布袋注漿樁在臨近既有線路基工程中運(yùn)用及其承載力計(jì)算的思考

胡傳家 戚承志 景彥楠

（1北京建筑大學(xué)，北京100044；2中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600）

布袋注漿樁是先用專業(yè)鉆機(jī)在地面上鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，鉆出一個(gè)柱狀鉆孔，直徑常見為300mm和400mm，然后綁扎有注漿管的布袋伸入鉆孔內(nèi)至孔底，接著往布袋內(nèi)注入水泥漿液，水泥漿注滿布袋后待其凝固形成一定樁徑的水泥柱體，即成的樁體。規(guī)范[1]未對(duì)其明確定義，屬于新型樁型，簡(jiǎn)稱布袋樁。

楊鳳桐[2]認(rèn)為布袋樁具有可在場(chǎng)地受限和含硬夾層等其他軟基加固方法施工困難時(shí)，對(duì)軟土地基實(shí)施加固，建議推廣使用，但是未說(shuō)明其施工控制難點(diǎn)；韓芳[3]結(jié)合布袋樁的試樁情況分析，該樁型具有造價(jià)低、成樁效果好、施工機(jī)具小等特點(diǎn)，也建議推廣，但是未說(shuō)明大面積施工后的檢測(cè)效果和路基沉降情況；黃曉暉[4]和唐鑫[5]研究了其地基沉降特性，結(jié)果布袋樁對(duì)深厚軟土硬夾層地基有很好的加固效果，對(duì)今后布袋注漿樁的設(shè)計(jì)方法、加固機(jī)理與沉降特性研究提供了一定參考。

1 工藝介紹和分析

1.1 布袋樁介紹

根據(jù)上述對(duì)布袋樁定義的介紹，關(guān)鍵步驟就是下入注漿管和注漿，其涉及到的漿體的質(zhì)量直接關(guān)系到樁體質(zhì)量的好壞。采用注漿設(shè)備將漿液注入預(yù)先埋設(shè)于軟土中的土工布袋內(nèi)，當(dāng)漿液壓力大于布袋周圍土體被動(dòng)土壓力時(shí)，漿液膨脹布袋至設(shè)計(jì)樁徑，并在布袋內(nèi)析水硬化形成較規(guī)則的圓柱狀或葫蘆串狀結(jié)石體。共同形成復(fù)合地基，達(dá)到加固軟土地基和提高地基土承載力及復(fù)合模量的目的。

1.2 布袋樁工藝特點(diǎn)

1）施工機(jī)械小，擾動(dòng)小。該技術(shù)不會(huì)擠壓擾動(dòng)施工區(qū)域附近的結(jié)構(gòu)物，適合既有線鐵路改造或者在既有線旁增建鐵路工程。該特點(diǎn)促使工藝在既有線改造和既有線旁的新建工程中市場(chǎng)運(yùn)用廣泛和安全。

2）地層適應(yīng)能力較強(qiáng)。適用于處理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等各種土性的地基。

3）復(fù)合地基的承載力提高幅度較大。形成的復(fù)合地基可以較好地發(fā)揮樁體和樁間土的潛力，樁體較強(qiáng)的置換效用可使樁體承擔(dān)較大比例的荷載。

4）樁間土的加固作用。在布袋樁的壓力注漿過(guò)程中，流動(dòng)的漿液是從樁底逐漸上升至樁頂?shù)?，其在充填袋體的工程中，對(duì)編織袋和袋外的土體有一定的擠壓作用，提高樁側(cè)阻力的作用。

5）材料比較節(jié)約，經(jīng)濟(jì)效益較好。所有注漿材料均密封在土工織物袋內(nèi)，沒有流失。總體成本較低。

2 案例工程介紹和分析

2.1 案例工程地質(zhì)情況介紹

某鐵路工程，屬于運(yùn)營(yíng)線旁新建鐵路，線路全長(zhǎng)1425m。屬于軟土地基地段，其中部分軟土地基共采用3641根/42507延米布袋注漿樁進(jìn)行處理。樁徑為0.5m，樁長(zhǎng)分別為 10.0 ～ 12.5m，樁間距 1.5m 呈三角形布置。

地層為第四系全新統(tǒng)人工堆積層，第四系全新統(tǒng)沖積層粉土、粉質(zhì)黏土，第四系全新統(tǒng)淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，第四系上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、黏土、粉土、粉砂，第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土。地層總體條件比較適宜布袋樁的成樁和工藝要求。

工程范圍內(nèi)地形比較平坦，地質(zhì)由上到下由7種不同的土質(zhì)，即：1.51m 至0.31m 為粉土、0.31m至 -0.19m為 淤 泥 質(zhì) 黏 土、-0.19m 至 -1.69m 為 黏 土、-1.69m至 -11.29m 為 淤 泥 質(zhì) 黏 土、-11.29m 至 -13.69m 為粉 質(zhì) 黏 土、-13.69m 至 -16.19m 為 粉 土、-16.19m 至-17.69m為粉質(zhì)粘土。地下水第四系孔隙潛水埋深0.5～1.5m。

2.2 案例工程實(shí)施介紹

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)選擇典型的地段進(jìn)行了布袋樁的足周期試樁試驗(yàn)，采取多配比試驗(yàn)和多因素分析的對(duì)比，獲得適合工程場(chǎng)地地層條件的施工參數(shù)。材料配比為水：水泥：粉煤灰 =1：0.8：0.65，漿液比重 1.61 ～ 1.75，注漿壓力0.5-1.3MPa，注漿速度 50-70L/min。

