鐵路工程施工中軟土地基處理施工工藝

李海洋

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，哈爾濱 131100）

1 工程概況

在長春—白城鐵路擴(kuò)建工程中，松東公路橋采用簡支變連續(xù)小箱梁，位于鐵路直線段?？v斷面坡度為3.40%、-3.50%，全長100.84 m，橋梁中心線與鐵路中心線融為一體；橋跨布置為4-25 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支變連續(xù)小箱梁；橋梁基礎(chǔ)位于粉土與粉土相互作用層，因該土層荷載薄弱，所以需加固兩側(cè)引橋基礎(chǔ)，為保證所在地基具有足夠承載力，決定采取軟土地基加固施工工藝，即使用旋噴樁。

2 旋噴樁工作原理

旋噴樁是利用鉆機(jī)將注漿管噴嘴和噴頭鉆置于樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，將預(yù)先配制好的漿液通過高壓發(fā)生裝置使液流獲得巨大能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體。噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌希谕林行纬梢欢ㄖ睆降闹鶢罟探Y(jié)體，從而使地基得到加固。施工中一般分為3 個(gè)工作流程，即先鉆后噴，再下鉆噴射，然后提升攪拌，保證每米樁漿土比例和質(zhì)量。

1）預(yù)先設(shè)置好20～40 MPa 壓力的漿液或水后，再利用高壓發(fā)生裝置從注漿管噴嘴邊緣高速射流剪割的方式來破壞土層。

2）當(dāng)土體氣壓大、運(yùn)行速度快且呈脈動狀的射流時(shí)，動壓會比土體抗剪強(qiáng)度大，而土壤顆粒會從土層中釋放出來，一部分細(xì)顆粒隨漿液或水排出地面，其余土壤顆粒會在射流沖擊力、離心力和重力等作用下與漿液混合，并按一定比例將漿液和土體根據(jù)質(zhì)量大小定期重排，當(dāng)漿液凝固后會在土體中形成固結(jié)體。

3）經(jīng)鉆桿旋轉(zhuǎn)升降，漿液會與土壤充分?jǐn)嚢杌旌?，從而最終達(dá)到加固軟弱地基的目的。

3 旋噴樁施工方法

旋噴樁施工流程為：場地平整→測量放線(樁位放樣、標(biāo)高測量)→第1 根樁鉆機(jī)就位(對中垂直)→旋轉(zhuǎn)下沉成孔（清水?dāng)U孔）→引孔（擴(kuò)孔）到設(shè)計(jì)標(biāo)高→封堵垂向噴嘴→攪漿→高壓噴漿成樁（水泥復(fù)驗(yàn)、注入水泥漿、噴漿提升）→重復(fù)旋轉(zhuǎn)下沉（自樁頂向下注入水泥漿）→復(fù)噴提升（噴漿提升）→由下向上旋噴作業(yè)到設(shè)計(jì)頂面標(biāo)高→沖洗→成樁移架。

施工前，要先做2～3 根試驗(yàn)樁，以清楚旋噴樁施工工藝和施工效果，并確定對應(yīng)施工參數(shù)。施工時(shí)，要遵循先施工內(nèi)樁，后施工外樁的順序。為了保證樁與樁之間能夠更好地搭接，可采用打“一跳一”方式，間隔需控制在36 h 以上。

3.1 確定孔位置后，放置鉆頭

按照設(shè)計(jì)開始打孔，偏差要求≤2 cm，用木樁固定，并在旋噴樁高噴流注入軸線的旋轉(zhuǎn)位置安裝固定樁，同時(shí)，要在軸線50～100 cm 以內(nèi)安裝控制樁。鉆頭按照設(shè)計(jì)好的鉆孔固定，且需處于垂直狀態(tài)。該步驟中，旋噴樁噴嘴的允許傾斜度不能超過1.5%。旋噴樁布置如圖1 所示。

圖1 旋噴樁布置（單位：cm）

3.2 鉆孔

移動鉆頭到鉆孔位置后，對準(zhǔn)鉆孔位置并利用水平尺來控制旋噴樁，立軸保持縱向垂直；同時(shí)，固定機(jī)架，且鉆頭垂直度需符合設(shè)計(jì)要求，帶測試成功后再鉆孔。若施工中設(shè)備出現(xiàn)傾斜狀況，應(yīng)及時(shí)停止鉆孔施工進(jìn)行調(diào)整，將鉆機(jī)找平后開始鉆孔。

