湘桂鐵路框架涵施工控制與旋噴樁加固技術(shù)

張國興 邢振賢 翟 芳

(華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院，河南鄭州 450011)

1 工程概況

湘桂鐵路建于20世紀(jì)30年代，是廣西、海南、粵西地區(qū)與華中、華東、華北等地區(qū)客貨交流的主通道。原有線路標(biāo)準(zhǔn)低、設(shè)備簡陋，且客車旅行速度較低，為單線內(nèi)燃牽引鐵路，運(yùn)輸能力已趨飽和，遠(yuǎn)不能滿足鐵路沿線各省客貨運(yùn)量快速增長的需求，迫切需要實(shí)施擴(kuò)能改造。在2008年，廣西投資約120億元對湘桂線進(jìn)行擴(kuò)能改造。湘桂鐵路柳南Ⅰ標(biāo)段是湘桂鐵路擴(kuò)能改造工程的重要組成部分，該區(qū)段有28座框架涵，該地區(qū)地基多為淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土等地基土，采用旋噴樁進(jìn)行加固。

本區(qū)屬中亞熱帶濕潤區(qū)溫暖型氣候，北回歸線橫穿中部。直接承受印度洋及太平洋水氣補(bǔ)充。其氣候特點(diǎn)是溫暖濕潤，雨量充沛，夏季長而炎熱，冬季短偶有奇寒，有明顯的干濕兩季之分。每年4月～8月為雨季，9月次年3月為旱季。夏季易澇，春秋易旱。柳州多年平均氣溫20.6℃，極端最高氣溫39.2℃，極端最低氣溫－3.8℃。多年平均降雨量1 424.7 mm，最大一日降雨量214.8 mm。4月～9月為豐水期，春秋兩季間有濃霧。沿線地層巖性從古生界至新生界第四系地層出露齊全。本地區(qū)位于南華準(zhǔn)地臺上的廣西“山”字形構(gòu)造區(qū)，歷經(jīng)加里東、印支、燕山、喜瑪拉雅等多次構(gòu)造運(yùn)動，形成多種構(gòu)造體系，其沉積建造復(fù)雜，褶皺、斷裂非常發(fā)育。柳州至黎塘位于廣西“山”字形構(gòu)造的前弧東翼，柳州至鳳凰段屬南北向構(gòu)造。沿線地形，地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)發(fā)育，對線路有影響的不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)有:坍塌及滑坡、棄碴失穩(wěn)及水土流失、巖溶塌陷、采空區(qū)地面塌陷及圍巖失穩(wěn)、突水突泥、有害氣體、塌方冒頂。沿線地下水類型主要為孔隙潛水、巖溶水、基巖裂隙水三種，其中以巖溶水最為發(fā)育。

2 涵洞工程施工方法

框架涵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序較多。為此，在施工前都要有嚴(yán)格的施工程序設(shè)計(jì)，圖1是框架涵施工流程。

2.1 施工放樣

以CPⅠ，CPⅡ控制點(diǎn)、加密施工控制點(diǎn)為依據(jù)進(jìn)行施工放樣。施工前組織測量放樣，復(fù)測中線、高程，準(zhǔn)確放出基礎(chǔ)位置，并在施工中及時(shí)復(fù)核。對設(shè)計(jì)確定的涵洞的位置、方向、長度、孔徑、出入口高程以及排灌系統(tǒng)的連接等與實(shí)際地形地貌有出入的，及時(shí)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理聯(lián)系，必要時(shí)進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。

2.2 基礎(chǔ)開挖

采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行，開挖時(shí)按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求放坡，基坑比設(shè)計(jì)尺寸加大1.0 m，以便排水。挖掘機(jī)開挖基坑至離設(shè)計(jì)基底標(biāo)高30 cm處時(shí)，改為人工挖除剩余土層，防止超挖。開挖后地質(zhì)及承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，挖基達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，核對地質(zhì)及基底承載力，并報(bào)監(jiān)理工程師檢查，合格簽證后進(jìn)行下道工序施工。

