布袋注漿樁在沿海軟土地基加固中的應(yīng)用及控制要點(diǎn)

胡建國(guó)

摘要：布袋注漿樁是一項(xiàng)新的軟土地基加固技術(shù)，是軟土注漿技術(shù)和土工織物綜合應(yīng)用的施工新工藝，本文以連鹽鐵路軟土路基地基加固為例，介紹布袋注漿樁加固軟土路基的加固機(jī)理、施工工藝、施工控制要點(diǎn)。

Abstract： The bag grouting pile is a new soft soil foundation reinforcement technology and is a new technology of soft soil grouting technology and integrated application of geotextile fabric. In this paper， taking the soft soil foundation reinforcement of Lianyungang-Yancheng railway as the case， the paper introduces the key points of the reinforcement mechanism， construction technology， construction control of bag grouting pile.

關(guān)鍵詞：布袋注漿樁；加固機(jī)理；施工工藝；施工控制要點(diǎn)

Key words： bag grouting pile；reinforcement mechanism；construction technology；construction control points

中圖分類號(hào)：U213.1+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）32-0080-03

1 工程概況

連鹽鐵路連接江蘇省連云港、鹽城兩市，設(shè)計(jì)時(shí)速200km，客貨共線。其中鹽城地區(qū)位于東部沿海淤積土層地區(qū)，場(chǎng)地土層分布如下：（2）-2-1粉質(zhì)粘土：厚度1.3～3.0m，褐黃色～灰色，軟塑，局部夾少量植物根系，σ0=80kPa。（2）-3-1粉土：層厚2.0～4.3m，淺灰色，飽和，稍密，σ0=90kPa。（3）-6-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：層厚3.2～14.2m，褐黃色、淺灰色，流塑～軟塑，σ0=40kPa。（3）-6-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：層厚1.2～2.6m，淺灰色，流塑～軟塑，σ0=40kPa。（5）-1-1黏土：層厚3.0～8.4m，青灰色、褐黃色，硬塑，σ0=150kPa。（5）-1-2粉土：層厚2.8～11.5m，灰褐色～褐黃色，飽和、中密，σ0=140kPa。該地區(qū)淤積土具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、靈敏度高、擾動(dòng)性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。

2 布袋注漿樁定義及軟土地基加固機(jī)理

2.1 布袋注漿樁定義

布袋注漿樁是一種新的施工工藝，它是基于軟土分層注漿技術(shù)和土工織物綜合應(yīng)用而形成的。完成引孔后，放入土工織物袋，同時(shí)作用在布袋內(nèi)一定壓力注漿，使土體內(nèi)的布袋膨脹，布袋的膨脹程度取決于地質(zhì)承載力的高低，在土木織物中注漿液會(huì)逐漸硬化，硬化體形狀多呈圓柱狀或葫蘆狀，從而實(shí)現(xiàn)軟土地基的加固目的。其加固原理見(jiàn)圖1。

2.2 布袋注漿樁作用機(jī)理

①擠密作用。通過(guò)往布袋內(nèi)施加壓力，其內(nèi)的漿液會(huì)慢慢膨脹，從而將周圍土體壓密，增大其密度，減少其孔隙比，如此地基沉降將減少，地基承載力將提高。

②樁復(fù)合地基。硬化后的水泥樁體和樁間擠密土結(jié)合在一起，形成人工復(fù)合地基，在這種強(qiáng)高度的擠壓力作用下，地基會(huì)更加的穩(wěn)定，客觀上提高了其承載力。

③土工織物袋的隔離、排水及加筋作用。由于土木織物的隔離作用，漿液會(huì)因此形成較為規(guī)則的注漿樁體；利用排水作用可將多余的水分排出，加快漿液的凝固速度，得到更高質(zhì)量的硬化樁體；同時(shí)由于布袋具有較高的抗拉強(qiáng)度，也能夠達(dá)到加筋土體的目的。

3 布袋注漿樁的施工工藝及參數(shù)