通常情況下，鉆孔施工使用的都是孔徑為600 mm 的合金鉆頭。在施工過程中若出現(xiàn)故障，需查明異常原因并采取解決方案。另外，要做好施工日志，以詳細(xì)記錄地層變化、粒度、硬度等信息。

鉆孔完成后，經(jīng)質(zhì)檢員檢驗(yàn)通過后，方可進(jìn)行下一步驟施工。

3.3 噴射管下管

將噴射臺移動到已完成的鉆孔處，先在地面上做好氣漿試噴工作，并檢查所有技術(shù)參數(shù)，當(dāng)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作均滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，將噴射管下管至設(shè)計(jì)深度，待技術(shù)人員確定合格后方可開始進(jìn)行高壓旋噴注漿施工[1]。

噴射施工中，如果出現(xiàn)壓力過大、噴嘴堵塞等故障，應(yīng)將旋噴樁移到地面上，待排除故障且一切正常后，再開始施工操作。

3.4 噴涂材料

選用強(qiáng)度等級為32.5 的普通硅酸鹽水泥配制：并注意以下事項(xiàng)：（1）選用合格水泥，無填充物，利用0.08 mm 方孔篩，保證篩余量值≤5%；（2）使用水泥必須有廠家提供的產(chǎn)品合格證，且經(jīng)相關(guān)部門查驗(yàn)達(dá)標(biāo)后方可投入使用；（3）造漿水要保證無污染、無混合物，同時(shí)滿足GB/T 10171—2016《建筑施工機(jī)械與設(shè)備 混凝土攪拌站（樓）》的規(guī)定。

3.5 拌制漿液

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可開始拌制漿液：（1）嚴(yán)格控制各材料的配合比，對各孔進(jìn)行高壓灌漿后要測算孔內(nèi)材料使用量；（2）采用高速攪拌機(jī)攪拌漿液；（3）漿液要拌制勻稱，每次攪拌后的使用時(shí)間應(yīng)＜4 h。

3.6 提高洞口噴射漿液高度

當(dāng)注入管到達(dá)設(shè)計(jì)高度時(shí)，可開始注入滿足要求的漿液和氣體。當(dāng)漿液從洞口出來后，其會按照設(shè)計(jì)的上升方式和速度從下往上升，最終達(dá)到設(shè)計(jì)噴射標(biāo)高。在這一過程中，技術(shù)人員需要做到以下2 點(diǎn):

1）做好漿液初凝時(shí)間、漿液流量、風(fēng)量、荷載、轉(zhuǎn)動提升速度等參數(shù)的記錄工作，并登記于施工日志中，同時(shí)繪制操作過程曲線圖。

2）在噴射操作過程中，必須經(jīng)常檢查旋噴樁各階段的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，按照實(shí)際情況采取應(yīng)對手段：（1）連接、取下和更換軟管時(shí)要迅速，避免塌孔與堵塞；（2）若發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)暫停操作，并按照實(shí)際情況來處理；（3）設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，為避免長時(shí)間停工，要盡快恢復(fù)灌注漿液；（4）如果停工1 h 以上，要及時(shí)采取補(bǔ)救措施；（5）再次恢復(fù)噴射時(shí)，為了確保操作效果的連續(xù)性，需增加0.3 m 的注入管。

3.7 回灌

噴射施工結(jié)束后，為保證漿面不再下沉，立即在噴射孔進(jìn)行靜壓填充注漿，使樁頂高度參數(shù)達(dá)到項(xiàng)目規(guī)定值。

通常情況下，采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填的回灌漿液方式完成漿液回灌施工[2]。

3.8 記錄

正確記錄鉆孔和高壓噴射灌漿各個(gè)工序，并采用標(biāo)準(zhǔn)表格記錄施工日志。

3.9 洗凈

噴射相關(guān)工序結(jié)束后，要將旋噴樁機(jī)清洗干凈，確保不殘留水或漿液。另外，要全部移除泥漿泵、注漿管和軟管設(shè)備內(nèi)的漿液。