圖1 框架涵施工流程圖

2.3 基底處理

地基處理按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行旋噴樁加固施工。涵洞基底砂夾碎石層用振動夯分層夯實(shí)，確保墊層均勻密實(shí)?；滋幚硗戤叢⒔?jīng)自檢達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后報(bào)監(jiān)理工程師檢查，進(jìn)行檢驗(yàn)批質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)行下道工序施工。

2.4 模板系統(tǒng)

1)模板制作。在滿足強(qiáng)度要求的前提下，對混凝土的外觀質(zhì)量須嚴(yán)格要求，混凝土工程凡外露的模板，應(yīng)采用2.2 m鋼模板或膠合板(厚度應(yīng)大于2 cm)，或粗面木材料以厚膠合板或襯以金屬板。要求安裝模板接縫不大于1 mm，接縫處相鄰兩模板高差小于1 mm，模板平整度小于2 mm。

2)彈線。根據(jù)其軸線中樁，端頭樁等按設(shè)計(jì)用全站儀放出墻身線，并在基礎(chǔ)上彈出墨線。

3)安裝。安裝前按圖紙要求檢查支架和自制模板的尺寸與形狀，合格后才準(zhǔn)進(jìn)入施工現(xiàn)場。沿墨線架立鋼模，模板沿軸線方向每隔1.0 m設(shè)一道拉桿，豎向每隔1.0 m設(shè)一道拉桿，以防止模板下部變形，各拉桿通過蝴蝶扣與模板背側(cè)鋼管連接，拉桿均用雙螺帽固定，以防止拉桿滑絲移位。模板內(nèi)側(cè)用墻身同寬的木方水平支撐模板，其間距不大于80 cm×80 cm，以確保模板剛度、垂直度和穩(wěn)定性要求。按模板高度分上、中、下在模板兩側(cè)設(shè)置木制斜撐。兩側(cè)墻身平行模板之間設(shè)置水平面支撐，以保證涵洞凈空準(zhǔn)確。

4)自檢。檢查模板接縫，模板連接縫大于2 mm用灰膏類填縫，自檢模板平整度、垂直度以及穩(wěn)定性，涵洞凈空等，并請監(jiān)理工程師現(xiàn)場檢驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行混凝土澆筑。

2.5 混凝土主體結(jié)構(gòu)施工

混凝土施工前將模板內(nèi)積水及雜物清理干凈。一切支撐及拉桿等固定就位后，自檢模板平整度、垂直度以及穩(wěn)定性，涵洞凈空等，并請監(jiān)理工程師現(xiàn)場檢驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行混凝土澆筑。

1)底板。一次整體澆筑，不留施工縫，用振動棒、平板振動器搗實(shí)，罩塑膜保濕養(yǎng)護(hù)。

2)邊墻。當(dāng)?shù)装寤炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，方可澆筑邊墻，邊墻必須一次澆筑。澆筑前，邊墻與底板混凝土接榫必須鑿毛，洗干凈，先涂純水泥，再澆筑上部混凝土。兩邊墻對稱、分層澆筑，每層厚度控制在40 cm以內(nèi)，并階梯式斜面推進(jìn)，豎向一次澆筑完成。混凝土落高超過2.0 m時(shí)采用串筒;混凝土振搗采用插入式振搗器，振動棒插點(diǎn)間距不大于50 cm，快插慢拔、振動到表面泛漿無氣泡為止;分段設(shè)專人振搗，技術(shù)人員跟班作業(yè)，避免欠、漏搗?；炷琳駬v應(yīng)充分密實(shí)為止。密實(shí)的標(biāo)志是混凝土停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、泛漿現(xiàn)象為止。每次混凝土澆筑完畢后，用抹子將頂面抹平拍平壓光，防止頂面松散。

3)頂板。在兩側(cè)邊墻澆筑后自中部向兩端、全斷面一次整體澆筑完成?；炷翝仓r(shí)鋪設(shè)走道板，施工人員不得踩踏鋼筋。采用振動棒、平板振動器搗固混凝土，罩塑膜保濕養(yǎng)護(hù)?；炷吝_(dá)70%(跨徑＞8 m時(shí)需達(dá)到100%)設(shè)計(jì)強(qiáng)度自跨中向兩側(cè)拆架。