在布袋注漿樁的逐漸成型期間，為保證最終的成樁質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)合理明確布袋的各項(xiàng)指標(biāo)，使其各項(xiàng)參數(shù)都符合相關(guān)規(guī)范要求，最大限度地確保布袋注漿樁的質(zhì)量符合要求。

3.1 施工工藝

布袋注漿樁的施工工藝包含多個(gè)階段，包括樁位放樣、鉆孔成孔、布袋注漿、成樁檢測(cè)等。工藝流程見(jiàn)圖2。

①根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)所要施工的樁位進(jìn)行放樣，并在現(xiàn)場(chǎng)定位，成孔設(shè)備選用SZJ-B型工程鉆機(jī)，在鉆孔過(guò)程中為了防止塌孔，采用孔內(nèi)原土造漿。

②成樁經(jīng)驗(yàn)收合格后，將注漿芯管放入布袋內(nèi)一并放入孔內(nèi)，布袋應(yīng)自底部上翻30cm，用鉛絲扎緊三道，并且為了避免出現(xiàn)泄?jié){問(wèn)題，應(yīng)注意扎緊，同時(shí)為了保證布袋順利進(jìn)入孔內(nèi)和便于布袋被漿液順利的撐開(kāi)，應(yīng)每隔50cm扎一道細(xì)鉛絲。此外，為了避免竄漿，在開(kāi)始注漿前，布袋上務(wù)必綁扎兩道以上鐵絲。

③將注漿管注漿芯管并通過(guò)注漿泵將攪拌好的漿液注入其中，一次性注漿，直接注漿到布袋充滿，注漿量應(yīng)大于布袋體積。注漿期間應(yīng)配備完善的相關(guān)儀表設(shè)備，比如電磁流量計(jì)、壓力表等，將注漿量和注漿壓力記錄下來(lái)，并打印電腦小票，以便作為憑證用于工程管理。

④在注漿完成后漿液初凝前，由于漿液中的水分在壓力的作用下往布袋外滲透，布袋中的漿液體積減少，樁頂下降，樁頂達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁長(zhǎng)不足，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定補(bǔ)漿，補(bǔ)漿的次數(shù)以確保樁頂能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高來(lái)確定。

3.2 布袋注漿樁的施工參數(shù)

布袋注漿樁漿液拌制期間必須將水膠比控制在合理范圍內(nèi)，注漿液的組成部分包括水、粉煤灰、水泥，但有時(shí)為了提高漿液的耐久性和強(qiáng)度，提升水泥的和易性，可加入一定量的外加劑，比如木質(zhì)素磺酸鈣、三乙醇胺等。木質(zhì)素磺酸鈣具有明顯的減水作用，能夠增加漿液的稠度，便于泵送。三乙醇胺是一種早強(qiáng)劑，能夠有效提升樁的早期強(qiáng)度。通過(guò)試樁，我們得出漿液的配比為（水：水泥：粉煤灰=1：0.7：0.6），其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天立方體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于4MPa，漿液的基本性能能夠達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：黏度：30～35s，比重1.4～1.5g/cm3，析水率<3%。注漿壓力一般選擇在0.2～0.6MPa之間。endprint

本工程設(shè)計(jì)要求布袋注漿樁的樁徑為40cm，在試樁過(guò)程中，通過(guò)對(duì)試樁注漿量的統(tǒng)計(jì)、成樁后淺層開(kāi)挖檢測(cè)及7天單樁載荷試驗(yàn)，確定鉆孔過(guò)程中選用直徑為37cm的樁頭，成孔后注漿壓力控制在0.5～0.55MPa能夠撐開(kāi)布袋，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的樁徑，同時(shí)也能滿足單樁荷載要求。通過(guò)流量計(jì)監(jiān)控，得出注漿流量為50～75L/min。

4 布袋注漿樁施工控制要點(diǎn)

4.1 原材料控制要點(diǎn)

①布袋質(zhì)量。布袋需選用卷筒型尼龍纖維袋，檢測(cè)指標(biāo)要求為：?jiǎn)挝幻娣e≥230g/m2，CRB頂破強(qiáng)度≥5.5kN，等效孔徑？準(zhǔn)90為0.07～0.5mm，撕破強(qiáng)度≥0.9kN，滲透系數(shù)為1×（10-2～10-3）cm/s。抽樣檢測(cè)頻率參照土工合成材料頻率。

