周 革

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

旋噴樁聯(lián)合花管注漿加固既有普速鐵路軟基施工應(yīng)用技術(shù)研究

周 革

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

通過(guò)對(duì)旋噴樁、花管注漿的設(shè)備選型、材料制備、施工順序、成樁(孔)控制、變形監(jiān)測(cè)及質(zhì)量檢測(cè)等施工技術(shù)方面進(jìn)行研究，提出旋噴樁聯(lián)合花管注漿施工的相關(guān)技術(shù)及施工參數(shù)，解決在不影響既有線運(yùn)營(yíng)的情況下，用于普速鐵路既有線軟土地基處理并達(dá)到了理想的加固效果的難題。建議在具體應(yīng)用中結(jié)合土性、施工條件、設(shè)備類型等因素確定適宜的參數(shù)。

既有線；軟基；旋噴樁；花管注漿；聯(lián)合應(yīng)用

1 概述

1.1 研究背景

軟弱地基上的既有普速鐵路路基出現(xiàn)沉降過(guò)大而需進(jìn)行軟基加固處理時(shí)，一般采取先在既有線旁邊開(kāi)通便線臨時(shí)交通過(guò)渡以確保營(yíng)運(yùn)，然后對(duì)既有病害路基采用攪拌樁、管樁等加固處理。而對(duì)于城區(qū)、地形狹窄區(qū)等無(wú)施工便線過(guò)渡條件，常規(guī)的地基處理措施難以滿足加固要求，要么是因施工設(shè)備的作業(yè)空間大而影響行車(chē)，要么是存在加固盲區(qū)而影響加固效果。針對(duì)上述施工場(chǎng)地和地質(zhì)條件，介紹一種運(yùn)用旋噴樁聯(lián)合花管注漿復(fù)合技術(shù)處理既有普速鐵路軟土地基的工法，對(duì)旋噴樁、花管注漿兩項(xiàng)施工技術(shù)的設(shè)備選型、材料制備、成樁(孔)控制等方面需要進(jìn)行深入研究。既能確保營(yíng)運(yùn)安全，又不產(chǎn)生加固盲區(qū)，達(dá)到預(yù)期的加固效果，對(duì)這一技術(shù)具體施工關(guān)鍵控制因素進(jìn)行介紹，以便更好地推廣運(yùn)用。

1.2 工藝原理

該技術(shù)的工藝原理為：先在路基邊坡及坡腳地段采用旋噴樁加固處理，然后對(duì)路基中心部位采用花管注漿技術(shù)斜向鉆孔注漿。采用旋噴樁加固不僅起到地基加固的目的，還可以約束花管注漿漿液流動(dòng)，而通過(guò)花管注漿在軟弱地基土中能形成樹(shù)枝狀水泥結(jié)石體，且加固角度可調(diào)，加固不產(chǎn)生盲區(qū)。整個(gè)施工過(guò)程均在路基兩側(cè)施工，不影響既有線運(yùn)營(yíng)安全。工藝原理如圖1所示[1]。

圖1 工藝原理(單位：m)

1.3 施工工藝流程

該施工技術(shù)工藝流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放孔→工藝試驗(yàn)→旋噴樁施工→花管引孔→擊入花管及注漿→質(zhì)量檢測(cè)。

2 施工關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備主要包括：清表，平整場(chǎng)地，根據(jù)設(shè)計(jì)要求測(cè)放旋噴樁及花管注漿孔位，在路肩設(shè)置變形觀測(cè)樁，并在路基兩側(cè)坡腳外2、10 m處各設(shè)置1排觀測(cè)樁，縱向間距10 m。建立漿液拌和站并采購(gòu)材料。旋噴樁噴射漿液材料及花管注漿材料選用P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥漿或礦渣水泥、水，必要時(shí)還需采購(gòu)水玻璃等外加劑，漿液材料主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 漿液材料主要性能指標(biāo)

2.2 旋噴樁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

主要從旋噴樁施工設(shè)備選型、成樁施工順序、成樁控制等方面進(jìn)行研究。

2.2.1 旋噴樁施工原理

采用射水、錘擊等方法或用鉆機(jī)垂直成孔，然后將噴射注漿管貫入土中，當(dāng)噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)，開(kāi)始噴射注漿。在噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后，隨即按旋噴的工藝要求，一邊提升噴射管，一邊由下而上噴射注漿。漿液噴射流把一定范圍內(nèi)的土層破壞，并與噴嘴作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，土粒與漿液進(jìn)行強(qiáng)制性的攪拌混和，待膠結(jié)硬化后，便形成新的結(jié)構(gòu)，達(dá)到加固地基的目的[3]。

