高壓旋噴樁在中老鐵路磨萬段軟基處理中的應(yīng)用

楊 小 軍， 李 杰， 楊 璐 銘， 王 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

近年來，我國的公路鐵路工程規(guī)模不斷增加，建設(shè)等級不斷提高，但工程建成后營運階段軟基不均勻沉降問題愈發(fā)突出，由此可見，在設(shè)計與施工階段對軟基進行處理就顯得尤為重要。高壓旋噴樁施工技術(shù)自20世紀(jì)70年代末傳入我國至今已得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者對高壓旋噴進行的大量理論研究結(jié)果表明其在軟基處理方面具有很好的效果，處理后沉降量可以得到準(zhǔn)確的計算[1～3]；石建磊[4]、呂若冰[5]等針對高壓旋噴樁在既有鐵路、高速公路中軟基沉降加固治理中的應(yīng)用研究結(jié)果表明：高壓旋噴樁能夠很好地控制軟基不均勻沉降，改善道路通行質(zhì)量和運營安全。結(jié)合中老鐵路磨萬段路基工程軟基處理實例，從適用范圍、工藝特點以及施工工藝等方面對高壓旋噴樁的施工進行了詳細(xì)分析與闡述，以期進一步提高鐵路路基工程軟基處理施工技術(shù)水平。

中老鐵路路基D1K267+170～D1K267+230段長60 m。原設(shè)計方案為采用深層水泥攪拌樁加固處理，樁徑50 cm，正三角形布置，樁間距1.2 m，樁長4.5～8.5 m，工程量約為5 000 m，樁底穿透軟土層進入持力層0.5 m，加固寬度為路堤坡腳外1.67 m，加固后復(fù)合地基承載力不小于150 kN，單樁承載力不小于105 kN。但因該區(qū)段上部存在無法改遷的高壓輸電線，且現(xiàn)場無現(xiàn)有深層水泥攪拌樁機，項目部據(jù)實提出變更申請并經(jīng)五方會審決定在保證施工安全、質(zhì)量的前提下，變更設(shè)計方案為采用高壓旋噴樁進行基底加固，樁徑100 cm，樁間距1 m，工程量約為3 000 m。

2 高壓旋噴樁施工工藝

高壓旋噴注漿技術(shù)常用于深基坑側(cè)壁擋土、基坑底部加固、壩體加固及防水帷幕、邊坡土體加固以及地基處理，適用地層為淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等[6]，是一種有效的軟基處理方法。高壓旋噴樁施工技術(shù)具有節(jié)約材料、降低工程造價、施工質(zhì)量易控、施工速度快、施工效果好、工期短等特點，其加固改良土體的方法包括單管法、雙重管法、三重管法、RJP工法、SSS-MAN工法、MJS工法等[7]。該工程采用三重管法進行高壓旋噴樁施工。高壓旋噴樁施工工藝流程見圖1。

圖1 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

2.1 工藝試驗與技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)試樁方案，在擬定工點選取6根樁進行工藝試驗以驗證試樁方案的可行性，檢驗施工設(shè)備的性能并確定相關(guān)的技術(shù)參數(shù)(最佳水灰比、工作壓力、旋轉(zhuǎn)速度、提升速度等)。通過對試樁效果進行對比分析，確定出該項目高壓旋噴樁最優(yōu)的施工技術(shù)參數(shù)：水灰比為1∶1、旋噴壓力為38 MPa、旋轉(zhuǎn)速度為16～20 r/min、提鉆速度為0.2 m/min、注漿量為90 L/min。

2.2 鉆機就位

鉆機布置時將鉆頭先對準(zhǔn)孔位，然后調(diào)平鉆機，鉆孔位置與設(shè)計孔位的偏差不大于50 mm，鉆桿軸線應(yīng)垂直對準(zhǔn)鉆孔中心，垂直偏差不大于1%。

2.3 鉆孔

鉆孔的目的是為了將噴射管下到預(yù)設(shè)深度，終孔時樁端穿透軟土層進入持力層0.5 m。鉆孔結(jié)束后，對造孔質(zhì)量進行檢查，待其合格后方可進行下道工序。

