鐵路施工中高壓旋噴樁技術的應用分析

胡干一

（中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶 400037）

0 引言

高壓旋噴樁技術又稱高壓旋噴樁法，是使用鉆孔機在土層中鉆孔至設計要求的深度，并將帶有特殊噴嘴的澆注管插入鉆孔的土層中，然后使用高壓泵將水泥漿噴出，水泥漿與土壤完全均勻混合后在周圍的地面形成均勻堅固的圓柱固結體。施工時可根據(jù)設計要求調(diào)節(jié)水灰比、提升速度和噴漿壓力等工藝性參數(shù)來獲得最好的成樁效果。高壓旋噴樁技術在臨近既有線路、建筑物等特殊地形條件的地區(qū)具有明顯優(yōu)勢。

1 高壓旋噴樁施工方法與質(zhì)量控制

1.1 工程簡介

本項目位于樂清市白石鎮(zhèn)既有樂清高鐵站附近，交通較便利。施工區(qū)域為沖海積平原，地勢平坦開闊，周邊多為農(nóng)田，局部為既有甬臺溫場坪填土。旋噴樁樁徑0.6 m，樁間距1.6～1.7 m，呈正方形布置，樁長22.5～28.5 m。

1.2 工藝流程

本標段擬采用單管旋噴法，該工藝多用于軟基處理加固中，圖1 為單管旋噴法工藝流程。

圖1 單管旋噴法工藝流程

1.3 施工方法

（1）準備工作?，F(xiàn)場施工人員根據(jù)放樣位置，用紅線將場地四周圈起來，然后用挖機在圈出的范圍進行場地平整和碎石攤鋪，并做好排水設施。

（2）測量定位。根據(jù)設計圖紙的里程及樁號，測量人員用全站儀或GPS 定位儀將樁位坐標放出，并用紅噴漆或竹簽標注好樁位，在四周布好控制樁。

（3）機具調(diào)整就位。樁機自身移動裝置配合挖機將機器移動至指定樁位。用吊錘和水平尺對樁機進行校準，使其水平度和垂直度均滿足設計要求。為保證平面位置準確無誤，通過線繩拉控制樁進行對中，保證樁中心和孔位中心重合，誤差不超過5 cm。對中完成后，再通過低壓注水試驗來檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

（4）鉆孔、插管。再次檢查鉆桿是否暢通，長度是否滿足要求，密封是否完好。后續(xù)每次接管時均需進行此操作。正式鉆進后，穿過上部淤泥層，借助噴射管本身的噴射或振動貫入。其過程為：啟動鉆機→低壓輸送水泥漿液→振動→射流成孔下沉→觀察工作電流。邊下管邊射水以防止泥砂堵塞噴嘴，壓力控制在0.5～1.0 MPa，至設計標高后停止鉆進[1]。

（5）配置水泥漿。隨著打樁機的移動開始混合水泥漿。高壓旋噴樁的灌漿應使用普通硅酸鹽水泥。水灰比一般為（0.8:1）～（1.5:1）。施工現(xiàn)場上部軟土為壤土，含水量高，而且屬性很差，根據(jù)當?shù)厥┕そ?jīng)驗，水灰比分別選為0.8:1、0.9:1 和1:1。攪拌水泥漿時，往桶內(nèi)加水，并做好刻度標記，根據(jù)水灰比加入對應量水泥，水泥用電子秤準確稱量，邊加入邊攪拌，攪拌時間15 min 為最佳。通過篩網(wǎng)（孔徑0.8 mm）過濾將水泥漿灌入泥漿池，再通過第二個篩網(wǎng)（孔徑0.8 mm）進行二次過濾。要保證泥漿池內(nèi)不間斷攪拌，試樁施工時有足夠水泥漿。

（6）噴射注漿。施工前應檢查各設備和管路是否合格，并做高壓水射水試驗，合格后方可噴射漿液。旋噴作業(yè)按預設工藝參數(shù)進行，并安排專人記錄樁號、旋噴起止時間、水泥漿用量、冒漿情況、施工樁長等。噴漿管下降到設計標高后，停鉆旋轉(zhuǎn)，高壓泥漿泵壓力增加到參數(shù)設定值，噴漿半分鐘，邊旋轉(zhuǎn)邊噴漿，確保水泥漿與土體充分攪拌。如遇故障時，應立即檢查排除故障，重新噴射注漿應與前段搭接不小于1 m，防止樁體脫節(jié)。為提高樁的承載力和處理質(zhì)量，在樁底部1 m 及樁頂3 m 范圍內(nèi)將提升速度控制在18 cm/min，并在旋噴至樁頂以下1.0 m 時旋噴5~10 s 后，再向上旋噴直至樁頂停漿面[2]。噴漿施工完成后，會因不同程度的收縮出現(xiàn)凹穴，要用水泥漿進行補灌，保證樁頭部分的完整性。