4)混凝土的養(yǎng)護(hù)?；炷琳駬v完成后，應(yīng)及時(shí)修整、抹平混凝土裸露面，初凝后終凝前再抹第二遍并壓光，抹面時(shí)禁止灑水?；炷凉嘧⑼瓿珊?，在收漿后12 h內(nèi)即應(yīng)覆蓋，采取塑料薄膜封閉覆蓋措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于15 d。當(dāng)日平均氣溫低于5℃時(shí)，應(yīng)采取保溫養(yǎng)護(hù)措施，并不得對混凝土灑水養(yǎng)護(hù)。

2.6 附屬結(jié)構(gòu)施工

1)混凝土翼墻施工。翼墻混凝土一次整體澆筑。立模時(shí)應(yīng)保證支撐牢靠，混凝土采用串筒入倉，施工過程中，控制好混凝土澆筑速率，防止混凝土澆筑過程中出現(xiàn)跑?，F(xiàn)象。

2)墻帽。當(dāng)墻身漿砌片石砌完后，抄平打點(diǎn)，用木模立板座，在涵外側(cè)搭設(shè)作業(yè)平臺，設(shè)扒桿在涵內(nèi)搭作業(yè)平臺，人工入模，插入式振動棒振搗。

3)防水層、沉降縫施工。混凝土涵身施工完畢后，按設(shè)計(jì)及施工規(guī)范進(jìn)行沉降縫和防水層施工。涵洞內(nèi)用M10的水泥砂漿填塞，外用防水材料浸制木板、防水材料浸制麻布及甲種防水帶填塞。完成后涂刷防水涂料，后粘貼防水卷材，最后施工粘土保護(hù)層。

4)缺口回填。涵渠缺口填土按涵管1.5倍孔徑范圍，依照特殊填土要求進(jìn)行回填，回填時(shí)采用滲水土對稱分層進(jìn)行夯填，相對密度達(dá)到95%，每層完成后進(jìn)行密實(shí)度試驗(yàn)，合格后進(jìn)行下層回填。當(dāng)回填土厚度達(dá)到板頂以上0.8，混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，大型機(jī)械方能通過。

5)出入口施工。出入口的施工安排在缺口填土之后進(jìn)行。施工在按照設(shè)計(jì)施工的同時(shí)，力爭與地形自然順接。挖填后鋪砌，基底及側(cè)面夯填密實(shí)。端墻以上的坡面鋪砌，坡面夯拍密實(shí)，坡面平順。

3 基底處理

基底處理按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行旋噴樁加固施工。涵洞基底砂夾碎石層用振動夯分層夯實(shí)，確保墊層均勻密實(shí)?；滋幚硗戤叢⒔?jīng)自檢達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后報(bào)監(jiān)理工程師檢查，進(jìn)行檢驗(yàn)批質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)行下道工序施工。

3.1 旋噴樁施工

雙重注漿管復(fù)合噴射壓縮空氣，并注入水泥漿液。由于高壓空氣射流的作用，使地基中一部分土粒隨著壓縮空氣排出地面，高壓漿流隨之填充空隙。旋噴使用的水泥應(yīng)采用新鮮無結(jié)塊32.5號普通水泥，水泥漿水灰比為0.45～0.55。稠度要適合，為消除離析，再加入水泥用量3%的陶土、0.9%的堿。漿液應(yīng)在旋噴前1 h以內(nèi)配制，使用時(shí)濾去硬塊、砂石等，以免堵塞管路和噴嘴。其施工工序如下:清除地表以下的大石塊、樹根、管線及架空高壓線等施工障礙物，挖除地表0.3 m厚的種植土，做好土路拱和排水溝，調(diào)查了解水文地質(zhì)情況和土體的性能指標(biāo)，并已進(jìn)行室內(nèi)配方試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場情況，為保證旋噴樁機(jī)械進(jìn)入場地作業(yè)，必要時(shí)可對地表進(jìn)行換填處理。正式施工前進(jìn)行工藝性試樁，掌握現(xiàn)場成樁經(jīng)驗(yàn)及各項(xiàng)工藝操作的技術(shù)參數(shù)，確定鉆進(jìn)速度、提升速度、注漿速度、空氣壓力等數(shù)值。樁機(jī)就位時(shí)要仔細(xì)調(diào)平機(jī)臺，保證成樁垂直度。采用在鉆桿上劃刻度線的方法精確控制下鉆深度、噴粉高程及?；颐妫ＷC樁體長度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

