鐵路施工中高壓旋噴樁的技術(shù)應(yīng)用探討

艾江臨 李玉雙

（中鐵八局集團(tuán)第三工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

1 工程概況

1.1 工程說明

六沾線新灣子寨二號(hào)隧道位于六盤水樞紐內(nèi)，隧址屬溶蝕峰叢地貌，洞身穿越地層為石炭系中統(tǒng)黃龍群（C2hn）灰?guī)r夾白云（W2），巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，拱頂以上最大埋深約52m。

施工過程中揭示隧道內(nèi)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，洞身及隧底巖溶主要表現(xiàn)為溶蝕破碎帶、充填溶洞、溶蝕裂隙及溶槽等，并結(jié)合溶洞發(fā)育特征，對(duì)隧底下部存在沉積粉砂土、溶蝕填充淤泥質(zhì)粘土，設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁加固隧底.為滿足加固后的復(fù)合地基承載力fspk≥250KPa，確定旋噴樁參數(shù)為，樁徑50cm，間距90cm。旋噴樁加固深度：5-20m。注漿壓力不小于25Mpa，水灰比W：C=1:1～1：1.5，采用普通硅酸鹽水泥，并摻加2%～3%速凝劑CaCl2。為保證旋噴質(zhì)量，樁頂須復(fù)噴2m。隱伏溶洞上部基巖需開設(shè)φ90 鉆孔。單樁長6～20m,呈正方形布置,樁間距0.9m。總根數(shù)設(shè)計(jì)為1292 根,旋噴長度為14860m,鉆孔回灌水泥漿2912 m3。

1.2 地質(zhì)情況

旋噴樁施工段內(nèi)主要地質(zhì)情況 (從地表向下)如下：<1>黏土（Q4dl+pl）：棕黃、褐黃色，硬塑狀，<2>黏土（Q4dl+el）：棕黃、棕紅色，硬塑狀，<3>灰?guī)r夾白云巖（C2hn）：淺灰、灰色，隱晶、致密結(jié)構(gòu)，厚層～塊狀結(jié)構(gòu)。

1.3 質(zhì)量要求

達(dá)到鐵道部現(xiàn)行的《鐵路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、《鐵路隧道施工規(guī)范》及設(shè)計(jì)要求。工程一次驗(yàn)收合格率達(dá)到100%。

2 旋噴樁施工方法

2.1 旋噴樁施工原理及材料設(shè)備選用

2.1.1 施工原理

高壓旋噴法是把注漿管鉆入或置入土層后,使噴嘴噴出不小于25Mpa的高壓噴射流破壞地基土體,形成預(yù)定形狀的空間,注入的漿液將沖下的土置換或部分混合凝成固結(jié)體,以達(dá)到改造土體的一種方法。

2.1.2 材料及設(shè)備

① 采用材料：采用PO42.5 普通硅酸鹽水泥，并摻加2%～3%速凝劑CaCl2。②選用設(shè)備：旋噴樁施工選用的主要機(jī)具設(shè)備見表1。③選用設(shè)備說明：鉆機(jī)根據(jù)需要附設(shè)調(diào)速裝置,或增設(shè)慢速卷揚(yáng)機(jī),以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速和提升速度。二重管由回旋器、連接管和噴頭組成,用于向土體內(nèi)壓入氣和漿液的2 根管互不相通,按直徑大小在同一軸線上重合套在一起。噴嘴D=2毫米。二重管噴射流為高壓漿液噴射流與其外部環(huán)繞的壓縮空氣噴射流,組成為復(fù)合式高壓噴射流。

?

2.2 旋噴樁施工方法

2.2.1 漿液要求

漿液具有良好的可噴性；有足夠的穩(wěn)定性,漿液中含氣少；能調(diào)整漿液的膠凝時(shí)間；有良好的力學(xué)性能；無毒、無臭；結(jié)石率高。

2.2.2 旋噴樁施工

①施工準(zhǔn)備；②平整場(chǎng)地：隧底鋪墊一層厚20 cm 小石塊,攤鋪整平、靜壓；③在開工之前根據(jù)設(shè)計(jì)放出旋噴樁的中心位置；④在施工現(xiàn)場(chǎng)取樣按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn),確定漿液最佳配合比；⑤工藝性試驗(yàn)根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》(TB10018-2003)、《建筑地基處理規(guī)范》（JGJ79-2002）的規(guī)程,于2009 年4 月22日～4月24日進(jìn)行成樁試驗(yàn)（4根）。

?

