頂進(jìn)框構(gòu)橋軟土地基加固設(shè)計(jì)及施工

摘 要：為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，近些年來，我國鐵路發(fā)展飛快，在既有鐵路線下采用頂進(jìn)法修建立交橋已成為橋梁施工的一種既可靠又迅速的方法。文章通過比較幾種地基加固方式，綜合考慮技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)等因素，對某工程框構(gòu)橋下軟土地基決定采用高壓噴射注漿方法進(jìn)行加固。

關(guān)鍵詞：框構(gòu)橋；軟土地基；頂進(jìn)；地基加固

擬建中的新民市工人街公鐵立交橋是新民市城區(qū)道路及排水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程的一部分。本工程需在既有沈山鐵路（下行線）K63+481.68處新建一座3孔連續(xù)式，凈寬為7.0-16.0-7.0m的公鐵立交橋，為保證既有鐵路行車安全，立交橋采用頂進(jìn)法施工。立交橋?qū)?4.4m，機(jī)動(dòng)車道凈高5m，非機(jī)動(dòng)車道凈高3.5m，頂進(jìn)部分主體長28.45m，高9.2m，框構(gòu)橋基底設(shè)計(jì)承載力150kPa。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)鉆探，橋位基底地層為粉砂，黃褐色，松散，飽和，顆粒成分主要為石英和長石，級(jí)配一般，含少量粉土，天然承載力只有70kPa，不滿足設(shè)計(jì)要求。為滿足地基承載力要求，及防止橋梁竣工后基礎(chǔ)的沉降，需在不影響鐵路行車的條件下對基底軟土層進(jìn)行加固處理。

1 地基加固的方案比選

在結(jié)構(gòu)物施工過程中對軟土地基進(jìn)行加固的方法主要有置換法。排水固結(jié)法、灌入固化物法、振密擠密法、加筋法、冷熱處理法、托換法和糾傾法。結(jié)合本次工程構(gòu)筑物為橋梁，根據(jù)以往實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定采用灌入固化物法對軟土地基進(jìn)行加固。常用的灌注固化物法有劈裂灌漿法、高壓噴射注漿法、壓密灌漿法。

（1）劈裂灌漿法。這種方式對巖基，或砂、砂礫石、粘性土地基較為適用，需要滿足劈裂條件才能完成。這種方法主要是在灌漿壓力下，漿液克服地基土中應(yīng)力和強(qiáng)度控制，讓原有孔隙或裂隙得到有力的擴(kuò)張，這樣就會(huì)產(chǎn)生一些新的裂縫和孔隙，然后再使用漿液做好填充，使用權(quán)土體的物理性質(zhì)得到良好改善。

（2）高壓噴射注漿法。高壓噴射注漿法能夠全面強(qiáng)化復(fù)合地基承載力，進(jìn)一步從根本上減少土體的沉降。這種方法對淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基較為適用。只有充分保證土質(zhì)中沒有大塊石或有機(jī)質(zhì)，才能使用這種方式，需要通過精確的實(shí)驗(yàn)來做好全面確認(rèn)。這種方法主要是通過鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)事先確定好的區(qū)域，再使用20MPa的漿液或水進(jìn)行高壓流沖，做好土體切換操作，使?jié){液能夠替代部分土體，強(qiáng)化水泥的硬度。需要注意的是，在進(jìn)行噴射漿液的時(shí)候，需要不斷調(diào)整、旋轉(zhuǎn)、提升，這樣就可以形成全方位的定噴、擺噴和旋噴效果。一般情況下，高壓噴射注漿法較為多樣，主要有單管法、二重管法、三重管法等。

（3）壓密灌漿法。通過鉆孔向土層中壓入濃漿液，隨著土體壓密將在壓漿點(diǎn)周圍形成漿泡。通過壓密和置換改善地基性能。在灌漿過程中因漿液的擠壓作用可產(chǎn)生輻射狀上抬力，可引起地面局部隆起。利用這一原理可以糾正建筑物不均勻沉降。此法適用于中砂地基，排水條件較好的粘性土地基。

由于本工程需在不影響行車的條件下對既有鐵路橋位處地基進(jìn)行加固，保證行車安全應(yīng)放在首位，故經(jīng)過比較論證，決定采用高壓噴射注漿法加固軟土地基。由于本次工程橋位處基底持力層為粉砂，呈松散、飽和狀態(tài)，故擬采用單管旋噴注漿法。

2 地基加固設(shè)計(jì)方案

2.1 加固體直徑的選擇

旋噴加固體的直徑與土質(zhì)、施工方法等有密切關(guān)系，主要根據(jù)以往的試驗(yàn)和工程實(shí)例加以確定。本工程的旋噴直徑初步擬定為0.5m，采用矩形布置1.2m×1.0m。

