三重管高壓旋噴樁在改線工程地基加固中的應用

黃健德

（中國鐵建二十四局集團 福建鐵路建設有限公司，福建 福州 350001）

高壓噴射技術是上世紀70年代初期，日本最先應用于地基加固和防水帷幕一種特殊的地基加固技術。此后，70年代中期又開發了同時噴射高壓冰液和壓縮空氣的二重管法，最后形成噴射高壓清水，壓縮空氣和低壓漿液的三重管法。這種方法比單管法、雙重管法加固直徑大，不需要采用高壓泥漿泵，成為國內外應用最廣的噴射注漿法。目前，在我國得到較廣泛的應用，解決了一批其他施工方法難以解決的工程技術問題，取得了良好的社會和經濟效益。

1 工程概述

1.1 工程概況

京滬線棲霞山隧道地段改線工程位于棲霞山站與南京東編組站之間，里程為K282+600～K285+550。既有棲霞山隧道不能滿足雙層集裝箱的限界要求，并存在局部襯砌開裂、滲水、巖層剝蝕掉塊及基床翻漿冒泥等病害。新建棲霞山隧道距既有隧道南側約180m，兩端R-800m曲線一并改造，改線長度2.9km。

DK284+275～+870段路堤與既有上行線并行，距既有上行線0m～19m；為既有路基半寬加大，采用三重管高壓旋噴注漿進行地基加固處理。

1.2 地質概況

根據設計院地質鉆探資料：(1)表層為人工填土，厚1.0～5.0m，C=20KPa,φu=25°,r=18.0KN/m3；(2)深灰色、灰褐色的流塑淤泥質黏土和黃褐色軟塑粉質黏土，淤泥質黏土層厚一般為2.0～15.0m 不等，Cu=7.0KPa,φu=11.0°,r=17.6KN/m3φcu=17.5°；(3)粉質黏土,灰色,軟塑,厚＞2m，地基工程地質條件較差。

1.3 地下水

地下水主要為上部土層孔隙潛水，水量小，受雨水、地下水補給；地下水埋深約為1.0～3.0m。

2 采用高壓旋噴樁的原因

2.1 高壓旋噴樁對處理淤泥、淤泥質黏土、流塑、軟塑粉質黏土、粉土、砂土、黃土和碎石土等地基非常有效，能明顯提高地基的抗剪強度，改善地的變形性質。

2.2 該段路堤臨近既有上行線并行，距既有上行線0m～19m；路堤坡腳處居民房屋較密集，若采用預應力管樁進行軟基處理，施工過程中的擠土效應會對既有鐵路及周圍的房屋產生影響，將危及既有鐵路的運營安全及房屋開裂等問題。采用高壓旋噴樁，減少其對鐵路既有路基穩定性及坡腳房屋的影響。

2.3 因本段路堤既有路基半寬加大，經現場二次鉆探及挖探坑確認原鐵路既有線路基填土中夾有片石，若采用深層攪拌樁，必須對3～5m表層人工填土進行開挖清除雜石，引起的既有路基沉降，危及既有鐵路的運營安全。高壓旋噴樁設備巧小，移動靈活，適合在既有路基半寬的狹長地帶的施工。高壓旋噴樁法是先鉆孔（引孔），相對深層攪拌樁不僅垂直度易控制，不易發生偏移且水平抵抗力相對較好。

3 高壓旋噴樁設計

高壓旋噴樁，樁徑 1.0m，樁長 12.5m～18.0m，樁間距 1.6m～3.2m。采用425#普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1,設計復合地基承載力不小于300kPa。高壓旋噴樁采用三噴管進行施工，施工前應進行工藝性試樁，試樁根數不少于4根，以取得在該地層條件下達到設計有效樁徑的工藝性參數。

4 三重管高壓旋噴樁工藝原理

這是一種漿液、水、氣噴射法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質的三重注漿管，在以高壓泵等高壓發生裝置產生高壓水流的周圍環繞一股圓筒狀氣流，進行高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大的空隙，再由泥漿泵將水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎的地基中，噴嘴作旋轉和提升運動，使水泥漿與土混合，在土中凝固，形成較大的固結體，其加固體直徑可達2m。

5 工藝性參數參數

試驗采用P.042.5級硅酸鹽水泥，按照技術規范要求及設計參數進行高壓旋噴樁的工藝性試驗，確定具體參數結果如下:

旋噴注漿施工技術參數

6 三重管高壓旋噴樁施工

6.1 施工準備工作

高壓旋噴樁施工前，應在做好施工調查、核對設計文件的基礎上進行交接樁，定測復測、測設施工邊界樁修建供生產及生活使用的臨時工程，清理施工場地，并做好施工防排水工作。

施工調查應重點收集以下內容的資料：(1)地基的地質情況。(2)材料的復查和試驗。(3)樁機設備的狀況，施工人員的操作上崗證。

6.2 施工機具

施工機具主要由鉆機和高壓發生設備兩大部分組成。由于噴射種類不同，所使用的機器設備為：XPB-90型高壓水泵、XP-20鉆機、HB80型泥漿泵、VT-618型、泥漿攪拌機、三重管、高壓膠管等。