從上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出,選用水泥漿液壓力28MPa、注漿管旋轉(zhuǎn)速度為15r/min、注漿管提升速度為20cm/min、空氣壓力為0.7MPa的工藝參數(shù)施工的高壓旋噴樁樁徑符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)檢測(cè)樁體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度＞1.5MPa,符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.3 高壓旋噴樁施工方法與注意事項(xiàng)

① 采用二重管復(fù)噴法施工,首先用鉆機(jī)鉆成φ 90毫米的孔,然后將二重注漿管插入孔內(nèi),再一邊提升一邊進(jìn)行噴射注漿。②在插入旋噴管之前,先檢查高壓水與空氣的噴射情況,各部位密封圈是否封閉,插入后先做高壓射水試驗(yàn),合格后再噴射注漿。施工中,遇到塌孔插入困難時(shí),用1～3MPa的低壓水進(jìn)行沖孔。③采用二重管法施工,先送高壓水,在30 秒左右之后送水泥漿,再在樁底部邊旋轉(zhuǎn)邊噴射1 分鐘后,邊旋轉(zhuǎn)、邊提升、邊噴射。④ 二重管法的旋噴速度控制在15r/min,提升速度控制在20cm/min。鉆桿應(yīng)均勻旋轉(zhuǎn)、提升,確保樁體連續(xù)、均勻。注漿管分段提升的搭接長度不小于10cm。⑤噴射時(shí),在達(dá)到預(yù)定的噴射壓力和噴漿量之后,再逐漸提升注漿管,中間發(fā)生故障時(shí),停止提升和旋噴,并立即進(jìn)行檢查排障。⑥旋噴進(jìn)程中,將冒漿量控制在10～20% 之間。⑦復(fù)噴至軟土層頂后,應(yīng)即時(shí)減小注漿壓力,將壓力控制3MPa左右進(jìn)行回灌水泥漿（引孔內(nèi)灌漿）,直至到達(dá)地表。施工完后迅速拔出注漿管,用清水沖洗管路,防止凝固堵塞。⑧水泥漿的水灰比為1:1。應(yīng)按照室內(nèi)配方配制,不得隨意改變,并需嚴(yán)格過濾（三層濾網(wǎng)）防止堵塞管路；水泥漿隨攪隨用。漿液的攪拌時(shí)間：每罐攪拌時(shí)間不少于3 分鐘,并在使用過程中進(jìn)行不間斷的輕微攪拌,避免漿液沉淀。水泥漿一次攪拌量根據(jù)攪拌機(jī)的容量來確定,施工中每攪拌一次需用水泥400kg、8Kg 速凝劑Ca－Cl2。⑨高壓噴射產(chǎn)生的廢漿抽排到儲(chǔ)漿池中,然后用泥漿車運(yùn)至指定地點(diǎn)。⑩高壓旋噴樁施工流程見下圖。

2.2.4 旋噴樁施工中的檢驗(yàn)

①旋噴樁機(jī)配備符合計(jì)量規(guī)定的計(jì)量裝置,且裝置處于檢定有效期內(nèi)。②對(duì)所用水泥、外加劑等材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)按試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。③通過放樣和尺量的方法檢查樁位的布置形式,保證滿足設(shè)計(jì)要求。④通過計(jì)數(shù)的方法檢查并確認(rèn)樁的布置數(shù)量是否符合設(shè)計(jì)要求。⑤通過測(cè)量鉆桿的長度刻線檢查（必要時(shí)鉆芯檢查）單根樁的長度,確保樁長符合要求。

2.2.5 施工過程控制

2.2.5.1 機(jī)械就位時(shí)機(jī)座應(yīng)平穩(wěn),立軸、轉(zhuǎn)盤與孔位對(duì)正,傾角與設(shè)計(jì)誤差一般不得大于0.5。