2.4 下注漿管

成孔后，將鉆桿拔出，換上注漿管即可下設(shè)注漿管到設(shè)計深度。下管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可以在下管前將風(fēng)、水噴嘴用薄塑料膜包扎好；也可邊射水，邊下管。

2.5 噴射注漿

該工程選用GYP-50步履式高噴臺車進行“三管法”高壓旋噴施工。注漿管下設(shè)到設(shè)計深度后，即可自下而上進行旋轉(zhuǎn)提升噴射注漿作業(yè)。施工過程中，拆管后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)噴射時應(yīng)保證不小于20 cm的搭接高度以防斷樁。為使固結(jié)體上下尺寸基本一致，可以采取在下部提高噴射壓力、泵量或降低旋轉(zhuǎn)與提升速度的方式。鑒于樁體上部是承受荷載的關(guān)鍵，因此，必須加強樁頂質(zhì)量，增加其密實度。旋噴結(jié)束時，應(yīng)保證停噴位置超出設(shè)計樁頂0.5 m以確保樁頂強度滿足設(shè)計要求。為保證相鄰樁的施工質(zhì)量，可以采取跳樁法進行噴射注漿施工。

2.6 回灌注漿

噴射注漿完成后，為避免漿液析水、固結(jié)體收縮造成地基與上部基礎(chǔ)結(jié)合不緊密、脫空現(xiàn)象，可回灌經(jīng)處理后的冒漿或用高濃度漿液補灌。

2.7 廢漿的處理

必需對旋噴過程中產(chǎn)生的廢棄漿液進行妥善處理。對該工程產(chǎn)生的廢棄漿液中的一部分經(jīng)處理合格后重新進入注漿系統(tǒng)用于旋噴注漿和樁頂回灌，降低了工程成本；將另一部分廢棄漿液導(dǎo)入在相鄰樁間開挖的、具有一定深度的溝槽，待其凝固后形成具有一定強度的樁間橫系梁，以增強各樁間的共同作用。結(jié)果證明：以上措施取得了良好的施工效果，大幅度提高了復(fù)合地基的承載力和整體性。

3 特殊情況的處理

3.1 不冒漿或間斷冒漿

若因土質(zhì)過于松軟造成的不冒漿或間斷冒漿可進行適當(dāng)?shù)膹?fù)噴處理[8]；若附近有通道、空洞，則采取不提升注漿管靜噴、加濃漿液直至冒漿位置，處理無效果時則可緩慢提升50 cm后靜噴1～3 min后再下沉復(fù)噴或拔出注漿管待漿液凝固后重新下鉆至原深度進行復(fù)噴。

3.2 大量冒漿與壓力下降

若發(fā)生大量冒漿并伴隨壓力下降的現(xiàn)象，可能的原因是噴射管被擊穿，此時，應(yīng)上提噴射管進行檢查后方可重新下管噴漿。

3.3 壓力驟然上升

發(fā)生壓力驟然上升的原因可能是管路堵塞，對此可采取以下措施進行處理：(1)在各管路系統(tǒng)的進口設(shè)置濾網(wǎng)并定期清理；(2)下注漿管時采取有效的措施防止風(fēng)、水噴嘴堵塞；遵守設(shè)備開機啟動順序，防止風(fēng)、水通道在壓力較低的情況下被泵送的水泥漿液侵入而造成堵塞；(3)噴射注漿完成后，應(yīng)及時清洗管路系統(tǒng)。

3.4 流量不變而壓力突然下降

流量不變而壓力突然下降的原因可能是存在泄露，對此可以采取以下措施進行處理：(1)檢查吸水管道是否暢通，是否漏氣，以防吸入空氣；(2)檢查安全閥、高壓管路是否正常，消除泄露的隱患；(3)檢查噴嘴是否符合要求，更換磨損過大的噴嘴。

4 施工質(zhì)量檢驗

為確保軟基處理質(zhì)量，必須依據(jù)設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范要求對高壓旋噴樁樁身的完整性、樁身質(zhì)量及單樁豎向承載力進行檢測[9]。

