高压旋喷桩在既有路基加固的应用

摘要:高压旋喷桩具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形状可控的特点，已成为国内外工程界

普遍接受的、多用、高效的地基处理方法。本文分析了既有路基产生沉降的主要原因，并介绍了单管高压旋喷成桩技术在软土路基沉降中的应用，分别阐述了该技术设计参数的选择，施工工艺及加固效果，指出高压旋喷成桩技术控制沉降变形效果明显，值得推广。

关键词：旋喷桩；既有路基；加固；质量控制

1 概述

朔黄铁路为国家一级干线电气化铁路、重载路基。西起山西省神池县神池南站，东至河北省黄骅港站，是我国西煤东运的第二条大通道。该线铁路于2000年5月18日正式开通运营，列车运行速度80km/h。设计运输能力为近期（2005年前）6885万吨，远期一亿吨，自2006年运量突破亿吨，并以每年千万吨级增长。随着运量的增长，机车车辆轴重的加大和行车速度的提高，原平分公司管内部分地段不同程度的出现了路基下沉情况。经调查发现，下沉地段路堤填高6.0～15.0m，路基填料为粉土，部分填土松软，长时间经雨水冲蚀将细颗粒从路基冲出，引起路基沉降，需时常进行补碴，部分地段拱形骨架拱起。由于长时间补碴，使一定长度范围内形成道碴囊，给运营带来安全隐患。根据现场实际情况决定对沉降严重的路堤地段进行旋喷桩加固处理。具体地段详见表1-1

表1-1 路基下沉及旋喷桩设计统计表

对路基下沉地段进行整治，通常有以下几种方案:

（1）、拆除线路，进行换填。

（2）、挤密桩加固路基本体。

（3）、注浆加固路基本体。

由于前两种方案，需要在天窗点以内施工，对线路影响较大且工期较长，不适宜在既有线路上采用，经过研究决定对路基进行注浆，该方法采用高压旋喷桩加固路基本体，利用水泥浆搅拌系统、高压注浆泵、钻机等设备将水泥浆变成旋转的高速射流，利用射流的强大动能将土体破碎、搅拌，使水泥浆均匀地与原位土体混合在一起，硬凝后形成圆柱状水泥土固结体。

2 旋喷桩布置图

   图1-1旋喷桩横断面图

 图1-2旋喷桩平面布置图

 图1-3旋喷桩纵向布置图

3 旋喷桩设计参数

设计要求自路肩以外1.0m，沿线路（纵向）方向每隔3.0m设一根，沿边坡（横向）方向每隔2.0m设一排，自上而下布置5排桩孔，与水平线成15°角向下。为加强基床范围强度，于第一排桩间加密倾角为5°的旋喷桩，桩间距为3.0m,与15°角桩交错布置。旋喷桩设计桩径0.5m，桩长15～253.0m。

4 施工机械配置

表1-2 主要设备配置表

1、施工前请管段所属工队有关人员配合，详细查清线路两侧地下管线位置，并将边坡上的电缆、光缆用钢板进行包裹防护。

2、按照要求拆除既有边坡防护，并挖除紫穗槐。在边坡坡脚处挖40cm×40cm的排浆沟，如便道上有电缆，在锥坡外侧挖排浆池；便道上经电务人员探测后确定无电缆则在便道上挖排浆池，大小视排浆量和场地大小而定，施工时安排专人排浆，防止水泥浆污染。施工完后清除排浆沟和排浆池中的废浆，再回填，防止污染。

4、根据施工图纸结合现场实际情况，进行旋喷桩施工的测量放样，桥头端与靠进桥台处的桩与桥台距离为1.8m。桩位与既有设备、管线有干扰时及时通知监理单位，调整桩位以保证施工、既有管线及运营安全。

5、旋喷施工自上而下进行，应在坡面和坡脚处搭设脚手架作业平台。在路基坡脚外便道上开挖水泥废浆排浆沟，待旋喷桩和注浆施工完成后回填夯实，恢复便道至原状。

6、旋喷桩施工时必须保证与桥台的距离，随时进行观测，检查桥台构筑物以及轨道、边坡是否出现位移或变形。在施工区域内于桥台两侧各10m处设立观测桩，在桥台上设定观测点，用于观测桥台位移；于上、下行钢轨顶部每2m设定一个观测点，用于观测轨道位移。