2.2.2 旋噴樁施工控制要點(diǎn)

旋噴樁是一種較為成熟的軟基加固處理措施，在既有普速鐵路軟基病害路基處理中，旋噴樁施工控制主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

(1)設(shè)備選型及材料要求

旋噴樁視樁長(zhǎng)、樁徑可采用單重管法、雙重管法或三重管法，旋噴樁噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜設(shè)置太遠(yuǎn)，一般不大于50 m，否則壓力損失過(guò)大，達(dá)不到旋噴樁加固目的。注漿膠管采用額定壓力大于40 MPa的膠管。

噴射漿液材料選用P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥漿，水灰比推薦0.8∶1，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28 d齡期(70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm)水泥土抗壓強(qiáng)度不小于2.0 MPa。

(2)施工樁位順序

在邊坡和坡腳地段施工旋噴樁時(shí)，采用跳樁施工，一般跳3～5根。先施工路基最內(nèi)側(cè)一排，然后按照內(nèi)側(cè)第二排、第三排等依次逐排向外側(cè)施工，施工完成后，清除上部虛樁、浮土，達(dá)到齡期后再進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

(3)成樁控制

通過(guò)多個(gè)工點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)比操作研究，對(duì)壓力的控制建議采用如下值：停漿面以下5 m范圍的壓力控制在12～15 MPa以內(nèi)，5 m以下段落的壓力控制在20～23 MPa。部分地區(qū)因土性不同，當(dāng)因壓力過(guò)大導(dǎo)致路基產(chǎn)生明顯抬升時(shí)，應(yīng)降低壓力。

旋噴樁施工中，當(dāng)拆卸鉆桿或因故停噴后續(xù)噴時(shí)，應(yīng)重復(fù)旋噴不小于100 mm。旋噴過(guò)程中出現(xiàn)壓力驟然下降、上升、孔口冒漿量超過(guò)20%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因及時(shí)處理。

樁端進(jìn)入硬層不少于0.5 m，樁頂停漿面位于地表硬殼或褥墊層下。

2.3 花管注漿施工技術(shù)研究2.3.1 花管注漿施工原理

通過(guò)在引孔中擊入鋼花管，利用壓力泵漿水泥漿液由花管注入軟土中，注入的漿液在壓力作用下排出土顆粒間裂隙中的水分和空氣，使地基土孔隙比減少，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后水泥凝結(jié)，漿液將原來(lái)松散的土顆?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好的樹(shù)枝狀結(jié)合體[4]。

2.3.2 花管注漿施工控制要點(diǎn)

(1)設(shè)備選型及材料要求

采用普通50型鉆機(jī)引孔，成孔孔徑要求75 mm，注漿花管采用鋼花管，直徑50 mm，其上均勻鉆設(shè)直徑5 mm的網(wǎng)眼，網(wǎng)眼用膠帶臨時(shí)封閉，花管最底端端頭焊接鋼板封閉，注漿膠管采用20 MPa額定壓力的注漿管。

水泥漿液配比一般為0.75∶1，水玻璃速凝劑，其模數(shù)為3.0～3.3。要求采用P.O 42.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，其各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5]。

(2)施工孔位控制

花管注漿時(shí)采用跳孔施工，沿線路方向隔2孔進(jìn)行注漿施工，當(dāng)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)應(yīng)停止施工，變形穩(wěn)定后再施打，必要時(shí)加大跳孔數(shù)量。

(3)成孔控制

花管注漿引孔按照設(shè)計(jì)角度進(jìn)入軟土層2 m即可(由于既有線表層多為填土，易塌孔，通常需跟管鉆進(jìn)，引孔內(nèi)留置鋼套管)，然后采用擊入法將花管擊入到設(shè)計(jì)深度?；ü茏{應(yīng)嚴(yán)格控制注漿速度和注漿量，根據(jù)杭甬線、溫福線等工點(diǎn)的施工經(jīng)驗(yàn)，注漿流量一般10～15 L/min。注漿壓力：10 m以上一般采用0.2～0.4 MPa，10 m以下一般采用0.6～1.0 MPa。必要時(shí)增加減水劑，加速凝固。

注漿一經(jīng)開(kāi)始應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，力求避免中斷。

終止注漿應(yīng)滿足下列條件之一：①注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；②10 m以下注漿壓力達(dá)到0.5 MPa，持續(xù)注漿10 min；10 m以上注漿壓力達(dá)到0.2 MPa，持續(xù)注漿10 min。滿足終孔條件時(shí)，應(yīng)閉漿10～20 min，避免漿液回流。

