注浆、旋喷桩加固在客运专线地基中综合应用
2015-07-09
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核心提示：本文阐述了石武铁路客运专线DK1074+950～DK1075+010段软土路基，在原设计施工完成后， 2011.11.1-2012.3.7发生了1.8-3.1mm沉降，主要原因是受降雨入渗影响下部填料及地基软化引起。本段处于咽喉区道岔区，可能影响以后运行。为防止以后继续下沉，经建设、设计、施工、监理、评估各参建单位开会研究分析决定采用旋喷桩、小导管注浆、袖阀管注浆进行地基加固处理。自2012年通车至今经沉降观测及铁路局反馈回来的信息该段路基为0沉降。可见此种加固方法在客运专线软土路基施工中可以借鉴。
1概述
该段路基谷地地表水较发育水位随季节变化性大DK1074+961～DK1075+005右侧水塘，水深2.0～3.0m，淤泥深约0.8～1.5m；主要补给源来自大气降水，受季节变化的影响大。地基原设计采用CFG桩加固，桩径0.5m，桩间距1.8m，最外2排桩间距1.9m、2.0m，桩长4～8.9m，正方形布置。道岔区为无砟轨道，W2维修线为有砟轨道。本段路基最大总沉降11.9mm，工后已发生最大沉降5.9mm，为消除以后运行中发生安全隐患，采用旋喷桩、小导管注浆、袖阀管注浆进行地基加固处理，需避开原CFG桩位置，要求测量精确，钻孔垂直，否则可能破坏原有的地基加固。影响最终的加固效果。
2旋喷桩加固
2.1施工原理：旋喷注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至基底的设计标高后，用特定的高压泵，利用高压将配制好的旋喷浆液自钻杆顶部经过钻杆压至底部的喷嘴，自喷嘴向钻杆周围的土层中喷入，因水泥浆的冲击力很大，有效作用半径内的土体会变得松散，同步进行的是喷嘴随着钻杆一边旋转一边提升，速度按拟定参数进行，这样水泥浆就能够充分的与松散的土层相混合，水泥浆与土的混合休强度上来后即为旋喷桩，并与周围土体共同作用形成复合地基，提高地基承载力。
2.2施工工艺流程
2.3施工过程
2.3.1场地整平：本段为施工完成路基，无需进行清表与平整，只要是在稳钻机的位置自己加固垫平即可。位于路堤边坡处的桩需要搭设钻机平台。
2.3.2桩孔编号、定位：根据设计桩位布置对桩孔进行编号，利用全站仪测放排、列控制桩，拉线、钢尺丈量定出桩孔位置，洒白灰线，插木桩标记（采用钢钎打入20cm后插木桩）。
2.3.3钻机就位、钻孔：钻机底部垫实，钻头对准木桩标记，水平位置偏差不超过50mm，孔身垂直度控制在1%以内，孔长、孔体有效直径不小于设计值。
2.3.4下管：下管时，为预防孔中泥浆堵住喷嘴，一边下管一边输入气流，使喷嘴一直处于喷气状态，直到将管下到设计桩底高程。
2.3.5制浆：注浆材料采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1：1。
2.3.6试管：注浆前先用清水试喷，当确定设备一切正常时才能开始喷射水泥浆。
2.3.7注浆：注浆顺序是从桩底至桩顶，注浆过程要严格按数据进行。
项目名称 工艺参数
单管法 配合比 1：1
浆液 压力（MPa） 20、21 22、23 24、25
流量（L/min） 80 100 120
喷嘴孔径（mm）及个数 1.8～2.4（1）
喷管外径（mm） 42
提升速度（m/min） 0.15 0.2 0.25
旋转速度（r/min） 15
水泥用量（Kg/m） 150 160 170
2.3.8喷浆完成、拔出喷浆管：经量测喷浆至桩顶设计高程后，关掉高压泵终止喷浆。将喷浆管从孔中取出，按设计要求填充注浆余孔。
2.3.9现场试验与记录：施工过程中要做好施工记录，同时成桩过程中要观察地面升降和桩顶上升情况，制作试件标准养护并测定28天抗压强度。
2.3.10成桩检验：按设计和规范要求进行旋喷桩桩身完整性，承载力采用复合地基荷载试验和无侧限抗压强度试验检测。
2.4检验项目、标准及检测方法：
序号 项目 允许偏差
1 桩位（纵横向） 50mm
2 桩身垂直度 1%
3 桩长 不小于设计值
4 桩体有效直径 不小于设计值
5 水泥常规检验 符合验标要求
6 配合比试验 符合设计要求
7 桩体无侧限抗压强度 不小于设计规定
2.5施工注意事项
2.5.1钻机就位后平稳、立轴、转盘与木桩位对正，当设计孔位与CFG桩发生冲突时，要及时改变孔位，并将开孔处及时采用C15砼回填密实。
2.5.2旋喷桩施工前必须确定旋喷施工参数：旋喷速度、每延米的水泥用量、提升速度、注浆压力、喷嘴直径等。
2.5.3按设计要求进行配合比试验，并根据注浆参数选择掺入外加剂的数量，适合的流动度，以达到良好的注浆效果。
2.5.4施工期间，应加强路基、边坡、坡脚附近、地面等处的变形监测，如发现异常情况应立即停止施工，并查明原因。
2.5.5施工时应严格控制喷浆压力，尽量采用低压复喷复搅的工艺确保施工质量，应避免压力过大引起路基上建筑物变形。
