湘桂鐵路框架涵施工控制與旋噴樁加固技術

張國興 邢振賢 翟 芳

(華北水利水電學院土木與交通學院，河南鄭州 450011)

1 工程概況

湘桂鐵路建于20世紀30年代，是廣西、海南、粵西地區與華中、華東、華北等地區客貨交流的主通道。原有線路標準低、設備簡陋，且客車旅行速度較低，為單線內燃牽引鐵路，運輸能力已趨飽和，遠不能滿足鐵路沿線各省客貨運量快速增長的需求，迫切需要實施擴能改造。在2008年，廣西投資約120億元對湘桂線進行擴能改造。湘桂鐵路柳南Ⅰ標段是湘桂鐵路擴能改造工程的重要組成部分，該區段有28座框架涵，該地區地基多為淤泥、淤泥質土、粘性土等地基土，采用旋噴樁進行加固。

本區屬中亞熱帶濕潤區溫暖型氣候，北回歸線橫穿中部。直接承受印度洋及太平洋水氣補充。其氣候特點是溫暖濕潤，雨量充沛，夏季長而炎熱，冬季短偶有奇寒，有明顯的干濕兩季之分。每年4月～8月為雨季，9月次年3月為旱季。夏季易澇，春秋易旱。柳州多年平均氣溫20.6℃，極端最高氣溫39.2℃，極端最低氣溫－3.8℃。多年平均降雨量1 424.7 mm，最大一日降雨量214.8 mm。4月～9月為豐水期，春秋兩季間有濃霧。沿線地層巖性從古生界至新生界第四系地層出露齊全。本地區位于南華準地臺上的廣西“山”字形構造區，歷經加里東、印支、燕山、喜瑪拉雅等多次構造運動，形成多種構造體系，其沉積建造復雜，褶皺、斷裂非常發育。柳州至黎塘位于廣西“山”字形構造的前弧東翼，柳州至鳳凰段屬南北向構造。沿線地形，地質條件復雜，不良地質發育，對線路有影響的不良地質和特殊地質有:坍塌及滑坡、棄碴失穩及水土流失、巖溶塌陷、采空區地面塌陷及圍巖失穩、突水突泥、有害氣體、塌方冒頂。沿線地下水類型主要為孔隙潛水、巖溶水、基巖裂隙水三種，其中以巖溶水最為發育。

2 涵洞工程施工方法

框架涵結構復雜，施工工序較多。為此，在施工前都要有嚴格的施工程序設計，圖1是框架涵施工流程。

2.1 施工放樣

以CPⅠ，CPⅡ控制點、加密施工控制點為依據進行施工放樣。施工前組織測量放樣，復測中線、高程，準確放出基礎位置，并在施工中及時復核。對設計確定的涵洞的位置、方向、長度、孔徑、出入口高程以及排灌系統的連接等與實際地形地貌有出入的，及時與設計、監理聯系，必要時進行變更設計。

2.2 基礎開挖

采用人工配合挖掘機進行，開挖時按設計及規范要求放坡，基坑比設計尺寸加大1.0 m，以便排水。挖掘機開挖基坑至離設計基底標高30 cm處時，改為人工挖除剩余土層，防止超挖。開挖后地質及承載力應滿足設計要求，挖基達到設計標高，核對地質及基底承載力，并報監理工程師檢查，合格簽證后進行下道工序施工。

圖1 框架涵施工流程圖

2.3 基底處理

地基處理按設計要求進行旋噴樁加固施工。涵洞基底砂夾碎石層用振動夯分層夯實，確保墊層均勻密實。基底處理完畢并經自檢達到設計及規范要求后報監理工程師檢查，進行檢驗批質量驗收，驗收合格后進行下道工序施工。

2.4 模板系統

1)模板制作。在滿足強度要求的前提下，對混凝土的外觀質量須嚴格要求，混凝土工程凡外露的模板，應采用2.2 m鋼模板或膠合板(厚度應大于2 cm)，或粗面木材料以厚膠合板或襯以金屬板。要求安裝模板接縫不大于1 mm，接縫處相鄰兩模板高差小于1 mm，模板平整度小于2 mm。

