雙向攪拌旋噴樁在松軟土和液化土地基加固中的應用

李 祥 中國鐵路上海局集團有限公司徐州鐵路樞紐工程建設指揮部

隨著國民經濟的不斷發展，我國鐵路建設規模日益擴大，尤其高速鐵路的出現，對軟土地基處理提出了更高的要求。軟土地基如處理不好，會出現路基的沉降、滑移、開裂等病害，對鐵路行車安全帶來危害，因此，必須對軟土地基進行有效處理。本文結合連徐鐵路大許南站路基工程，應用雙向攪拌旋噴樁進行地基加固處理。

1 工程介紹

1.1 工程概況

新建連徐鐵路DK156+068～DK158+029段大許南站位于徐州市銅山區大許鎮，總長1.961 km。該段路基以填方形式通過，填高5.2 m～8.2 m，正線地基處理采用雙向攪拌旋噴樁進行加固，樁間距1.5 m，三角形布置，樁長9.9 m～13.4 m。

1.2 地質情況

大許南站地處沼澤地，區域內地質情況復雜，地層以粉土夾淤泥、粉土、淤泥質粉質黏土、黏土為主，設計地質情況如下：

0 m～4 m 為（2）4-1粉土夾淤泥(Q4al)：黃褐色、褐灰色，松散，間夾淤泥，I級，為液化土；

4 m～10 m為（2）2-2淤泥質粉質黏土 (Q4 ml)：灰黑色，軟塑，局部夾少量粉、細砂。基本承載力σ0=60 kPa，Ⅱ級；

局部為（2）4-2 粉土(Q4al)：黃褐色、褐灰色，稍密，飽和，基本承載力σ0=110 kPa（液化前），I級，為液化土；

10 m～14 m 為（2）3-3粉質黏土(Q4al)：可塑，基本承載力σ0=140 kPa，Ⅱ級；

14 m以下為（8）1-0粉質黏土(Q3al)：黃褐色，稍濕硬塑，基本承載力σ0=200 kPa，III級。

1.3 水文地質

本段范圍內地下水主要為第四系孔隙潛水及孔隙承壓水，孔隙潛水主要賦存于第四系全新統黏土、粉土中，地下水埋深1.0 m～2.0 m。

根據地表水水質化驗結果判定：DK156+068.59～DK156+590有硫酸鹽侵蝕作用等級為H1,鹽類結晶破壞作用等級為Y1,氯鹽環境作用等級為 L1；DK157+800～DK158+039.36 有硫酸鹽侵蝕，作用等級為H2,鹽類結晶破壞作用等級為Y1,氯鹽環境作用等級為L1。碳化環境T2。

2 施工工藝

施工流程圖見圖1。

圖1 雙向攪拌旋噴樁施工流程圖

2.1 高壓旋噴切土

采用高壓漿泵把水泥漿液以高壓、高速噴射到地基深處，噴射的過程中切削土體，并通過三角形可伸縮攪拌鉆頭和特殊的噴嘴位置設置（見圖2），使高壓噴射的漿液全部限定在攪拌鉆頭內部，高壓漿液在噴射的同時也與地基土進行了初步的混合。

圖2 三角形可伸縮攪拌鉆頭

2.2 雙向強制攪拌

運用先進的雙向攪拌工藝，通過同心雙軸鉆桿同時旋轉，帶動三角形強制攪拌鉆頭正反兩個方向旋轉攪拌，使水泥土達到強制攪拌效果，同時也避免了漿液沿鉆桿上冒現象的產生（見圖3）。

圖3 同心雙軸三角形強制攪拌裝置

2.3 施工工藝

雙向攪拌旋噴樁采用的工藝為四攪三噴工藝（見圖4）。

圖4 雙向攪樁旋噴工藝流程圖

（1）攪拌機就位：鉆機就位后，對樁機進行調平、對中，調整樁機的垂直度，保證鉆桿應與樁位一致，采用水準尺對鉆桿兩個垂直方向進行檢查，水準泡居中后，采用錘球對垂直度進行檢查，通過尺量確定位置偏差及傾斜度。偏差應在50 mm以內，鉆孔垂直度誤差小于1%；鉆孔前應調試壓漿泵，使設備運轉正常；校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，保證孔底標高滿足設計深度。

（2）噴漿下沉：啟動攪拌機，使攪拌機沿導向架向下切土，同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時正、反向旋轉（外鉆桿逆時針旋轉，內鉆桿順時針旋轉）切割、攪拌土體，攪拌機持續下沉，直到設計深度。

