鐵路施工中高壓旋噴樁的技術應用探討

艾江臨 李玉雙

（中鐵八局集團第三工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

1 工程概況

1.1 工程說明

六沾線新灣子寨二號隧道位于六盤水樞紐內，隧址屬溶蝕峰叢地貌，洞身穿越地層為石炭系中統黃龍群（C2hn）灰巖夾白云（W2），巖溶強烈發育，拱頂以上最大埋深約52m。

施工過程中揭示隧道內巖溶強烈發育，洞身及隧底巖溶主要表現為溶蝕破碎帶、充填溶洞、溶蝕裂隙及溶槽等，并結合溶洞發育特征，對隧底下部存在沉積粉砂土、溶蝕填充淤泥質粘土，設計采用高壓旋噴樁加固隧底.為滿足加固后的復合地基承載力fspk≥250KPa，確定旋噴樁參數為，樁徑50cm，間距90cm。旋噴樁加固深度：5-20m。注漿壓力不小于25Mpa，水灰比W：C=1:1～1：1.5，采用普通硅酸鹽水泥，并摻加2%～3%速凝劑CaCl2。為保證旋噴質量，樁頂須復噴2m。隱伏溶洞上部基巖需開設φ90 鉆孔。單樁長6～20m,呈正方形布置,樁間距0.9m。總根數設計為1292 根,旋噴長度為14860m,鉆孔回灌水泥漿2912 m3。

1.2 地質情況

旋噴樁施工段內主要地質情況 (從地表向下)如下：<1>黏土（Q4dl+pl）：棕黃、褐黃色，硬塑狀，<2>黏土（Q4dl+el）：棕黃、棕紅色，硬塑狀，<3>灰巖夾白云巖（C2hn）：淺灰、灰色，隱晶、致密結構，厚層～塊狀結構。

1.3 質量要求

達到鐵道部現行的《鐵路工程施工質量驗收標準》、《鐵路隧道施工規范》及設計要求。工程一次驗收合格率達到100%。

2 旋噴樁施工方法

2.1 旋噴樁施工原理及材料設備選用

2.1.1 施工原理

高壓旋噴法是把注漿管鉆入或置入土層后,使噴嘴噴出不小于25Mpa的高壓噴射流破壞地基土體,形成預定形狀的空間,注入的漿液將沖下的土置換或部分混合凝成固結體,以達到改造土體的一種方法。

2.1.2 材料及設備

① 采用材料：采用PO42.5 普通硅酸鹽水泥，并摻加2%～3%速凝劑CaCl2。②選用設備：旋噴樁施工選用的主要機具設備見表1。③選用設備說明：鉆機根據需要附設調速裝置,或增設慢速卷揚機,以調節其轉速和提升速度。二重管由回旋器、連接管和噴頭組成,用于向土體內壓入氣和漿液的2 根管互不相通,按直徑大小在同一軸線上重合套在一起。噴嘴D=2毫米。二重管噴射流為高壓漿液噴射流與其外部環繞的壓縮空氣噴射流,組成為復合式高壓噴射流。

?

2.2 旋噴樁施工方法

2.2.1 漿液要求

漿液具有良好的可噴性；有足夠的穩定性,漿液中含氣少；能調整漿液的膠凝時間；有良好的力學性能；無毒、無臭；結石率高。

2.2.2 旋噴樁施工

①施工準備；②平整場地：隧底鋪墊一層厚20 cm 小石塊,攤鋪整平、靜壓；③在開工之前根據設計放出旋噴樁的中心位置；④在施工現場取樣按設計要求進行室內配合比試驗,確定漿液最佳配合比；⑤工藝性試驗根據《鐵路工程地質原位測試規程》(TB10018-2003)、《建筑地基處理規范》（JGJ79-2002）的規程,于2009 年4 月22日～4月24日進行成樁試驗（4根）。

?

從上述實測數據可以看出,選用水泥漿液壓力28MPa、注漿管旋轉速度為15r/min、注漿管提升速度為20cm/min、空氣壓力為0.7MPa的工藝參數施工的高壓旋噴樁樁徑符合設計要求。經檢測樁體的無側限抗壓強度＞1.5MPa,符合設計要求。