6 施工工艺及方法

6.1 旋喷桩施工工艺流程图

图1-4 旋喷桩施工工艺流程图

6.1.2 确定钻孔孔位

施工前用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用竹签钉紧，一桩一签，保证桩孔中心移位偏差小于50mm。

6.1.3 钻机就位

钻机就位要平稳牢固，就位准确，桩位中心允许偏差不大于100mm。底座水平，钻杆角度和设计要求偏差不大于1%。

6.1.4 钻孔

钻孔前先进行试喷，用以检查喷嘴是否畅通，压力、流量等参数是否正常。钻进过程中对土层的硬度、钻进时间和钻杆长度等做好详细记录。钻孔位置与设计位置的偏差不得大于50mm。

6.1.5 拌制浆液

搅拌机的转速和搅拌能力应分别与所搅拌浆液类型和注浆泵的排浆量相适应，并应均匀、连续地拌制浆液，保证连续供浆需要。按设计要求的水灰比1：1（掺加外加剂后水灰比调整为0.85:1）拌制水泥浆液，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，每延米用量不小于250Kg，外加剂采用0.5%的UNF-1高效减水剂以及3%的AJ型速凝剂。其搅拌存放时间自制备至用完不宜超过30分钟，注浆前应二次过筛，以保证浆液均匀，不至于堵塞注浆泵。

6.1.6 喷射作业

喷管由下而上进行喷射作业，在桩顶3m处进行复喷。值班人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否满足设计要求，观测桥台、钢轨并随时做好记录。

6.1.7 冲洗

喷射施工完毕后，必须把注浆管等机具冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排出。

6.1.8 移动机具

将钻机等机具设备移到新孔位上。

6.2 主要技术要求及参数

(1)、钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘与孔位对正，倾角与设计误差一般不得大于1% 。

(2)、喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好。各通道和喷嘴内不得有杂物。

(3)、喷射注浆时要注意准备，开动注浆泵，待估算水泥浆已经流出喷头后，才开始提升注浆管，自下而上喷射注浆。

(4)、喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固体顶部出现凹穴，因此及时用水灰比为0.6～1的水泥浆进行补灌，并防止其它钻孔排出的泥土或杂物进入。

(5)、为了避免因深层硬土而导致固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、降低回转与提升速度等措施，也可采用复喷工艺。

(6)、冒浆的处理，在旋喷处理中，往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据实验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量的20%为正常。超过20%或完全不冒浆时，查明原因后采取相应的措施。地层中有较大空隙引起的不冒浆，则在浆液中增加速凝剂的用量，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固。另外，还可以在空隙地段增加注浆量，填充空隙后再继续正常旋喷施工。冒浆量无穷大的主要原因是喷射范围与注浆量不相适应，导致注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量。减小冒浆的措施：提高喷射压力；加快旋转速度。

(7)、主要施工参数：喷射压力13-20MPa；喷嘴孔径2.5mm；喷浆流量80-90L/min；提升速度16-20cm/min；旋转速度20-22r/min。

(8)、水泥采用42.5#通用硅酸盐水泥，每延米用量不小于250Kg，外加剂NNO(亚甲基二萘磺酸钠)0.5%、711型速凝剂3%。

(9)、桩长不小于设计值，保证导向与作业面的角度。

6.3 成桩质量检查

⑴质量检验时间、内容

施工对喷射施工质量的检验，应在高压喷射注浆结束后1周，检查内容主要为加固区域内取芯实验等。

(2)质量检验数量、部位

检验点的数量为施工注浆孔数的2%～5%，对不足20孔的工程，至少应检验2个点，不合格者应进行补喷。检验点应布置在下列部位：荷载较大的部位、桩中心线上、施工中出现异常情况的部位。