4 旋噴樁施工注意事項(xiàng)

4.1 使用旋噴樁的操作要點(diǎn)

1）施工時(shí)，嚴(yán)格按照旋噴樁設(shè)計(jì)直徑、長度、水泥含量、注入管類型、注入方法和施工數(shù)據(jù)進(jìn)行。

2）注漿施工前檢驗(yàn)高壓設(shè)備和管道系統(tǒng)是否正常，并保證設(shè)備壓力值和排放量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3）使用高壓泵時(shí)要設(shè)定安全閥來保證安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

4）定期檢查閥門、活塞缸蓋等部件，若出現(xiàn)損壞需及時(shí)更新；同時(shí)，還要檢驗(yàn)活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)是否滿足要求，從而排除旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)打滑的隱患。

5）查驗(yàn)高壓管路，消除泄漏和堵塞現(xiàn)象，并確保灌漿管和噴嘴中不能有雜物。另外，灌漿管接頭的密封環(huán)要保持完整，而過度磨損的噴嘴需立即更新，以避免出現(xiàn)故障。

4.2 避免噴頭和管道堵塞的方法

1）在高壓泵、注漿泵、吸水管入口和水漿罐設(shè)置過濾網(wǎng)，并保持清潔干凈。

2）定期維修保養(yǎng)注漿泵，以防止?jié){液在管道中出現(xiàn)沉淀。

3）在設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，若泥漿供給已超過需求且短時(shí)間內(nèi)（小于或等于漿液初凝時(shí)間）不能繼續(xù)施工操作時(shí)，或已完成注漿施工時(shí)，需把注漿管升高或直接提出，并利用注漿泵將設(shè)備內(nèi)殘留的漿液排出管道后，才能關(guān)閉旋噴樁設(shè)備。

4）噴射注漿時(shí)要拆除注漿管，并同步停止升降、旋轉(zhuǎn)和注漿操作，當(dāng)風(fēng)量和水量逐步降低至符合規(guī)定參數(shù)后，再終止設(shè)備運(yùn)行[3]。

5）迅速拆卸注漿泵，以免堵塞管道和噴嘴。

6）保證水泥種類與用量均能滿足設(shè)計(jì)要求，不可使用潮濕或過期水泥。同時(shí)，按設(shè)計(jì)規(guī)定來設(shè)計(jì)泥漿比與水灰比，并按設(shè)計(jì)規(guī)定施工。

7）噴射過程要防止水泥漿下沉，并及時(shí)清淤。

4.3 高壓噴射漿液施工的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

1）鉆頭旋轉(zhuǎn)速度控制在10～20 r/min 內(nèi)；鉆頭提高速度一般在100～250 mm/min。

2）旋噴樁到達(dá)指定位置后，必須要鋪平，并在高壓噴射泥漿過程中確保設(shè)備不出現(xiàn)傾斜或停止。同時(shí)，機(jī)架和鉆孔的垂直度偏差要控制在1.5°內(nèi)。

3）用來加固的水泥必須采用32.5 以上強(qiáng)度等級的普通硅酸鹽水泥，最小水泥量應(yīng)＞130 kg/m。

4）為旋噴樁樁頂設(shè)計(jì)厚600 mm 的砂礫墊塊，級配良好，且不帶任何植物殘?jiān)?、垃圾等雜質(zhì)。另外，砂礫墊塊需使用最大粒徑為30 mm 的砂礫。

5）旋轉(zhuǎn)樁樁徑通常為400～1 000 mm，最好采用等邊三角形布置。

6）調(diào)制泥漿不能出現(xiàn)離析情況，當(dāng)靜置超過2 h 時(shí)，禁止使用。

5 結(jié)語

鐵路作為人們經(jīng)常性使用的出行方式，其施工過程中對于軟土地基的處理在很大程度上可有效保證鐵路工程的施工質(zhì)量。在實(shí)際操作過程中，要根據(jù)工程實(shí)際情況來分析具體軟土地基的類型和成因等情況，采取相應(yīng)的解決措施，從而進(jìn)一步保障鐵路建設(shè)施工項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。