2.2 加固體強(qiáng)度的確定

加固體的強(qiáng)度與土質(zhì)和施工方法有著密切聯(lián)系。施工工藝的不同和土質(zhì)的多變，使加固體的強(qiáng)度有很大的離散性。單管法在砂質(zhì)土中的加固體強(qiáng)度一般為3.0～7.0MPa。在一定土質(zhì)條件下，通過調(diào)節(jié)漿液的水灰比和單位時(shí)間的噴射量或改變提升速度等措施，可適當(dāng)提高或降低加固體強(qiáng)度。本工程確定加固體強(qiáng)度為不小于4MPa，采用1：1水泥漿液為主，并配以一定量的水玻璃、防沉淀劑、速凝劑等材料。

2.3 噴射樁長的確定

2.4 沉降量的控制

由于本工程屬于軟土地基，設(shè)計(jì)對沉降要求比較嚴(yán)格（s<10mm），在計(jì)算沉降時(shí)未考慮土的承壓作用，上部荷載均由樁承擔(dān)，樁頂沉降為1.5D%，即7.5mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

具體加固處理方案如圖1所示，經(jīng)計(jì)算加固處理范圍為：框構(gòu)基底范圍內(nèi)34.8m×11m，總根數(shù)為383根，總長度為6430.66m，其中空鉆長度為4030.25m，注漿段長度為2400.41m，施工工期約50天。

3 施工工藝

3.1 鉆機(jī)定位

確認(rèn)好位置后，移動(dòng)旋噴樁機(jī)，鉆頭一定要在孔位的正中心，當(dāng)檢查機(jī)位整平后，可以慢慢放置鉆桿，保證垂直度偏差小于1%-1.5%。一切完成后，就需要先做好低壓（0.5MPa）射水的試驗(yàn)，確定噴嘴是不是暢通、壓力是不是符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 制備水泥漿

需要按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，做好配比度的試驗(yàn)，科學(xué)合理的拌制水泥漿。把清水倒在適合的桶內(nèi)，然后再加入適量的水泥和外摻劑，使用攪拌機(jī)做好攪動(dòng)，時(shí)間保持在10-20分鐘左右，擰開攪拌桶閥門，放入第一道篩網(wǎng)，進(jìn)行過濾倒進(jìn)液漿池，再使用泥漿泵做好抽取作業(yè)，做好第二道過濾，形成備用材料。

3.3 鉆孔

鉆孔前要做好充分檢測，確定放線孔位是否異常，嚴(yán)格施工程序，在預(yù)定的位置，調(diào)整好角度，依次進(jìn)行施工。

3.4 插管

利用噴射管自身的噴射或振動(dòng)進(jìn)行貫入，一般在啟動(dòng)鉆機(jī)前，要同時(shí)開啟高壓泥漿泵輸送水泥漿液，沿著導(dǎo)向架不斷振動(dòng)、射流，一直達(dá)到樁底標(biāo)高為止，保證電流額定數(shù)值的準(zhǔn)確。

3.5 提升噴漿管、攪拌

噴漿管停止鉆進(jìn)后，要不斷旋轉(zhuǎn)，當(dāng)確認(rèn)高壓泥漿泵壓力增加到施工設(shè)計(jì)值（20MPa-40MPa）時(shí)，坐底噴漿30s后，就需要一邊噴漿一邊做好旋轉(zhuǎn)，確保速度均勻。

3.6 樁頭部分處理

當(dāng)確定旋噴管提到接近樁頂?shù)臅r(shí)候，一定要從樁頂以下1.0m處慢提旋噴，然后才能向上慢速提升0.5m，到樁頂漿面部分停止。

3.7 清洗移位

利用清水做好清潔，開動(dòng)高壓泵，對粘附在噴漿管頭部位的水泥進(jìn)行全面清洗。清洗后，對機(jī)位進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行下一步施工作業(yè)。

3.8 補(bǔ)漿

因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)析水作用，導(dǎo)致收縮現(xiàn)象，固結(jié)體頂部就會(huì)有凹穴，所以一定要做好檢查，及時(shí)補(bǔ)充。

3.9 施工監(jiān)測及試驗(yàn)

可以在完成的部分隨意選取樣本，做好復(fù)合地基承載力、壓縮量指標(biāo)、承載力要求等的實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)束語

本工程地基加固施工結(jié)束后，取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過兩年的運(yùn)營檢驗(yàn)，橋位處地基沉降值為零，達(dá)到了預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]地基處理手冊（第二版）[M].中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國鐵道出版社.

[4]沈陽鐵路局關(guān)于印發(fā)《沈陽鐵路局下穿鐵路立交橋頂進(jìn)施工安全管理辦法》的通知沈鐵工（2015）255號(hào)文[Z].