（7）樁頭部分處理。當旋噴至樁頂3.0 m 時應慢速提升，提升至樁頂0.5 m 時可適當減少漿壓，確保樁頭完整和施工安全。

（8）器具清理及移位。施工完成后，應及時用清水沖洗管路，防止堵管。檢查管路長度是否滿足要求后將樁機勻速移動至下一根樁的位置，重復上述流程，進行下一根樁基的施工。

1.4 控制要點

（1）鉆桿旋轉(zhuǎn)和提升過程必須連續(xù)，拆卸、接長鉆桿或繼續(xù)旋噴時要保證有10～20 cm 的搭接長度，避免出現(xiàn)斷樁。

（2）水泥漿每次攪拌使用時間應控制在2 h 以內(nèi)；施工時需進行跳樁施工，相鄰兩樁施工間隔時間應不小于48 h。

（3）噴射注漿過程中，應先達到預定的噴射壓力、噴漿量后方可提升注漿管。冒漿量小于注漿量的20%為正常現(xiàn)象，若超過20%或完全不冒漿時，應查明原因并在解決問題后方可施工。

2 工藝性參數(shù)的確定

2.1 工藝性參數(shù)的取值范圍

根據(jù)試驗指南及規(guī)范要求，旋噴樁施工的各項主要參數(shù)為：水灰比?。?.8:1）～（1.5:1），高壓水泥漿壓力應大于20 MPa；提升速度15～25 cm/min。本項目的試驗樁主要工藝參數(shù)取值如下。

2.1.1 水灰比

本工點軟土上部10 m 多為淤泥，含水量大，屬性極差。本次高壓旋噴樁試樁分別選取水灰比0.8:1、0.9:1 和1:1 三大類進行相關試驗工作。

2.1.2 提升速度

考慮地層上部10 m 軟土為淤泥，下部軟土為淤泥質(zhì)黏土，對不同地質(zhì)采取不同的提升速度，本次試驗上部分別取 20 cm/min、22 cm/min 和 24 cm/min，下部分別取 22 cm/min、24 cm/min 和 25 cm/min[3]。

2.1.3 漿壓

本次試驗對應不同的提升速度，分別取20 MPa、21 MPa 和 22 MPa 共 3 組漿壓。

本次試驗樁按水灰比、提升速度共進行了27 根高壓旋噴樁試驗。具體的試驗樁技術參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗樁技術參數(shù)

設計水泥漿液的水灰比采用1:1，默認每米水泥用量為218 kg。從表1 可知，第8 小組試驗樁的參數(shù)與設計采用參數(shù)近似。

2.2 工藝性試驗結果

2.2.1 樁頭開挖檢測

對27 根試驗樁樁頭進行開挖檢測，本次試驗樁樁頭直徑均在0.6～0.7 m 內(nèi)，設計樁徑為0.6 m，所有試驗樁樁頭直徑均超過設計樁頭直徑，滿足設計要求。

2.2.2 取芯檢測

對試驗樁進行取芯，每組分別在上部1～10 m、中部 10～23 m、下部 23～28 m 取出代表性芯樣，進行28 d 無側限抗壓強度試驗。試驗結果如下：第1 小組平均水泥用量270 kg/m，無側限抗壓強度2.41 MPa；第2 小組平均水泥用量252 kg/m，無側限抗壓強度2.14 MPa；第4 小組平均水泥用量253 kg/m，無側限抗壓強度2.12 MPa；剩余小組均不合格。

2.2.3 單樁靜載試驗

對取芯明顯不合格的試驗樁放棄靜載試驗，本次只對第1 小組、第2 小組和第4 小組共9 根試驗樁進行單樁豎向抗壓靜載載荷試驗，試驗結果如表2所示。

表2 單樁承載力試驗結果

2.3 工藝性最終參數(shù)的確定

綜合取芯檢測的28 d 無側限抗壓強度和單樁承載力試驗成果，各試驗樁綜合判定如表3 所示。

表3 試驗樁綜合判定

根據(jù)表3：采用第1 小組、第2 小組和第3 小組的工藝參數(shù)的試驗樁均能保證樁體質(zhì)量合格，滿足設計要求。第8 小組參數(shù)與設計采用參數(shù)近似，但第8 小組試驗樁明顯不合格，不滿足設計相關要求。

經(jīng)3 組合格樁對比，第1 小組成樁效果最好，強度較高，但是水泥用量較大，不經(jīng)濟；第2 小組和第4 小組成樁效果均良好，水泥用量和28 d 無側限抗壓強度都基本相同，但第2 小組在相同水泥用量情況下，施工成樁質(zhì)量更好控制，施工也更快捷。

綜合分析后采用第2 小組高壓旋噴樁工藝參數(shù)，主要工藝參數(shù)如下。

水泥漿液水灰比采用0.8:1，上部10 m 每米進漿量311 L 以上、提升速度不得大于22 cm/min、泥漿泵壓力控制在21 MPa 以上，平均每米水泥用量276.5 kg；10 m 以下每米進漿量269 L 以上、提升速度不得大于24 cm/min、泥漿泵壓力控制在21 MPa 以上，平均每米水泥用量239 kg。全孔深平均每米水泥用量252 kg。

3 結語

總之，高壓旋噴樁在鐵路路基加固中的應用是一個系統(tǒng)工程。對于不同地區(qū)、不同地質(zhì)的工程，高壓旋噴樁的各項參數(shù)也會變化，施工前應做好工藝性試驗，以確定最優(yōu)的試驗參數(shù)來達到最好的成樁效果，這樣才能有效減少路基沉降，保證路基穩(wěn)定性和鐵路的運行安全。結合鐵路工程的實際建設，高壓旋噴樁具有占地面積少、施工靈活、工期短的優(yōu)勢，但也有投入大、易污染等缺點，所以最佳工藝性參數(shù)對經(jīng)濟、安全尤為重要，可在相關項目中擇優(yōu)使用，效果顯著。