旋噴樁施工在操作方法上要注意以下幾點(diǎn):

1)對正樁位，調(diào)整鉆機(jī)機(jī)身，保證鉆桿的垂直度，啟動鉆機(jī)下鉆，待攪拌鉆頭接近地面時(shí)，啟動空壓機(jī)送氣，開始鉆進(jìn);2)鉆到設(shè)計(jì)孔深時(shí);3)沉入注漿管至孔底;4)高壓噴射注漿，注漿管應(yīng)在前方水泥漿流出噴頭后，方可開始提升注漿管，自下而上噴射注漿;5)成樁，拔管;6)機(jī)械清洗;7)移動到下一個(gè)樁位。

3.2 施工質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測

1)質(zhì)量控制措施。

施工質(zhì)量控制措施有很多種類型，具體可以通過以下幾點(diǎn)努力:a.為確保工程質(zhì)量在預(yù)定的范圍之內(nèi)，可以采取事先試驗(yàn)的方式，首先通過此方式增加工程施工的熟練度最大限度的降低誤差。在施工前可先打一組試樁，一般為三樁，這樣可以有效的確定各施工項(xiàng)的參數(shù)。具體有旋轉(zhuǎn)速度、鉆進(jìn)速度、提升速度等。其次可以確定機(jī)械需配備的人員;b.開機(jī)前的檢查，具體檢查的事項(xiàng)包括:孔距、復(fù)核孔位，檢查鉆機(jī)是否水平、軸垂直度等。在鉆孔的過程中應(yīng)著重避免鉆機(jī)的劇烈振動，以防止跳動及鉆桿擺動等問題的出現(xiàn);c.保持噴漿的飽滿，這項(xiàng)問題可通過控制旋噴的壓力和提升及旋轉(zhuǎn)速度等來實(shí)現(xiàn);d.鉆頭在鉆進(jìn)的過程中，施工技術(shù)人員應(yīng)時(shí)刻保持謹(jǐn)慎，定時(shí)檢查孔深及孔斜率，以確保以上技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并隨時(shí)做好預(yù)警準(zhǔn)備;e.加強(qiáng)施工監(jiān)督檢查，做好檢查施工記錄，對照施工工藝對每根樁進(jìn)行質(zhì)量考核。對不合格的樁，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。

2)質(zhì)量檢測方法。

在高壓旋噴注漿結(jié)束四周后，要及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。檢查對象要選擇地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)或在噴射的過程中有異?，F(xiàn)象的固結(jié)體，比例為注漿孔數(shù)的5%，至少對每個(gè)加固工程檢查一個(gè)。常用的檢測方法有:a.室內(nèi)灰比實(shí)驗(yàn);b.開挖檢查，全面檢查噴射固結(jié)體的質(zhì)量;c.鉆孔檢查;滲透試驗(yàn);標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)。

4 結(jié)語

框架涵施工工序比較復(fù)雜，施工過程中各工序之間應(yīng)緊密聯(lián)系。高速鐵路對軟土地基施工要求較高，旋噴樁是處理軟基的方法之一。本文通過采用旋噴樁加固軟土地基，從而實(shí)現(xiàn)了在不良地基上修建框架涵的目的。目前該項(xiàng)目的所有框架涵均已完工，各項(xiàng)施工質(zhì)量指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］胡 斌.旋噴樁在橋梁工程地基處理中的應(yīng)用［J］.交通科技，2004(1):36-37.

［2］TB 10203-2002，鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.

［3］富 泥.應(yīng)用高壓旋噴樁對橋梁基礎(chǔ)進(jìn)行加固的探索［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004(9):13-14.

［4］龔曉南.地基處理手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［5］陳國慶.淺談涵洞拼接施工工藝［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008(9):46-48.