(3)检验方法

旋喷桩的检验可采用钻孔取芯方法进行。

钻孔取芯：在已施工好的固结体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度，及其抗渗能力。

7常见问题的原因分析及处理方法

根据旋喷桩施工工艺特点及场区内工程地质情况，为保证旋喷桩施工质量，针对施工中可能出现的问题进行分析并提出预防措施及处理方法。

7.1. 固结体强度不均匀、缩颈

7.1.1产生原因

⑴喷射方法与机具没有根据地质条件进行选择。

⑵喷浆设备出现故障中断施工。

⑶拔管速度、旋转速度及注浆量适配不当，造成桩身直径大小不均匀，浆液有多有少。

⑷喷射的浆液与切削的土粒强制搅拌不均匀，不充分。

⑸穿过较硬的粘性土，产生颈缩。

7.1.2预防措施及处理方法

⑴根据设计要求和地质条件,选用不同的喷浆方法和机具。

⑵喷浆前,先进行压浆压气试验，一切正常后方可配浆，准备喷射，保证连续进行.配浆时必须用筛过滤。

⑶根据固结体的形状及桩身匀质性，调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量。

⑷对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射（不提升）或复喷的扩大桩径办法。

⑸控制浆液的水灰比及稠度。

⑹严格要求喷嘴的加工精度、位置、形状、直径等，保证喷浆效果。

7.2压力上不去

7.2.1产生原因

⑴安全阀和管路安接头处密封圈不严而有泄漏现象。

⑵泵阀损坏，破裂漏油。

⑶安全阀的安全压力过低，或吸浆管内留有空气或密封圈泄漏。塞油泵调压过低。

7.2.2预防措施及处理方法

应停机检查，经检查后压力自然上升，并以清水进行调压试验，以达到所要求的压力为止。

7.3压力骤然上升

7.3.1产生原因

⑴喷嘴堵塞。

⑵高压管路清洗不净，浆液沉淀或其他杂物堵塞管路。

⑶泵体或出浆管路有堵塞。

7.3.2预防措施及处理方法

⑴应停机检查，首先卸压，如喷嘴堵塞将钻杆提升，用铜疏通。

⑵其他情况堵塞应松开接头进行疏动，待堵塞消失后再进行旋喷。

7.4钻孔沉管困难偏斜、冒浆

7.4.1产生原因

⑴遇有地下埋设物，地面不平不实，钻杆倾斜度超标。

⑵注浆量与实际需要量相差较多。

⑶地层中有较大空隙不冒浆或冒浆量过大则是因为有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆液所致。

7.4.2预防措施及处理方法

⑴放桩位点时应钎探，遇有地下埋设物应清除或移动桩钻孔点。

⑵喷射注浆前应先平整场地，钻杆应垂直倾斜度探制在0.3%以内。

⑶利用侧口式喷头，减小出浆口孔径并提高喷射能力，使浆液量与实际需要量相当，减少冒浆。

⑷控制水泥浆液配合比。

⑸针对冒浆的现象则采取在浆液中参加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固，还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续旋喷。

⑹针对冒浆量过大的现象则采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋转速度。

7.5固结体顶部下凹

7.5.1产生原因

在水泥浆液与土搅拌混合后，由于浆液的析水特性，会产生一定的收缩作用，因而造成在固结体顶部出现凹穴。其深度随土质浆液的析水性、固结体的直径和长度等因素的不同而异。

7.5.2预防措施及处理方法

旋喷长度比设计长0.3～1.0米，或在旋喷桩施工完毕，将固结体顶部凿去部分，在凹穴部位用混凝土填满或直接在旋喷孔中再次注入浆液，或在旋喷注浆完成后，在固体的顶部0.5～1.0m范围内再钻进0.5～1.0m，在原位提杆再注浆复喷一次加强。

8 整治效果

该工程于2009年3月开工，年底施工完毕，经过一年多的定期观察，采用旋喷桩处理过的路基地段下沉得到了有效控制，没有再继续发展，达到了整治的预期效果，为朔黄线的安全运营打下了坚实的设备基础。

参考文献： 

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