采用低應(yīng)變法對6根試驗樁進行樁身完整性檢驗，檢驗結(jié)果均為Ⅰ類樁，檢測合格。

對于樁身質(zhì)量，采用鉆芯法和無側(cè)限抗壓強度試驗進行檢測。對3根齡期大于28 d的試驗樁進行鉆進取芯，結(jié)果顯示：樁長均大于設(shè)計樁長，樁身完整；每根樁分3段各選取3個芯樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，其結(jié)果均滿足設(shè)計要求。

單樁豎向承載力采用平板載荷試驗法進行檢測，3根試驗樁的單樁豎向抗壓承載力、沉降數(shù)值等均滿足設(shè)計要求，加固改良效果明顯。

將以上試樁工藝取得的參數(shù)作為后期大面積施工的依據(jù)之一。D1K267+170～D1K267+230段路基施工完成后，經(jīng)檢驗，該段路基高壓旋噴樁樁身完整性、樁身質(zhì)量、單樁豎向承載力以及復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計與規(guī)范要求。

5 經(jīng)濟和社會效益

高壓旋噴樁在該工程軟基處理中的成功運用，提高了地基承載力，解決了路基的沉降問題，保障了工程質(zhì)量及運營安全。工程應(yīng)用和實踐證明其取得了以下幾方面效益。

5.1 工期效益

經(jīng)設(shè)計變更后采用高壓旋噴樁施工，從區(qū)域其他工程項目進場設(shè)備耗時7 d，實際施工日均完成100 m， 30 d完工，施工總時長為37 d。而采用深層水泥攪拌樁施工需從國內(nèi)進場設(shè)備，耗時約15 d，參考其他標(biāo)段類似工程日完成量按100 m算需50 d完工，施工總時長為65 d。由此可知：采用高壓旋噴樁施工相比深層水泥攪拌樁施工節(jié)約工期28 d。

5.2 經(jīng)濟效益

(1)采用高壓旋噴樁施工，1套現(xiàn)有設(shè)備的進出場運輸費共6 000元；施工人員進出場費為5 000元；施工工期按1.5個月計算，施工人員工資2人(中國工)×1.5月×10 000元(月工資)+3人(越南工)×1.5月×5 000元(月工資)=52 500元；設(shè)備租賃費為1.5月×6 000元/月=9 000元。即采用高壓旋噴樁施工除材料費、電費等外發(fā)生的成本為6 000+5 000+52 500+9 000=72 500(元)。

(2)采用水泥攪拌樁施工需從國內(nèi)運輸進場一套深層攪拌樁機設(shè)備，設(shè)備進出場運輸費共100 000元；施工人員進出場費為30 000元；施工工期按2.5個月計算，施工人員工資5人×2.5月×10 000元(月工資)=12 5000元；設(shè)備租賃費1套×2.5個月×30 000元/月=75 000元；假設(shè)兩種施工設(shè)備總功率均為120 kW，每天工作8 h，電費單價實際為0.9元/kW·h，則水泥攪拌樁施工多增加電費約24 200元；水泥攪拌樁施工多增加上下班接送車輛租賃費為10 000元。即采用水泥攪拌樁施工除材料費外初步發(fā)生成本為100 000+30 000+125 000+75 000+24 200+10 000=364 200(元)。

綜上所述，采用高壓旋噴樁施工節(jié)約工期28 d，在不計算材料消耗的前提下可初步節(jié)約施工成本291 700元。該工程相比原設(shè)計方案深層水泥攪拌樁施工，采用高壓旋噴樁施工能夠保證相同的施工質(zhì)量并可降低施工成本。

6 結(jié) 語

闡述了針對鐵路路基工程軟基采取高壓旋噴樁進行改良加固處理的過程，實施效果表明：經(jīng)過改良加固處理的鐵路路基軟土基礎(chǔ)的承載力大幅度提升，滿足設(shè)計要求；同時證明高壓旋噴樁施工技術(shù)具有加固質(zhì)量均勻、擠密效果好、對環(huán)境污染小、施工速度快、節(jié)約工期、工程造價低等優(yōu)勢。