2.3 案例工程實(shí)施過(guò)程

施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照工藝流程及試樁總結(jié)材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)完成的成品樁，經(jīng)過(guò)低應(yīng)變和靜載檢測(cè)，其完整度和承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 布袋樁復(fù)合地基承載力計(jì)算的思考

3.1 目前使用的計(jì)算方法

經(jīng)過(guò)筆者的調(diào)查研究，目前在工民建行業(yè)和鐵路行業(yè)，各種規(guī)范中均未給出布袋樁的復(fù)合地基承載力計(jì)算公式，也未給出參照計(jì)算的建議。

考慮到該樁型在既有線改造和既有線旁的新建工程中運(yùn)用廣泛，有時(shí)也是受環(huán)境條件的必須選擇，設(shè)計(jì)人員往往參照CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行單樁、復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算。一般采用下列計(jì)算方法：

單樁承載力特征值：

其中：qsi、qp—樁周第i層上的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值（kPa）；復(fù)合地基承載力特征值：

其中：β--樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時(shí)取大值。

3.2 公式使用條件分析

在上面式（1）、式（2）中，計(jì)算的單樁承載力是借用的CFG樁的單樁計(jì)算公式。仔細(xì)分析其中qsi、qp的取值來(lái)歷，發(fā)現(xiàn)其來(lái)自樁身混凝土與樁周地層的側(cè)阻力、樁端混凝土與樁端土層的端阻力，是有材料的屬性因素在控制取值。

明白了上述取值來(lái)由，筆者認(rèn)為本文討論的帶有布袋的布袋樁有其與CFG樁的結(jié)構(gòu)特殊性，這些差異造成了使用上述公式，需要考慮使用。

qsi作為樁側(cè)的摩阻力取值，環(huán)境條件發(fā)生本質(zhì)變化。在布袋樁的結(jié)構(gòu)中，樁側(cè)與土質(zhì)緊密接觸的是布袋，布袋內(nèi)側(cè)是布袋與漿體接觸，這樣側(cè)阻力的取值應(yīng)該是布袋材料與土層的摩阻力。

現(xiàn)所用布袋為高強(qiáng)度的土工織物，表面光滑，其與土層的摩阻力應(yīng)該較混凝土與土層的摩阻力要小。

qp的取值較CFG樁的取值也是偏大。CFG樁作為長(zhǎng)螺旋壓灌混凝土樁，其工藝要求鉆頭必須埋入灌注的混凝土中一定高度后才能上拔，目的是保證樁端的虛土清孔干凈，且完全發(fā)揮樁端土的阻力。而布袋樁樁底端肯定會(huì)存在一定厚度的沉渣，樁端土的擾動(dòng)也比CFG樁的要大得多。

對(duì)于樁間土承載力折減系數(shù)β的取值，建議布袋樁取低值使用。由于其施工工藝特點(diǎn)，鉆孔泥漿、成樁水泥漿多少會(huì)對(duì)樁間土的含水造成影響，降低其天然地基承載力。這時(shí)，取用CFG樁設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)折減系數(shù)也是偏于不安全的。

3.3 布袋樁承載力計(jì)算的建議

通過(guò)上述多方面的分析，在目前對(duì)該樁型的承載力研究不很深入的情況下，可以借用CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，但是建議進(jìn)行一定程度的折減。推薦式（3）和式（4）完善。

布袋樁單樁承載力特征值：

其中：qsi、qp如式1相同；

φ1、φ2-樁周第i層上的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值的折減系數(shù)。建議通過(guò)試樁綜合確定。

布袋樁復(fù)合地基承載力特征值：

其中：β1--布袋樁樁間土承載力折減系數(shù)，對(duì)布袋樁建議取0.75，也可以結(jié)合試樁結(jié)論選取。

上述推薦公式是筆者的建議公式，以指導(dǎo)大家以后不斷更加深入研究。

由于該樁型使用還不廣泛，成樁工藝、施工參數(shù)、機(jī)械等各方面還需要不斷改進(jìn)。建議以后的設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)對(duì)其承載力特性的研究，完善其沉降計(jì)算模式。

4 結(jié)論與建議

1）通過(guò)對(duì)臨近運(yùn)營(yíng)線的布袋樁的試樁和施工項(xiàng)目，考慮到該樁型具有滿足特試環(huán)境條件、樁型新穎、研究不夠深入等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)采取多配比試驗(yàn)和多因素分析的對(duì)比，獲得適合工程場(chǎng)地地層條件的施工參數(shù)，滿足了施工的要求；

2）通過(guò)該工程布袋樁的單樁和復(fù)合地基的承載力計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)借用CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算公式具有一定不安全性，指出了二者在計(jì)算中材料接觸條件的變化，建議在目前階段借用該設(shè)計(jì)公式需要考慮的折減項(xiàng)目，并提出折減后的計(jì)算公式；

3）考慮到該樁型運(yùn)用范圍還不廣泛，建議以后的設(shè)計(jì)人員和學(xué)者加強(qiáng)對(duì)其承載力特性的研究，同時(shí)完善其沉降計(jì)算模式。