旋噴樁在鐵路涵洞基底處理中的設(shè)計(jì)與施工

姜玄照

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

旋噴樁屬于高壓噴射注漿法的一種，利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計(jì)高程，將預(yù)先配制好的漿液通過(guò)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(lái)，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體。噴射過(guò)程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌?，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體，從而使地基達(dá)到加固，對(duì)處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果。

由于旋噴樁處理后的地基基底承載力較高，基礎(chǔ)整體性好，沉降小，目前在高速鐵路的涵洞基底處理中大量應(yīng)用。不過(guò)，目前鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范尚未對(duì)旋噴樁的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，只對(duì)旋噴樁的施工編制了相應(yīng)的施工技術(shù)指南。鐵路涵洞的基底采用旋噴樁處理進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般都是參照建筑地基處理相關(guān)規(guī)范的理論公式進(jìn)行計(jì)算。下面結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)闡述旋噴樁在鐵路涵洞基底處理中的設(shè)計(jì)與施工方法。

新建鐵路大理至麗江鐵路位于云南省西北部的麗江市，DK155+789涵洞根據(jù)地質(zhì)鉆探顯示，基底為松軟土及黏土。松軟土層厚0～8 m，基本承載力為40～90 kPa，黏土層厚6～30 m，基本承載力為120～200 kPa。涵洞設(shè)計(jì)孔徑為1～3.0 m蓋板箱涵，要求地基承載力不小于150 kPa，采用旋噴樁對(duì)基底進(jìn)行加固。

1 旋噴樁的設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)算公式

旋噴樁處理后的地基屬于復(fù)合地基，樁和土共同受力，應(yīng)結(jié)合工程情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)再確定地基加固后的強(qiáng)度。一般是先通過(guò)式(1)和式(2)計(jì)算得出單樁豎向承載力特征值，取其小值，再通過(guò)式(3)計(jì)算得出復(fù)合地基的承載力特征值。

式中:η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，一般取0.33;fcu為混凝土抗壓強(qiáng)度平均值(kPa);Ap為單樁樁身面積;up為單樁周長(zhǎng);qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值;li為樁周第i層土的厚度;qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值;m為面積置換率;β為樁間土承載力折減系數(shù);fsk為處理后樁間土承載力特征值，一般按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，可取天然地基承載力特征值。

1.2 旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)

本工點(diǎn)設(shè)計(jì)樁徑D=0.6 m;樁面積Ap=3.14×0.3×0.3=0.2826 m2;樁周長(zhǎng)Up=3.14×0.6=1.88 m;設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)10 m;旋噴樁行列式布置，縱橫向間距均為1.2 m;面積置換率m=(3.14×0.3×0.3)/(1.2×1.2)=0.196;旋噴樁樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu=3.0 MPa。土的側(cè)阻力特征值松軟土層取8 kPa，粘土層取12 kPa。

1.3 旋噴樁設(shè)計(jì)計(jì)算

1.3.1 單樁豎向承載力特征值Ra計(jì)算

(1)按樁體強(qiáng)度計(jì)算:Ra=η fcuAp=211.95 kN

兩者比較，取小值Ra=199.35 kPa。

1.3.2 旋噴樁復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算

fspk=mRa/Ap+β(1－m)fsk=157.6 kPa＞150 kPa

從上述計(jì)算可看出，旋噴樁的單樁豎向承載力特征值對(duì)復(fù)合地基承載力特征值影響很大。按樁體強(qiáng)度計(jì)算，Ra是個(gè)固定值;按摩擦樁計(jì)算，Ra和樁長(zhǎng)成線性變化，在一定樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，增加樁長(zhǎng)能提高復(fù)合地基承載力特征值。

2 旋噴樁的施工

2.1 漿液要求

漿液需具有足夠的穩(wěn)定性，漿液中含氣少，能調(diào)整漿液的膠凝時(shí)間，有良好的力學(xué)性能。同時(shí)漿液需要適中的稠度，具有良好的可噴性。稠度過(guò)大時(shí)，流動(dòng)緩慢，噴管容易堵塞;稠度過(guò)小時(shí)，對(duì)強(qiáng)度有不良影響。漿液宜在旋噴前1 h以內(nèi)配制，使用時(shí)濾去硬塊，以免堵塞管路和噴嘴。本工點(diǎn)采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1至1∶1.5，水泥用量為150～200 kg/m。

2.2 施工流程

高壓旋噴樁的施工工藝流程是:平整場(chǎng)地→鉆機(jī)就位→鉆機(jī)成孔→提升噴射→結(jié)束成樁。

(1)平整場(chǎng)地:原地面清理、整平， 修筑水泥、石膏存放料平臺(tái)，并用小型壓路機(jī)碾壓密實(shí)，施工時(shí)做出橫坡，以利排水。

(2)鉆機(jī)就位:將使用的鉆機(jī)安置在設(shè)計(jì)的孔位上，鉆機(jī)就位后作水平校正，使鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心，保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度。

(3)鉆機(jī)成孔:采用單管樁機(jī)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中，注意觀察鉆機(jī)的工作情況，鉆孔垂直度控制在1%之內(nèi)。

(4)噴射提升:噴射管下到設(shè)計(jì)深度，開始送入符合要求的水泥漿，待漿液冒出孔口后，按20 r/min的提升速度、15 r/min的旋轉(zhuǎn)速度，自下而上開始噴射、旋轉(zhuǎn)、提升，直到設(shè)計(jì)的終噴高度。

(5)結(jié)束成樁:高壓噴射注漿完畢，迅速拔出噴射管，采用速凝漿液防止樁基與土層間出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。噴射結(jié)束后及時(shí)將管路沖洗干凈，以防堵塞。

2.3 施工注意事項(xiàng)

(1)嚴(yán)格配合比拌制水泥漿液，漿液攪拌均勻，加篩過(guò)濾，隨拌隨用。拌制好的水泥漿液超過(guò)2 h不能使用。

(2)噴漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量必須滿足設(shè)計(jì)要求。注漿管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜物，注漿管接頭的密封圈必須良好。旋噴開始后必須時(shí)刻注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋噴提升速度等參數(shù)是否符合要求，并隨時(shí)做好記錄。鉆桿應(yīng)均勻旋轉(zhuǎn)、提升，確保樁體連續(xù)、均勻。注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)度不小于10 cm。確保樁長(zhǎng)符合設(shè)計(jì)要求。

(3)噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50 m，鉆孔的位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于5 cm。實(shí)際孔位、孔深和每個(gè)鉆孔內(nèi)的地下障礙物、洞穴、涌水及漏水等情況均應(yīng)詳細(xì)記錄。

(4)施工過(guò)程中隨時(shí)檢查施工記錄和計(jì)量記錄，隨時(shí)注意對(duì)壓力和流量的控制，保證樁徑。

［1］JGJ 79－2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］

［2］TZ 203－2008客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］

［3］劉宇鋒.從軟土地基處理淺談高壓噴射注漿法的設(shè)計(jì)與施工［J］.中小企業(yè)管理與科技，2009(8)