等特點(diǎn)，其加固改良土體的方法包括單管法、雙重管法、三重管法、RJP工法、SSS-MAN工法、MJS工法等[7]。該工程采用三重管法進(jìn)行高壓旋噴樁施工。高壓旋噴樁施工工藝流程見圖1。

圖1 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

2.1 工藝試驗(yàn)與技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)試樁方案，在擬定工點(diǎn)選取6根樁進(jìn)行工藝試驗(yàn)以驗(yàn)證試樁方案的可行性，檢驗(yàn)施工設(shè)備的性能并確定相關(guān)的技術(shù)參數(shù)(最佳水灰比、工作壓力、旋轉(zhuǎn)速度、提升速度等)。通過對試樁效果進(jìn)行對比分析，確定出該項(xiàng)目高壓旋噴樁最優(yōu)的施工技術(shù)參數(shù)：水灰比為1∶1、旋噴壓力為38 MPa、旋轉(zhuǎn)速度為16～20 r/min、提鉆速度為0.2 m/min、注漿量為90 L/min。

2.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)布置時(shí)將鉆頭先對準(zhǔn)孔位，然后調(diào)平鉆機(jī)，鉆孔位置與設(shè)計(jì)孔位的偏差不大于50 mm，鉆桿軸線應(yīng)垂直對準(zhǔn)鉆孔中心，垂直偏差不大于1%。

2.3 鉆孔

鉆孔的目的是為了將噴射管下到預(yù)設(shè)深度，終孔時(shí)樁端穿透軟土層進(jìn)入持力層0.5 m。鉆孔結(jié)束后，對造孔質(zhì)量進(jìn)行檢查，待其合格后方可進(jìn)行下道工序。

2.4 下注漿管

成孔后，將鉆桿拔出，換上注漿管即可下設(shè)注漿管到設(shè)計(jì)深度。下管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可以在下管前將風(fēng)、水噴嘴用薄塑料膜包扎好；也可邊射水，邊下管。

2.5 噴射注漿

該工程選用GYP-50步履式高噴臺(tái)車進(jìn)行“三管法”高壓旋噴施工。注漿管下設(shè)到設(shè)計(jì)深度后，即可自下而上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)提升噴射注漿作業(yè)。施工過程中，拆管后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)噴射時(shí)應(yīng)保證不小于20 cm的搭接高度以防斷樁。為使固結(jié)體上下尺寸基本一致，可以采取在下部提高噴射壓力、泵量或降低旋轉(zhuǎn)與提升速度的方式。鑒于樁體上部是承受荷載的關(guān)鍵，因此，必須加強(qiáng)樁頂質(zhì)量，增加其密實(shí)度。旋噴結(jié)束時(shí)，應(yīng)保證停噴位置超出設(shè)計(jì)樁頂0.5 m以確保樁頂強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。為保證相鄰樁的施工質(zhì)量，可以采取跳樁法進(jìn)行噴射注漿施工。

2.6 回灌注漿

噴射注漿完成后，為避免漿液析水、固結(jié)體收縮造成地基與上部基礎(chǔ)結(jié)合不緊密、脫空現(xiàn)象，可回灌經(jīng)處理后的冒漿或用高濃度漿液補(bǔ)灌。

2.7 廢漿的處理

必需對旋噴過程中產(chǎn)生的廢棄漿液進(jìn)行妥善處理。對該工程產(chǎn)生的廢棄漿液中的一部分經(jīng)處理合格后重新進(jìn)入注漿系統(tǒng)用于旋噴注漿和樁頂回灌，降低了工程成本；將另一部分廢棄漿液導(dǎo)入在相鄰樁間開挖的、具有一定深度的溝槽，待其凝固后形成具有一定強(qiáng)度的樁間橫系梁，以增強(qiáng)各樁間的共同作用。結(jié)果證明：以上措施取得了良好的施工效果，大幅度提高了復(fù)合地基的承載力和整體性。

3 特殊情況的處理

3.1 不冒漿或間斷冒漿

若因土質(zhì)過于松軟造成的不冒漿或間斷冒漿可進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)噴處理[8]；若附近有通道、空洞，則采取不提升注漿管靜噴、加濃漿液直至冒漿位置，處理無效果時(shí)則可緩慢提升50 cm后靜噴1～3 min后再下沉復(fù)噴或拔出注漿管待漿液凝固后重新下鉆至原深度進(jìn)行復(fù)噴。

3.2 大量冒漿與壓力下降

若發(fā)生大量冒漿并伴隨壓力下降的現(xiàn)象，可能的原因是噴射管被擊穿，此時(shí)，應(yīng)上提噴射管進(jìn)行檢查后方可重新下管噴漿。

3.3 壓力驟然上升

發(fā)生壓力驟然上升的原因可能是管路堵塞，對此可采取以下措施進(jìn)行處理：(1)在各管路系統(tǒng)的進(jìn)口設(shè)置濾網(wǎng)并定期清理；(2)下注漿管時(shí)采取有效的措施防止風(fēng)、水噴嘴堵塞；遵守設(shè)備開機(jī)啟動(dòng)順序，防止風(fēng)、水通道在壓力較低的情況下被泵送的水泥漿液侵入而造成堵塞；(3)噴射注漿完成后，應(yīng)及時(shí)清洗管路系統(tǒng)。