2)彈線。根據其軸線中樁，端頭樁等按設計用全站儀放出墻身線，并在基礎上彈出墨線。

3)安裝。安裝前按圖紙要求檢查支架和自制模板的尺寸與形狀，合格后才準進入施工現場。沿墨線架立鋼模，模板沿軸線方向每隔1.0 m設一道拉桿，豎向每隔1.0 m設一道拉桿，以防止模板下部變形，各拉桿通過蝴蝶扣與模板背側鋼管連接，拉桿均用雙螺帽固定，以防止拉桿滑絲移位。模板內側用墻身同寬的木方水平支撐模板，其間距不大于80 cm×80 cm，以確保模板剛度、垂直度和穩定性要求。按模板高度分上、中、下在模板兩側設置木制斜撐。兩側墻身平行模板之間設置水平面支撐，以保證涵洞凈空準確。

4)自檢。檢查模板接縫，模板連接縫大于2 mm用灰膏類填縫，自檢模板平整度、垂直度以及穩定性，涵洞凈空等，并請監理工程師現場檢驗，合格后方可進行混凝土澆筑。

2.5 混凝土主體結構施工

混凝土施工前將模板內積水及雜物清理干凈。一切支撐及拉桿等固定就位后，自檢模板平整度、垂直度以及穩定性，涵洞凈空等，并請監理工程師現場檢驗，合格后方可進行混凝土澆筑。

1)底板。一次整體澆筑，不留施工縫，用振動棒、平板振動器搗實，罩塑膜保濕養護。

2)邊墻。當底板混凝土強度達到設計強度的70%后，方可澆筑邊墻，邊墻必須一次澆筑。澆筑前，邊墻與底板混凝土接榫必須鑿毛，洗干凈，先涂純水泥，再澆筑上部混凝土。兩邊墻對稱、分層澆筑，每層厚度控制在40 cm以內，并階梯式斜面推進，豎向一次澆筑完成。混凝土落高超過2.0 m時采用串筒;混凝土振搗采用插入式振搗器，振動棒插點間距不大于50 cm，快插慢拔、振動到表面泛漿無氣泡為止;分段設專人振搗，技術人員跟班作業，避免欠、漏搗。混凝土振搗應充分密實為止。密實的標志是混凝土停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈現平坦、泛漿現象為止。每次混凝土澆筑完畢后，用抹子將頂面抹平拍平壓光，防止頂面松散。

3)頂板。在兩側邊墻澆筑后自中部向兩端、全斷面一次整體澆筑完成。混凝土澆筑時鋪設走道板，施工人員不得踩踏鋼筋。采用振動棒、平板振動器搗固混凝土，罩塑膜保濕養護。混凝土達70%(跨徑＞8 m時需達到100%)設計強度自跨中向兩側拆架。

4)混凝土的養護。混凝土振搗完成后，應及時修整、抹平混凝土裸露面，初凝后終凝前再抹第二遍并壓光，抹面時禁止灑水。混凝土灌注完成后，在收漿后12 h內即應覆蓋，采取塑料薄膜封閉覆蓋措施進行養護。養護時間不得少于15 d。當日平均氣溫低于5℃時，應采取保溫養護措施，并不得對混凝土灑水養護。

2.6 附屬結構施工

1)混凝土翼墻施工。翼墻混凝土一次整體澆筑。立模時應保證支撐牢靠，混凝土采用串筒入倉，施工過程中，控制好混凝土澆筑速率，防止混凝土澆筑過程中出現跑模現象。

2)墻帽。當墻身漿砌片石砌完后，抄平打點，用木模立板座，在涵外側搭設作業平臺，設扒桿在涵內搭作業平臺，人工入模，插入式振動棒振搗。

3)防水層、沉降縫施工。混凝土涵身施工完畢后，按設計及施工規范進行沉降縫和防水層施工。涵洞內用M10的水泥砂漿填塞，外用防水材料浸制木板、防水材料浸制麻布及甲種防水帶填塞。完成后涂刷防水涂料，后粘貼防水卷材，最后施工粘土保護層。

4)缺口回填。涵渠缺口填土按涵管1.5倍孔徑范圍，依照特殊填土要求進行回填，回填時采用滲水土對稱分層進行夯填，相對密度達到95%，每層完成后進行密實度試驗，合格后進行下層回填。當回填土厚度達到板頂以上0.8，混凝土達設計強度后，大型機械方能通過。

5)出入口施工。出入口的施工安排在缺口填土之后進行。施工在按照設計施工的同時，力爭與地形自然順接。挖填后鋪砌，基底及側面夯填密實。端墻以上的坡面鋪砌，坡面夯拍密實，坡面平順。

