既有線路提高高壓旋噴樁成樁質量的研究

劉鵬程

（山東蒙田工程項目管理有限公司，山東 德州 254000）

0 引言

近年來，隨著社會的不斷進步以及經濟水平的快速提升，為了滿足我國經濟的發展，近些年來鐵路運營使用了大量的新技術新設備，隨著重載牽引機的使用，原路基在嚴重超載以及雨水沖刷等情況下，出現了各種路基病害。針對此問題，我們采用不影響線路運營的斜打高壓旋噴樁加固路基。高壓旋噴樁施工過程中存在較多的干擾因素影響成樁質量，本文以對朔黃鐵路 2019 年大中修三汲至黃驊南路基下沉綜合整治工程中針對路基下沉采用高壓旋噴樁加固實例，通過對加固過程中影響成樁質量的各干擾因素進行研究分析，制定一系列控制措施，以提高旋噴樁成樁質量，保證路基加固效果［1-4］。

1 工程概況

朔黃鐵路是國家一級干線電氣化鐵路、重載路基。西起山西省神池縣神池南站，東至河北省黃驊港站，是我國西煤東運的第二條大通道。該線鐵路于 2000 年 5 月 18 日正式開通運營，列車運行速度 80 km/h。運輸能力自 2006 年運量突破億噸，并以每年千萬噸級增長，隨著運量的增長，機車車輛軸重的加大和行車速度的提高，部分地段不同程度地出現了路基下沉情況。經調查發現，下沉地段路堤長時間經雨水沖蝕將細顆粒從路基沖出，引起路基沉降，需時常進行補碴。由于長時間補碴，使一定長度范圍內形成道碴囊，給運營帶來安全隱患。常規的加固方案，需停運一段線路，且施工周期長，給運營帶來較大的經濟損失。使用高壓旋噴樁（見圖1、圖2）在路基一側進行加固，可避免停運帶來的經濟損失。

圖1 樁位布置立面圖（單位：m）

圖2 樁位布置平面圖（單位：m）

另外，既有線路下行側路肩采用了挖孔樁及冠梁進行加寬，冠梁上裝有平網，路堤邊坡采用拱形骨架護坡進行防護，坡腳處設有刺網，施工環境復雜。且施工期間需保證旋噴樁機不侵線逼停列車并保證加固效果不影響列車運營，需充分利用行車間隙，施工難度大，必須解決好旋噴樁成樁質量，確保一次滿足設計規范要求，避免二次施工帶來的工期、成本問題。

2 高壓旋噴樁施工基本原理及特點

高壓旋噴樁是通過旋轉鉆機，水泥漿攪拌系統、高壓注漿系統等設備，將水泥漿變成高速旋轉的水泥漿噴射流，在此高壓噴射流的作用下對土體劈裂、滲透，使水泥漿與原土體均勻攪拌混合在一起，凝固后形成圓柱狀水泥加固體，其工藝流程圖如圖3 所示。高壓旋噴樁加固路基可廣泛應用于淤泥、軟弱黏性土、砂土甚至砂卵石等多種土質。通過調整鉆機角度可以實現斜向不同角度打樁，通過移動樁機可以實現按照預設樁位打樁，進而可用作路堤側斜向加固，具有加固效果好、操作簡單、易于施工，不影響既有線路運營、適用范圍廣等優點。

圖3 工藝流程圖

3 高壓旋噴樁加固路基常見的質量問題及原因

3.1 樁體角度、樁位偏差太大

施工前作業面未平整到位，樁點周圍紫穗槐以及路肩加寬時產生的碎石、拱形骨架砌片石清理不到位，鉆機引孔時鉆桿浮動較大導致引孔偏離軌跡，樁點放樣不到位，累計誤差較大，按照設計要求布設樁點時，樁點布設到冠梁挖孔樁、接觸網支柱等交叉干擾處，影響成樁位置偏離設計規范要求。

3.2 樁體直徑偏差超出允許范圍

施工前未進行試樁或未按照試樁得出高壓旋噴樁滿足設計要求所需的注漿壓力、提升速度等參數進行施工，施工中壓力值突增或突降未及時發現，導致樁體出線斷樁或漿液外泄壓力不足以劈裂滲透進周圍土質形成設計要求樁體直徑。

3.3 成樁不均勻樁體強度不足

施工過程中存在僥幸心理，為了減少樁機移動時間加快施工進度未實行隔樁施工，致使部分鄰近樁因高壓水泥漿擠壓周圍土質而漿液外流，進而成樁不均勻。注漿過程中不返漿或反漿量遠遠不足時，提升鉆桿速度依然按照試樁時數值進行，導致成樁后出現斷樁、樁體抗壓強度不足等情況。為了防止注漿管堵眼加快施工進度，制漿過程中未按照配比進行制漿，水泥漿密度達不到設計要求。