②水泥、粉煤灰、水。水泥宜采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥或P.S42.5礦渣水泥，每批進(jìn)場(chǎng)水泥必須有生產(chǎn)廠家產(chǎn)品合格證，并根據(jù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行抽查檢驗(yàn)。粉煤灰應(yīng)選擇燒失量低的粉煤灰，具體性能指標(biāo)要求：細(xì)度≤25%，需水比≤105%，燒失量≤8%。注漿用水應(yīng)是可飲用的河水、井水及其他清潔用水。

③漿液控制?，F(xiàn)場(chǎng)必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)的配合比拌制漿液。漿液基本性能滿足黏度：30～35s，比重1.4～1.5g/cm3，析水率<3%的要求。

4.2 成樁、注漿過(guò)程的控制要點(diǎn)

布袋樁成樁過(guò)程質(zhì)量控制的工作重點(diǎn)是成孔和注漿。成孔過(guò)程中對(duì)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，包括場(chǎng)地整平、布點(diǎn)、打樁順序、樁位偏差和樁體垂直度等；注漿階段控制施工技術(shù)參數(shù)。

4.2.1 成孔

①場(chǎng)地處理及布點(diǎn)。因布袋注漿樁樁位密集，成孔需采用引孔設(shè)備并進(jìn)行孔內(nèi)造漿，泥漿排放易對(duì)整個(gè)路基面造成侵蝕，在場(chǎng)地平整后先施工30cm改良土墊層用于封閉路基面，在改良土上根據(jù)排漿數(shù)量縱橫向設(shè)置排漿槽，排漿槽深度不得超過(guò)改良土墊層厚度，同時(shí)做好路基邊排水溝。之后應(yīng)依照設(shè)計(jì)要求，實(shí)施測(cè)量放線操作，將場(chǎng)地樁位布置好。要求場(chǎng)地平整無(wú)異物，并用石灰在布點(diǎn)期間作醒目標(biāo)志，能夠起到警示作用。此外，為保證樁位不會(huì)出現(xiàn)較大的偏移，應(yīng)盡量對(duì)樁位布點(diǎn)進(jìn)行精確控制，最大限度的避免或減少誤差。

②鉆頭選擇。鉆頭直徑的選擇與布袋注漿樁成樁后承載力有著直接的影響。鉆頭選擇過(guò)小，在注漿過(guò)程中不易將布袋完全撐開(kāi)，樁體直徑達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；鉆頭選擇過(guò)大，減少了注漿過(guò)程中對(duì)周圍土體的擠密效果。施工單位在施工前需采用不同直徑的樁頭進(jìn)行試樁，通過(guò)注漿數(shù)量是否大于設(shè)計(jì)值、淺層開(kāi)挖檢驗(yàn)樁體直徑是否滿足設(shè)計(jì)要求、7天單樁荷載試驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)要求的承載力等方面來(lái)選擇合適的鉆頭直徑。

③成孔垂直度。在鉆機(jī)作業(yè)前對(duì)垂直度進(jìn)行校正；開(kāi)工前，對(duì)主機(jī)上附帶的垂直度刻度盤進(jìn)行校驗(yàn)，采用全站儀在調(diào)試完畢的鉆機(jī)主架上標(biāo)設(shè)立桿中心線，鉆桿前后、左右方向掛設(shè)垂球法進(jìn)行校核（掛設(shè)線繩不短于2.0m）；施鉆過(guò)程中、結(jié)束后及時(shí)測(cè)設(shè)出偏移尺寸，及時(shí)對(duì)垂直度進(jìn)行監(jiān)控是可行的控制手段，可有效地防止樁體垂直度超標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生。