3 基底處理

基底處理按設計要求進行旋噴樁加固施工。涵洞基底砂夾碎石層用振動夯分層夯實，確保墊層均勻密實。基底處理完畢并經自檢達到設計及規范要求后報監理工程師檢查，進行檢驗批質量驗收，驗收合格后進行下道工序施工。

3.1 旋噴樁施工

雙重注漿管復合噴射壓縮空氣，并注入水泥漿液。由于高壓空氣射流的作用，使地基中一部分土粒隨著壓縮空氣排出地面，高壓漿流隨之填充空隙。旋噴使用的水泥應采用新鮮無結塊32.5號普通水泥，水泥漿水灰比為0.45～0.55。稠度要適合，為消除離析，再加入水泥用量3%的陶土、0.9%的堿。漿液應在旋噴前1 h以內配制，使用時濾去硬塊、砂石等，以免堵塞管路和噴嘴。其施工工序如下:清除地表以下的大石塊、樹根、管線及架空高壓線等施工障礙物，挖除地表0.3 m厚的種植土，做好土路拱和排水溝，調查了解水文地質情況和土體的性能指標，并已進行室內配方試驗。根據現場情況，為保證旋噴樁機械進入場地作業，必要時可對地表進行換填處理。正式施工前進行工藝性試樁，掌握現場成樁經驗及各項工藝操作的技術參數，確定鉆進速度、提升速度、注漿速度、空氣壓力等數值。樁機就位時要仔細調平機臺，保證成樁垂直度。采用在鉆桿上劃刻度線的方法精確控制下鉆深度、噴粉高程及停灰面，保證樁體長度達到設計要求。

旋噴樁施工在操作方法上要注意以下幾點:

1)對正樁位，調整鉆機機身，保證鉆桿的垂直度，啟動鉆機下鉆，待攪拌鉆頭接近地面時，啟動空壓機送氣，開始鉆進;2)鉆到設計孔深時;3)沉入注漿管至孔底;4)高壓噴射注漿，注漿管應在前方水泥漿流出噴頭后，方可開始提升注漿管，自下而上噴射注漿;5)成樁，拔管;6)機械清洗;7)移動到下一個樁位。

3.2 施工質量控制和質量檢測

1)質量控制措施。

施工質量控制措施有很多種類型，具體可以通過以下幾點努力:a.為確保工程質量在預定的范圍之內，可以采取事先試驗的方式，首先通過此方式增加工程施工的熟練度最大限度的降低誤差。在施工前可先打一組試樁，一般為三樁，這樣可以有效的確定各施工項的參數。具體有旋轉速度、鉆進速度、提升速度等。其次可以確定機械需配備的人員;b.開機前的檢查，具體檢查的事項包括:孔距、復核孔位，檢查鉆機是否水平、軸垂直度等。在鉆孔的過程中應著重避免鉆機的劇烈振動，以防止跳動及鉆桿擺動等問題的出現;c.保持噴漿的飽滿，這項問題可通過控制旋噴的壓力和提升及旋轉速度等來實現;d.鉆頭在鉆進的過程中，施工技術人員應時刻保持謹慎，定時檢查孔深及孔斜率，以確保以上技術指標達到設計要求，并隨時做好預警準備;e.加強施工監督檢查，做好檢查施工記錄，對照施工工藝對每根樁進行質量考核。對不合格的樁，根據實際情況進行處理。

2)質量檢測方法。

在高壓旋噴注漿結束四周后，要及時進行質量檢驗。檢查對象要選擇地質條件比較復雜的地區或在噴射的過程中有異常現象的固結體，比例為注漿孔數的5%，至少對每個加固工程檢查一個。常用的檢測方法有:a.室內灰比實驗;b.開挖檢查，全面檢查噴射固結體的質量;c.鉆孔檢查;滲透試驗;標準貫入度試驗。

4 結語

框架涵施工工序比較復雜，施工過程中各工序之間應緊密聯系。高速鐵路對軟土地基施工要求較高，旋噴樁是處理軟基的方法之一。本文通過采用旋噴樁加固軟土地基，從而實現了在不良地基上修建框架涵的目的。目前該項目的所有框架涵均已完工，各項施工質量指標均已達到設計要求。

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