3.4 樁頂不規則

施工前樁位處紫穗槐根部、拱形骨架漿砌片石等清理不干凈，高壓水泥漿無法劈裂滲透進周圍土質中形成完整規則的樁頂。噴射結束后，在噴射孔內未進行靜壓充填灌漿，或靜壓充填未至漿面不再下沉為止，導致樁頂有凹穴產生。

4 控制措施

4.1 作業場地提前檢查復核

作業場地提前探測好電纜位置并與相關單位聯系，進行管線、橋涵（安全距離≥2 m）調查后，清除施工場地地面范圍內的障礙物，不能清除的做好保護措施，然后整平、夯實；同時合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地滿足施工要求，運營安全。按照設計規范要求進行樁點布設并進行復核檢查，對樁點位置處存在的紫穗槐根部、砌片石等大塊影響高壓旋噴樁施工的雜物清理干凈，對于樁點布設在冠梁挖孔樁、接觸網支柱處時，及時更改樁點位置，保證在設計要求內調整，并做好書面記錄，方便驗收時有記錄可查。

4.2 施工前做好施工準備工作

每個工點施工前必須嚴格執行試樁并不能低于3根做好數據記錄，查明在設計范圍內壓力提升速度等值對高壓旋噴樁樁固結的強度和直徑影響，確定各項參數，以便后續施工各參數的調節。樁機引孔時先用小壓力試噴，保證噴嘴未堵塞，打樁時后臺觀測好壓力值變化，當壓力值變化較大時，及時停泵將鉆桿拔出并記錄好此時停漿點位置，檢查噴嘴是否堵塞，通常壓力值突然明顯升高時即為鉆孔堵塞，待排查清除后將鉆桿沉入停漿點下 0.5 m 處，恢復供漿時再噴漿提升。若停機超過 3 h，應拆卸輸漿管路，清洗干凈，在原樁位旁邊補樁。且在施工過程中，由于停機導致漿液閑置時間過長，則這部分漿液就必須廢棄，不能再次使用。

4.3 施工中發現問題及時停機分析解決

施工過程中做好雙控及壓力控制和軌頂高程控制，安排專人在相應位置進行盯控，注漿過程中發現反漿不正常及時停機進行檢查，排除水泥漿從其他位置尤其是道床內冒出，以及軌頂標高是否發生變化。排除冒漿和軌頂標高變化可以在設計范圍內減緩提升速度增加注漿量，保證水泥漿填充空隙。也可以在設計規范范圍內適當增加速凝劑的添加，減少樁體凝固所需要的時間，從而使漿液在成樁范圍內加速凝固進而使高壓旋噴樁強度達到設計要求。若出現冒漿和軌頂標高變化及時停機處理冒漿和順平軌頂標高，同時在設計范圍內降低注漿壓力，加快提桿速度，保證不再出現冒漿和軌頂標高變化，并進行二次注漿保證成樁滿足設計要求。嚴格按照設計要求施工自上而下，同排高壓旋噴樁隔樁施工，第一排天窗點內施工，不能存在僥幸心理。

4.4 施工完成后加強成樁保護

高壓注漿施工完成之后，高壓旋噴樁的頂部會因為漿液發生析水收縮等原因可能會出現凹穴，采取再次注漿或將返漿往回灌等措施來消除這些凹穴，保證成樁質量。施工完成后不可直接在樁體頂部沖洗注漿管，避免樁體由于外力導致變形或破壞，加強成樁保護。

5 實踐成果

采取上述控制措施后，后續高壓旋噴樁不再出現樁徑過小樁頭凹穴樁身中心偏差過大、抗壓強度不足等質量問題，避免了成樁后再進行處理的誤工誤時，大大提高了高壓旋噴樁成樁質量，確保了加固效果（見圖4）。

圖4 瑞雷波法路基加固效果監測圖

6 結語

朔黃鐵路是我國西煤東運的第二條大通道，采用不影響線路運營的斜打高壓旋噴樁加固路基，無需進入鐵路線路且加固用時較短，能全天連續作業，施工進度快、加固效果良好，解決了既有線鐵路路基加固影響線路運營的問題，大大節省了停運整修帶來的運營損失，保證了既有鐵路線路的行車安全。通過將上述質量控制措施運用到本工程 1 850 根樁（樁長共 20 277 延米）的施工中，后續高壓旋噴樁不再出現樁徑過小樁頭凹穴樁身中心偏差過大、抗壓強度不足等質量問題，避免了成樁后再進行處理的誤工誤時，大大提高了高壓旋噴樁成樁質量，通過瑞雷波檢測注漿前后波速對比，發現注漿后波速有了很大程度的提升，加固效果明顯。共開挖 20 根樁進項樁頭質量檢測，均未發現異常狀況，節省工程成本近 50 萬元，縮短工期近 2 個月。同時該工程在肅寧分公司召開的施工總結及表彰會上被評為管段內先進單位，榮獲“管理標準化單位”稱號，其質量控制的成功經驗對以后類似的工程施工具有示范和指導意義。Q