2.5.6旋喷桩的检测：成桩28天后，应采用双层单动取样器在桩径1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察桩体完整性、均匀性，在喷桩上、中、下部有代表性地采用钻孔取芯，并对采取芯样进行强度检验（28天桩体的无侧限抗压强度不小于2.5MPa），检测数量不小于施工总桩数的0.2%，且不小于3根。
3注浆加固
3.1袖伐管注浆原理：浆液注入地层后，水泥与土颗粒及土层中其它填物胶结。注浆液通过土层中孔隙起劈裂和渗流充填作用，所经之处均与土层牢固，形成坚强持力，提高了地基承载，消除了层的湿陷性，使土体遇水不会再产生不均匀沉，保持地基土体长久稳定。
3.2施工工艺流程
小导管与袖阀管的流程区别没有置换套壳料和套壳料养护其余均相同。
3.3施工过程
3.3.1钻孔：直孔要求保证钻孔的垂直度，斜孔要保证设计角度。
3.3.2下袖阀管：先将套壳料安设计要求比例进行配制，先将孔中的泥浆全部转换出来，然后按袖阀管的连接顺序先底节后上部节进行安置。每节间要拧紧不得虚连。（小导管注浆应为下花管）
3.3.3下锌管：首先检袖阀管管道是否畅通，如果不能要进行疏通。再就是检查注浆头状态是否良好，袖阀管和注浆头都没有问题了开始下锌管，尽量使锌管下放至孔底。
3.3.4浆液制作：按设计提供的配合比配制浆液，水泥浆液配比为0.8：1，要求采用P042.5普通硅酸盐水泥，浆液的各项指标要符合规范要求。
3.3.5开注浆机：袖阀管注浆采用分段压力间歇式注浆：0-3m为0.1-0.2Mpa、3-5m为0.15-0.25Mpa、5-7m为0.25-0.3Mpa、7m以下采用0.3-0.4Mpa；小导管注浆施工采用花管法，注浆压力一般采用0.1～0.25MPa。做好注浆记录，并保证记录的真实性。
3.4施工注意事项
3.4.1注浆大范围施工前应先进行工艺性试验，以确定合理的相关注浆处理参数，包括注浆压力、速度、注浆量、轨道变形等技术参数，确保轨道竖向变形与水平向变形满足设计与规范要求。袖阀管注浆深斜孔直孔各一根，小导管注浆深斜孔与浅斜孔各一根。
3.4.2布置注浆孔时应注意核查接地钢筋、各种地下管线位置，施工必须保证接触网立柱、通信信号线及接地管线等既有构筑物、管线的安全。
3.4.3施工前应切实做好环保预案，防止冒浆污染无砟轨道和路基。
3.4.4严格控制施工顺序先路肩后两线间，先直管后斜管，先深斜孔后浅斜孔。
3.4.5注浆施工应严格控制注浆速度。根据相关经验，注浆量暂按：袖阀管0-3m直孔注浆量0.08m？/m左右、斜孔注浆量0.05m？/m左右，袖阀管3m以下直孔注浆量0.1-0.2m？/m、斜孔注浆量0.1m？/m左右控制；小导管注浆深斜孔注浆量0.05m？/m左右、小导管注浆浅斜孔注浆量0.04m？/m左右控制。在注浆压力、轨道变形允许情况下应尽量多进浆。
3.4.6袖阀管注浆，终止注浆条件应满足下列条件之一：①0-3m注浆压力超过0.2MPa、3-5m注浆压力超过0.25MPa、5-7m注浆压力超过0.3MPa、7m以下注浆压力超过0.4MPa，且注浆压力稳定时间大于10分钟；②变形监测轨道上拱量超过1mm时停止注浆。③当注浆压力小于以上分段注浆压力，浆液外泄严重时，应停止注浆，待浆液在初凝后，进行二次注浆，注浆终止条件满足①②条。
3.4.7小导管注浆，终止注浆条件应满足下列条件之一：①花管注浆压力超过0.2MPa，且注浆压力稳定时间大于10分钟；②变形监测轨道上拱量超过1mm时停止注浆。③当注浆压力小于设计注浆压力，浆液外泄严重时，应停止注浆，待浆液在初凝后，进行二次注浆，注浆终止条件满足①②条。
3.4.8道岔区间转辙机、接触网基础及接线基础与位置与设计有冲突，该区段的桩取消施工。
3.4.9对于轨道板变形，应严格变形监测流程进行变形监测。路基补强加固处理完成后，建议采用机车进行压道检验，并加大沉降观测频次以满足沉降评估要求。
4变形监测
4.1监测目的：为监测施工对轨道板的影响，防止轨道板变形导致道岔扣件调整量受到较大影响。观测中发现异常情况，即时调整和优化施工措施。
4.2注浆或喷浆施工过程中，轨道板上拱超过0.5mm时应调整注浆压力，并密切观测后期上拱情况，不断优化，控制上拱量不超过1mm。施工过程一旦发生横向水平位移或上拱量超过1mm，立即停止施工。
5总结
通过旋喷桩、小导管注浆、袖阀管注浆进行地基加固处理，并且在工后的持续跟踪进行的变形监测。无砟轨道沉降观测值为0沉降，达到了路基加固的最佳效果。成功的主要原因1）是施工前的工艺性试验，2）施工过程中的质量控制，3）在施工过程中跟踪及时的变形监测。
参考文献：
[1].吴小印旋喷桩在软土加固中的应用[J].山西建筑，2008
[2].《高压喷射汪浆技术与应用》2007年8月第七版，中国建材工业出版社，2007
[3].《地基处理手册》（第三版）2008年6月第三版，中国建筑工业出版社，2008
[4].成骁，张凤祥《土建注浆施工与效果检测》上海：同济大学出版社，1998
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