（3）提升攪拌：攪拌機提升，兩組葉片同時正反向旋轉攪拌水泥土，直至樁頂標高，完成兩攪一噴工序。

（4）重復（2）、（3）兩過程。

3 大許南站雙向攪拌旋噴樁應用情況

經現場查勘，結合大許南站目前地質條件及地形地貌，擬定施工參數及施工工藝如下：

3.1 雙向攪拌旋噴樁施工參數

（1）樁基按照正三角形布置，間距1.5 m，樁徑為0.5 m；

（2）水泥選用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.6:1:0.2；

（3）鉆桿提升速度為 1.0 m/min～1.5 m/min；

（4）噴漿壓力為 18 MPa～24 MPa；

（5）噴嘴直徑為2.6 mm；

（6）水泥摻入耗用量為125 kg/m,粉煤灰摻入量25 kg/m。（按照34%的摻量）

（7）單樁承載力195 kN。

3.2 雙向攪拌旋噴樁工藝

本次試樁選用SJB-Ⅱ型攪拌樁機，成樁深度0 m～25 m，成樁直徑φ500 mm～800 mm，內外鉆桿動力均為55 kW，提升卷揚機功率為7.5 kW。

注漿泵選用XPB-90D型高壓注漿泵，額定功率55 kW，排出流量125 L/min，上攪拌槽與下儲漿桶攪拌漿液用電機功率均為2.2 kW。

3.3 漿液

水泥選用合格的普通硅酸鹽水泥，標號為PO42.5級，水泥漿配合比試配合格后方可使用。

按水：水泥：粉煤灰=0.6:1:0.2水灰比制漿，采用漿液攪拌機隨拌隨用，每桶攪拌時間為3 min。將配制好的漿液經過濾網過濾送入攪拌式儲漿桶內備用，濾網采用5 mm×5 mm方格鐵絲網。為防止漿液沉淀，儲漿桶內攪拌機持續攪拌。

3.4 鉆進噴漿攪拌（四攪三噴）

（1）鉆機施工前，應首先在地面進行試噴，在鉆孔機械試運轉正常后,開始引孔鉆進。鉆孔過程中要詳細記錄好鉆桿節數，保證鉆孔深度的準確。

（2）鉆機每鉆進2 m～5 m用水平尺測量水平與立軸垂直一次，保證鉆孔的垂直度。

（3）鉆孔過程中隨時觀察底層變化，對孔深、塌孔、漏漿等情況，做詳細記錄。

（4）孔深到達設計深度后，對孔內進行測斜，孔斜率不得大于1%，若大于1%，重新調整后重新鉆孔。

（5）在鉆孔插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1 MPa，若壓力過高，則易將孔壁射塌。

3.5 成樁質量檢驗

成樁28天后采用淺部開挖樁頭檢查樁身完整性，開挖深度0.5 m，可見樁體圓勻，無縮頸和回陷現象，布置形式、樁間距以及直徑均符合要求，樁體符合設計和施工規范要求。直接量測樁體截面最小直徑。滿足設計要求（樁設計直徑Φ50 cm）。

成樁28天后取芯試驗。從芯樣看，芯樣連續、完整，呈長、短柱狀、混合料分布均勻，無其他異常情況，樁長符合設計要求，樁身均勻性良好。從樁長范圍內取上、中、下三個不同深度位置的芯樣試件進行無側限進行抗壓強度試驗，試驗結果均符合設計要求。無側限抗壓強度試驗28d無側限抗壓強度滿足設計要求。

成樁28天后 進行單樁承載力承載力試驗。試驗結果均符合設計要求。

常規高壓旋噴法是利用高壓設備，將水泥漿液以20 MPa以上的高壓射流通過噴嘴射出，沖擊破壞土體，使漿液和土體拌合形成固結體。由于其具有較強的鉆進與切削能力，使其適用地層范圍較廣，但因噴漿壓力大，噴射范圍隨地層軟硬變化而變化，導致樁徑大小難以控制，且材料浪費嚴重，造價較高。

通過檢測結果與普通高壓旋噴樁對比發現雙向攪拌旋噴樁有如下優點：

（1）高壓注漿、形式多樣

噴漿壓力雖大，但是通過漿液封閉設置，使漿液限制在樁徑范圍內，樁徑不隨地層軟硬而改變；成樁過程中，鉆頭直徑可根據地層或結構需要自由靈活變化，形成樁徑不同的變截面樁型。

（2）攪拌均勻、強度提高

高壓旋噴注漿技術、框式強制攪拌鉆頭、雙向攪拌工藝，使攪拌均勻性和強度大幅度提高。

（3）擾動小、受力合理

高壓噴射的漿液被限制在設定的范圍，同心雙軸同時正反向旋轉，使土體對葉片產生的水平旋轉力相互平衡，降低了噴射、攪拌對樁周土的擾動作用。變截面結構形式，使整個復合地基受力更加合理，達到最佳地基處理效果。

（4）穿透力強、適用性廣

高壓噴射漿液、合金鉆頭切削鉆進，并配備強勁的機械動力，使穿越硬土層能力更強，處理深度更大，應用范圍更廣。

（5）材料節省、經濟性強

特殊的漿液封閉設置限制了漿液水平噴射范圍，同時通過雙向攪拌技術解決了漿液上冒問題，使漿液立體的鎖定在樁范圍徑內，旋噴與雙向攪拌的有機結合，避免了材料的浪費，提高了經濟效益。

4 結束語

雙向攪拌旋噴樁吸收了深層攪拌樁、高壓旋噴樁、三軸攪拌樁等技術優點，適用于松軟土、液化土等軟土地基的處理。根據試樁28天樁身水泥土無側限抗壓強度（3.5 MPa～5.2 MPa）和單樁承載力試驗結果（220 kN～250 kN），雙向攪拌旋噴樁更容易保證施工質量，具有攪拌均勻、強度高、穿透力強、適用性廣、材料節省、強擾動小、受力合理等優點，可進行大面積進行推廣。