6.3 施工材料

(1)水泥：灌漿采用海螺牌罐裝普通硅酸鹽32.5號水泥。工地上必須保證有100噸水泥的儲備，以滿足高壓旋噴樁的施工。(2)陶土：南京湯山康發冶鑄材料有限公司鉆井泥漿膨土。(3)膨脹劑：南特牌UEA低堿混凝土膨脹劑。

6.4 施工程序

先把鉆桿插入或打進預定土層中，自下而上進行噴射注漿作業。

（1）鉆機就位。旋噴注漿施工的第一道工序就是將使用的鉆機安裝在設計的孔位上，使鉆桿頭對準孔位的中心。同時為保證鉆到設計要求的垂直度，鉆機就位后，必須作水平校正，使其鉆桿軸線垂直對準鉆孔的中心位置。施工時旋噴管的允許傾斜度不得大于1.0%。

（2）鉆孔。鉆孔的目的是為將旋噴注漿插入預定的地層中。準備工作完成后就可開始鉆孔。鉆孔的位置與設計位置的偏差不得大于50mm。

（3）插管。插管是將噴管插入地層預定的深度。使用震動鉆機鉆孔時，插管與鉆孔兩道工序合二而一，鉆孔完畢，插管作業即完成。使用地質鉆機引孔時，鉆到預定深度后必須撥出巖芯管，并換上旋噴管插入預定深度。

（4）噴射注漿。噴射注漿管插入預定深度后，由下至上同時噴射高壓水及低壓空氣，利用高壓水噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大孔隙。另注入水泥漿液填充空隙。注漿時隨時檢查漿液初凝時間、漿液流量、漿液壓力、旋轉提升速度、水壓力、水流量及空氣壓力、空氣流量等參數是否符合設計及規范要求，并隨時做好記錄。

（5）沖洗。施工完畢后，沖洗干凈注漿管等機具設備，管內機內不得殘存水泥漿。

（6）移動機具。把鉆機等機具設備移到新孔上。

6.5 旋噴樁的操作要點

(1)垂直施工時，鉆孔的傾斜度一般不得大于1.5%。

(2)在插管和噴射過程中，要注意防止噴嘴被堵，在拆卸或安裝注漿管時動作要快。水、氣、漿的壓力和流量必須符合設計值，否則要拔管清洗再重新進行插管和旋噴。

(3)噴射時，要做好壓力、流量和冒漿量的量測工作，并按要求逐項記錄。鉆桿的旋轉和提升必須連續不中斷。拆卸鉆桿繼續旋噴時，要注意保持鉆桿有0.1m的搭接長度，不得使噴射固結體脫節。

(4)深層旋噴時，應先噴漿后旋轉和提升，以防注漿管扭斷。

(5)攪拌水泥時，水灰比要按設計規定，不提隨意更改，在旋噴過程中應防止水泥漿沉淀，使濃度降低。禁止使用受潮或過期的水泥。漿液攪拌完畢后送至吸漿桶時，應有篩網進行過濾，過濾篩孔要小于噴嘴直徑1/2為宜。

6.6 施工技術措施

(1)旋噴施工應間隔2～3孔跳孔施工。

(2)當噴漿口達到樁頂高度時，繼續噴漿上提0.5m，以保證樁頂質量。

(3)當地層有較大空隙時，在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結時間；在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后繼續正常噴漿。

(4)噴射注漿作業后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度收縮，使固結體頂部出現凹穴，所以應及時從旋噴孔再次壓漿填滿或進行原位二次注漿。并要預防其它鉆孔排出的泥土或雜物進入。

(5)在噴射注漿過程中，應觀察冒漿的情況，以及時了解土層情況，噴射注漿的大致效果和噴射參數是否合理。采用三重管噴射注漿時，冒漿量則應大于高壓水的噴射量，但其超過量應小于注漿量的20%。

7 效果檢查

高壓旋噴樁施工完成后，按規范要求，分別對不同部位的高壓旋噴樁進行了低應變檢測、鉆孔取芯、單樁豎向抗壓靜載試驗，均滿足設計和規范要求。

8 結語

該工程既有線路基半寬加大采用三重管高壓旋噴樁施工技術，取得了較好的加固效果，保證了既有線路基及行車安全，說明三重管噴射注漿法是一種具有特殊功能的地基加固方法，與包括樁基及其它地基處理方法相比，噴射注漿法是一種最優的選擇，有些情況則是唯一選擇。因此，它是一種新的、具有很強生命力的地基加固技術。

[1] 孫振川.城市地鐵盾構法隧道軟土地段端頭地層加固技術[J].西部探礦工程，2003，89（10）：81－83.

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[3] JGJ79-2002、J220-2002.建筑地基處理技術規范[S].

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