2.4 施工監(jiān)測(cè)及質(zhì)量檢測(cè)

(1)施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)既有路基及施工場(chǎng)地附近既有構(gòu)筑物的變形監(jiān)測(cè)，確保營(yíng)運(yùn)中的路基及周邊構(gòu)筑物的使用安全。

(2)施工完成后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。旋噴樁除了進(jìn)行施工過(guò)程控制外，還需在成樁后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目和頻次見(jiàn)表2。

表2 旋噴樁質(zhì)量檢測(cè)頻次

(3)花管注漿的質(zhì)量檢測(cè)主要依靠過(guò)程控制，注入規(guī)定的設(shè)計(jì)漿量或達(dá)到規(guī)定的注漿壓力。

(4)做好路肩觀測(cè)樁和坡腳邊樁的位移變形觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果從沉降量、水平位移量等角度進(jìn)行地基加固效果的綜合評(píng)估，以此判定地基加固效果和質(zhì)量[6]。

3 應(yīng)用實(shí)例及結(jié)論

采用本技術(shù)，在下述工程中進(jìn)行了應(yīng)用并達(dá)到了預(yù)期的效果[7]。

(1)甬臺(tái)溫鐵路寧波北侖支線(K146+562.00～K148+347.65段)改造工程中采用旋噴樁聯(lián)合花管注漿復(fù)合技術(shù)加固既有線深厚層軟土地基，施工中不增設(shè)便線，沒(méi)有影響行車(chē)，適當(dāng)進(jìn)行限速，加固后工后沉降評(píng)估為8.5 cm，目前已營(yíng)運(yùn)5年多，路基未發(fā)生大的沉降。

(2)溫福線連江站DK274+937～DK275+009軟基病害工點(diǎn)，兩側(cè)邊坡及坡腳采用插打旋噴樁和斜向花管注漿復(fù)合技術(shù)處理，于2009年10月加固完畢。施工過(guò)程中未發(fā)生抬道等影響列車(chē)營(yíng)運(yùn)安全的事故，整治后沉降得到有效控制，目前安全營(yíng)運(yùn)達(dá)3年。

旋噴樁聯(lián)合花管注漿加固既有普速鐵路軟基病害工點(diǎn)作為一項(xiàng)復(fù)合加固技術(shù)，在設(shè)備選型、材料制備、施工順序、注漿壓力等均與單純常規(guī)旋噴樁、花管注漿有較大區(qū)別，加固效果明顯，無(wú)加固盲區(qū)，沉降控制好，施工便捷。但在實(shí)際施工中還應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)的差異通過(guò)試樁試驗(yàn)合理調(diào)整施工參數(shù)并加強(qiáng)施工中變形監(jiān)測(cè)。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.沿海鐵路地基處理研究報(bào)告[R].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

[2] 丁光文.花管注漿聯(lián)合旋噴樁在軟土加固中的應(yīng)用[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(增刊):210-213.

[3] 孫華洲.高壓旋噴樁在地基加固施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù),2008(S1):294-296.

[4] 于可.鋼花管注漿技術(shù)在巖土體加固工程中的應(yīng)用[C]∥貴州省公路學(xué)會(huì)2008年技術(shù)交流論文集，2008:30-33.

[5] 吳裕銘.花管注漿技術(shù)在加固既有鐵路軟土路基中的應(yīng)用[J].路基工程，2012(1):139-143.

[6] 駱行文，張華，楊明亮.高速公路軟基沉降變形監(jiān)測(cè)與控制方法[J].土工基礎(chǔ),2010(5):74-77.

[7] 葉春林，周革.旋噴樁聯(lián)合花管注漿加固既有線軟基施工工法文件[R].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012.

Research on Key technologies of Jet Grouting and Perforated Pipe Grouting to Strengthen Soft Foundation of Existing Railways

ZHOU Ge

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

The article researches the equipment selection， material preparation， construction consequence， pile-forming (hole-forming) controlling， deformation monitoring and quality testing involved in jet grouting and perforated pipe grouting， presents key technologies and parameters of the construction to strengthen soft foundation of existed railway and minimize the influence on the railway operation. It is suggested that appropriate parameters are determined according to soil property， construction conditions and equipment types.

Existed railway; Soft foundation; Jet grouting; Perforated pipe grouting; Joint application

2015-03-12；

2015-04-04

周 革(1976—)，男，高級(jí)工程師，注冊(cè)巖土工程師，2002年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：21415479@qq.com。

1004-2954(2015)11-0040-03

U213.1+4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.11.010