2.2.5.2 高壓設(shè)備與管路系統(tǒng)應(yīng)符合設(shè)計(jì)及安全要求,密封良好,防止管路堵塞。旋噴注漿應(yīng)注意設(shè)備開動(dòng)順序。二重管的水、漿供應(yīng)應(yīng)有序進(jìn)行,銜接緊密。

2.2.5.3 當(dāng)在注漿過程中因拆卸鉆桿或因故停噴后續(xù)噴時(shí),應(yīng)重復(fù)旋噴不小于10cm。旋噴過程中出現(xiàn)壓力驟然下降、上升、孔口冒漿量超過20%或完全不冒漿時(shí)應(yīng)查明原因及時(shí)處理。

2.2.5.4 冒漿的處理：在旋噴處理中,有一定數(shù)量的土粒,隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面,冒漿量控制在10%～20% 者為正常。超過20%、冒漿量小于10% 或完全不冒漿時(shí),應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。① 出現(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時(shí),若系土質(zhì)松軟則視為正?，F(xiàn)象,可適當(dāng)進(jìn)行復(fù)噴；若系地層中有較大空隙引起的不冒漿,則可適當(dāng)調(diào)整外加劑摻入量,縮短固結(jié)時(shí)間,使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固。另外,還可以在空隙地段增加注漿量,填充空隙后再繼續(xù)正常旋噴施工。②流量不變而壓力突然下降時(shí),應(yīng)檢查銜接部位的密封情況,必要時(shí)拔出注漿管,檢查封密性能。

2.2.5.5 減小冒漿的措施有三種：提高噴射壓力(噴射量不變)；適當(dāng)縮小噴嘴直徑(噴射壓力不變)；加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。

2.2.5.6 鉆機(jī)成孔和噴漿過程中,應(yīng)將廢棄的加固料及冒漿回收處理,防止環(huán)境污染。

2.2.5.7 高壓旋噴樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工的全過程,施工過程中隨時(shí)檢查注漿壓力、引孔長度及終孔長度和旋噴樁長、注漿管的轉(zhuǎn)速及提速、空氣壓力等。

?

3 施工中出現(xiàn)的問題

3.1 施工中有些樁位出現(xiàn)不連續(xù)冒漿或完會(huì)不冒漿。

3.2 處理部位在距地表約8米以下,樁身垂直度不易控制。

4 高壓旋噴樁工程質(zhì)量保證措施

4.1 高壓旋噴樁施工前嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求進(jìn)行平整地表,設(shè)置回漿池,符合設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行下一道工序施工,并進(jìn)行成樁試驗(yàn)。

4.2 物資部門應(yīng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料的品種、規(guī)格及質(zhì)量進(jìn)行檢查。工區(qū)試驗(yàn)室按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn),確定漿液最佳配比；并隨時(shí)抽查水泥漿液的攪拌質(zhì)量。

4.3 噴射注漿時(shí)應(yīng)注意設(shè)備開動(dòng)順序。水、氣、漿供應(yīng)有序進(jìn)行,銜接緊密。

4.4 二重管法的旋噴轉(zhuǎn)速控制在15r/min,提升速度控制在20cm/min。鉆桿應(yīng)均勻旋轉(zhuǎn)、提升,確保樁體連續(xù)、均勻。注漿管分段提升的搭接長度不小于10cm。確保樁長符合設(shè)計(jì)要求。

4.5 施工過程中隨時(shí)檢查施工記錄和計(jì)量記錄。

4.6 旋噴施工中隨時(shí)注意對(duì)壓力和流量的控制,保證樁徑。

5 總結(jié)

綜上所述,以高壓噴射流直接沖擊破壞土體,漿液與土凝固為固結(jié)體的高壓噴射注漿法,從施工方法、加固質(zhì)量到適用范圍,不但與靜壓注漿法的所不同,而且與其他地基處理方法相比,亦有獨(dú)到之處。

[1]《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》

[2]《鐵路隧道施工規(guī)范》

[3]GB 50021-2001 巖土工程勘察規(guī)范[S]