3.4 流量不變而壓力突然下降

流量不變而壓力突然下降的原因可能是存在泄露，對此可以采取以下措施進(jìn)行處理：(1)檢查吸水管道是否暢通，是否漏氣，以防吸入空氣；(2)檢查安全閥、高壓管路是否正常，消除泄露的隱患；(3)檢查噴嘴是否符合要求，更換磨損過大的噴嘴。

4 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

為確保軟基處理質(zhì)量，必須依據(jù)設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范要求對高壓旋噴樁樁身的完整性、樁身質(zhì)量及單樁豎向承載力進(jìn)行檢測[9]。

采用低應(yīng)變法對6根試驗(yàn)樁進(jìn)行樁身完整性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果均為Ⅰ類樁，檢測合格。

對于樁身質(zhì)量，采用鉆芯法和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行檢測。對3根齡期大于28 d的試驗(yàn)樁進(jìn)行鉆進(jìn)取芯，結(jié)果顯示：樁長均大于設(shè)計(jì)樁長，樁身完整；每根樁分3段各選取3個(gè)芯樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

單樁豎向承載力采用平板載荷試驗(yàn)法進(jìn)行檢測，3根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓承載力、沉降數(shù)值等均滿足設(shè)計(jì)要求，加固改良效果明顯。

將以上試樁工藝取得的參數(shù)作為后期大面積施工的依據(jù)之一。D1K267+170～D1K267+230段路基施工完成后，經(jīng)檢驗(yàn)，該段路基高壓旋噴樁樁身完整性、樁身質(zhì)量、單樁豎向承載力以及復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

5 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

高壓旋噴樁在該工程軟基處理中的成功運(yùn)用，提高了地基承載力，解決了路基的沉降問題，保障了工程質(zhì)量及運(yùn)營安全。工程應(yīng)用和實(shí)踐證明其取得了以下幾方面效益。

5.1 工期效益

經(jīng)設(shè)計(jì)變更后采用高壓旋噴樁施工，從區(qū)域其他工程項(xiàng)目進(jìn)場設(shè)備耗時(shí)7 d，實(shí)際施工日均完成100 m， 30 d完工，施工總時(shí)長為37 d。而采用深層水泥攪拌樁施工需從國內(nèi)進(jìn)場設(shè)備，耗時(shí)約15 d，參考其他標(biāo)段類似工程日完成量按100 m算需50 d完工，施工總時(shí)長為65 d。由此可知：采用高壓旋噴樁施工相比深層水泥攪拌樁施工節(jié)約工期28 d。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

(1)采用高壓旋噴樁施工，1套現(xiàn)有設(shè)備的進(jìn)出場運(yùn)輸費(fèi)共6 000元；施工人員進(jìn)出場費(fèi)為5 000元；施工工期按1.5個(gè)月計(jì)算，施工人員工資2人(中國工)×1.5月×10 000元(月工資)+3人(越南工)×1.5月×5 000元(月工資)=52 500元；設(shè)備租賃費(fèi)為1.5月×6 000元/月=9 000元。即采用高壓旋噴樁施工除材料費(fèi)、電費(fèi)等外發(fā)生的成本為6 000+5 000+52 500+9 000=72 500(元)。

(2)采用水泥攪拌樁施工需從國內(nèi)運(yùn)輸進(jìn)場一套深層攪拌樁機(jī)設(shè)備，設(shè)備進(jìn)出場運(yùn)輸費(fèi)共100 000元；施工人員進(jìn)出場費(fèi)為30 000元；施工工期按2.5個(gè)月計(jì)算，施工人員工資5人×2.5月×10 000元(月工資)=12 5000元；設(shè)備租賃費(fèi)1套×2.5個(gè)月×30 000元/月=75 000元；假設(shè)兩種施工設(shè)備總功率均為120 kW，每天工作8 h，電費(fèi)單價(jià)實(shí)際為0.9元/kW·h，則水泥攪拌樁施工多增加電費(fèi)約24 200元；水泥攪拌樁施工多增加上下班接送車輛租賃費(fèi)為10 000元。即采用水泥攪拌樁施工除材料費(fèi)外初步發(fā)生成本為100 000+30 000+125 000+75 000+24 200+10 000=364 200(元)。

綜上所述，采用高壓旋噴樁施工節(jié)約工期28 d，在不計(jì)算材料消耗的前提下可初步節(jié)約施工成本291 700元。該工程相比原設(shè)計(jì)方案深層水泥攪拌樁施工，采用高壓旋噴樁施工能夠保證相同的施工質(zhì)量并可降低施工成本。

6 結(jié) 語

闡述了針對鐵路路基工程軟基采取高壓旋噴樁進(jìn)行改良加固處理的過程，實(shí)施效果表明：經(jīng)過改良加固處理的鐵路路基軟土基礎(chǔ)的承載力大幅度提升，滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)證明高壓旋噴樁施工技術(shù)具有加固質(zhì)量均勻、擠密效果好、對環(huán)境污染小、施工速度快、節(jié)約工期、工程造價(jià)低等優(yōu)勢。