④控制標(biāo)準(zhǔn)。按照設(shè)計(jì)要求，樁施工工程中，樁位、垂直度、有效直徑的允許偏差應(yīng)符合表1中的規(guī)定。鉆孔傾斜度需嚴(yán)格控制在1.0%以內(nèi)，防止孔較深及樁密度大時(shí)，鉆探損壞相鄰已成樁。鉆孔時(shí)應(yīng)根據(jù)地層情況，采用泥漿護(hù)壁，防止塌孔、縮孔、影響成樁質(zhì)量。需嚴(yán)格控制孔深、沉渣厚度，泥漿排放量。

4.2.2 注漿

①控制注漿管、布袋、水泥等材料質(zhì)量，按期校驗(yàn)計(jì)量設(shè)備，保證水泥漿的配比攪拌質(zhì)量。

②注漿管選用PVC注漿管，一次性注滿，注滿后須隨時(shí)觀察樁頂下沉情況，確保在樁體初凝前及時(shí)補(bǔ)漿。采用安裝自動(dòng)記錄壓力和流量的注漿設(shè)備，并配備即時(shí)打印機(jī)，當(dāng)場(chǎng)打印小票，作為施工工程控制憑證。

③應(yīng)貫徹“快下管，早注漿”的原則，確保成樁效果。

④成樁順序應(yīng)按“先周邊，后中間，跳樁施工”的方法，提高加固效果并防止對(duì)周邊建筑物的影響。

⑤注漿參數(shù)需根據(jù)試樁總結(jié)確定，在大面積施工中嚴(yán)格按試樁總結(jié)出的漿液配合比、注漿壓力等參數(shù)組織施工。

⑥現(xiàn)拌漿液時(shí)，每次必須有3次以上隨機(jī)抽樣，保證其各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

布袋注漿樁是注漿技術(shù)和土工織物綜合應(yīng)用而成的新技術(shù)，在華東沿海地區(qū)連鹽鐵路軟土路基地基加固中得到充分的應(yīng)用。經(jīng)實(shí)踐證明，該技術(shù)在處理沿海地區(qū)軟土路基能夠滿足客貨共線鐵路路基的穩(wěn)定和工后沉降控制要求，取得了一定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

在存在硬夾層和軟弱層的復(fù)雜軟土地質(zhì)中，布袋注漿樁能穿過(guò)硬夾層，在其中的軟弱土層能較好地?fù)伍_(kāi)土工織物，硬化后形成葫蘆樁，從而符合設(shè)計(jì)要求的加固軟弱層的意圖，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

布袋注漿樁漿液在布袋內(nèi)成樁，易形成有規(guī)則的樁體，質(zhì)量可靠。設(shè)備均為常見(jiàn)設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，各工序可平行施工、流水作業(yè)，施工進(jìn)度快。布袋能起到控制漿液流失、減少環(huán)境污染和提高材料利用率的作用，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

漿液基本性能達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)從而保證樁體質(zhì)量：黏度：30～35s，比重1.4～1.5g/cm3，析水率<3%，室內(nèi)標(biāo)養(yǎng)28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于4MPa，注漿壓力一般為0.2～0.6MPa，注漿流量一般為50～75L/min。

布袋注漿樁質(zhì)量控制要點(diǎn)包括成樁前的注漿材料質(zhì)量控制、成樁過(guò)程質(zhì)量控制兩個(gè)階段。成樁前質(zhì)量控制要點(diǎn)含原材料和攪拌兩個(gè)方面，控制內(nèi)容主要為原材料質(zhì)量、漿液配比、漿液性能等；成樁過(guò)程質(zhì)量控制要點(diǎn)包括成孔和注漿兩個(gè)方面，控制內(nèi)容主要為樁位、樁體垂直度、鉆頭直徑、注漿參數(shù)、補(bǔ)漿時(shí)間等。其中鉆頭直徑的選擇直接關(guān)系到布袋注漿樁地基加固的效果，必須通過(guò)試樁確定。

基于布袋注漿樁在鉆孔過(guò)程泥漿排放易侵蝕待加固的路基，在布袋注漿樁施工前可對(duì)基面進(jìn)行一層灰土處理，既保護(hù)路基面不受鉆孔時(shí)泥漿侵蝕，也利用路基面排水。同時(shí)需妥善處理泥漿排放，做好現(xiàn)場(chǎng)文明施工。

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