2.2.3 高壓旋噴樁施工方法與注意事項

① 采用二重管復噴法施工,首先用鉆機鉆成φ 90毫米的孔,然后將二重注漿管插入孔內,再一邊提升一邊進行噴射注漿。②在插入旋噴管之前,先檢查高壓水與空氣的噴射情況,各部位密封圈是否封閉,插入后先做高壓射水試驗,合格后再噴射注漿。施工中,遇到塌孔插入困難時,用1～3MPa的低壓水進行沖孔。③采用二重管法施工,先送高壓水,在30 秒左右之后送水泥漿,再在樁底部邊旋轉邊噴射1 分鐘后,邊旋轉、邊提升、邊噴射。④ 二重管法的旋噴速度控制在15r/min,提升速度控制在20cm/min。鉆桿應均勻旋轉、提升,確保樁體連續、均勻。注漿管分段提升的搭接長度不小于10cm。⑤噴射時,在達到預定的噴射壓力和噴漿量之后,再逐漸提升注漿管,中間發生故障時,停止提升和旋噴,并立即進行檢查排障。⑥旋噴進程中,將冒漿量控制在10～20% 之間。⑦復噴至軟土層頂后,應即時減小注漿壓力,將壓力控制3MPa左右進行回灌水泥漿（引孔內灌漿）,直至到達地表。施工完后迅速拔出注漿管,用清水沖洗管路,防止凝固堵塞。⑧水泥漿的水灰比為1:1。應按照室內配方配制,不得隨意改變,并需嚴格過濾（三層濾網）防止堵塞管路；水泥漿隨攪隨用。漿液的攪拌時間：每罐攪拌時間不少于3 分鐘,并在使用過程中進行不間斷的輕微攪拌,避免漿液沉淀。水泥漿一次攪拌量根據攪拌機的容量來確定,施工中每攪拌一次需用水泥400kg、8Kg 速凝劑Ca－Cl2。⑨高壓噴射產生的廢漿抽排到儲漿池中,然后用泥漿車運至指定地點。⑩高壓旋噴樁施工流程見下圖。

2.2.4 旋噴樁施工中的檢驗

①旋噴樁機配備符合計量規定的計量裝置,且裝置處于檢定有效期內。②對所用水泥、外加劑等材料的進場檢驗按試驗的有關規定進行。③通過放樣和尺量的方法檢查樁位的布置形式,保證滿足設計要求。④通過計數的方法檢查并確認樁的布置數量是否符合設計要求。⑤通過測量鉆桿的長度刻線檢查（必要時鉆芯檢查）單根樁的長度,確保樁長符合要求。

2.2.5 施工過程控制

2.2.5.1 機械就位時機座應平穩,立軸、轉盤與孔位對正,傾角與設計誤差一般不得大于0.5。

2.2.5.2 高壓設備與管路系統應符合設計及安全要求,密封良好,防止管路堵塞。旋噴注漿應注意設備開動順序。二重管的水、漿供應應有序進行,銜接緊密。

2.2.5.3 當在注漿過程中因拆卸鉆桿或因故停噴后續噴時,應重復旋噴不小于10cm。旋噴過程中出現壓力驟然下降、上升、孔口冒漿量超過20%或完全不冒漿時應查明原因及時處理。

2.2.5.4 冒漿的處理：在旋噴處理中,有一定數量的土粒,隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面,冒漿量控制在10%～20% 者為正常。超過20%、冒漿量小于10% 或完全不冒漿時,應查明原因并采取相應的措施。① 出現不冒漿或斷續冒漿時,若系土質松軟則視為正常現象,可適當進行復噴；若系地層中有較大空隙引起的不冒漿,則可適當調整外加劑摻入量,縮短固結時間,使漿液在一定土層范圍內凝固。另外,還可以在空隙地段增加注漿量,填充空隙后再繼續正常旋噴施工。②流量不變而壓力突然下降時,應檢查銜接部位的密封情況,必要時拔出注漿管,檢查封密性能。

2.2.5.5 減小冒漿的措施有三種：提高噴射壓力(噴射量不變)；適當縮小噴嘴直徑(噴射壓力不變)；加快提升和旋轉速度。

2.2.5.6 鉆機成孔和噴漿過程中,應將廢棄的加固料及冒漿回收處理,防止環境污染。

2.2.5.7 高壓旋噴樁的質量控制應貫穿在施工的全過程,施工過程中隨時檢查注漿壓力、引孔長度及終孔長度和旋噴樁長、注漿管的轉速及提速、空氣壓力等。

?

3 施工中出現的問題

3.1 施工中有些樁位出現不連續冒漿或完會不冒漿。

3.2 處理部位在距地表約8米以下,樁身垂直度不易控制。

4 高壓旋噴樁工程質量保證措施

4.1 高壓旋噴樁施工前嚴格按照設計和施工規范要求進行平整地表,設置回漿池,符合設計要求后再進行下一道工序施工,并進行成樁試驗。

4.2 物資部門應對進場材料的品種、規格及質量進行檢查。工區試驗室按設計要求進行室內配比試驗,確定漿液最佳配比；并隨時抽查水泥漿液的攪拌質量。

4.3 噴射注漿時應注意設備開動順序。水、氣、漿供應有序進行,銜接緊密。

4.4 二重管法的旋噴轉速控制在15r/min,提升速度控制在20cm/min。鉆桿應均勻旋轉、提升,確保樁體連續、均勻。注漿管分段提升的搭接長度不小于10cm。確保樁長符合設計要求。

4.5 施工過程中隨時檢查施工記錄和計量記錄。

4.6 旋噴施工中隨時注意對壓力和流量的控制,保證樁徑。

5 總結

綜上所述,以高壓噴射流直接沖擊破壞土體,漿液與土凝固為固結體的高壓噴射注漿法,從施工方法、加固質量到適用范圍,不但與靜壓注漿法的所不同,而且與其他地基處理方法相比,亦有獨到之處。

[1]《鐵路工程地質原位測試規程》

[2]《鐵路隧道施工規范》

[3]GB 50021-2001 巖土工程勘察規范[S]