旋喷桩在铁路涵洞基底处理中的设计与施工

姜玄照

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

旋喷桩属于高压喷射注浆法的一种，利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体。喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固，对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果。

由于旋喷桩处理后的地基基底承载力较高，基础整体性好，沉降小，目前在高速铁路的涵洞基底处理中大量应用。不过，目前铁路设计规范尚未对旋喷桩的设计进行阐述，只对旋喷桩的施工编制了相应的施工技术指南。铁路涵洞的基底采用旋喷桩处理进行设计，一般都是参照建筑地基处理相关规范的理论公式进行计算。下面结合工程实例，详细阐述旋喷桩在铁路涵洞基底处理中的设计与施工方法。

新建铁路大理至丽江铁路位于云南省西北部的丽江市，DK155+789涵洞根据地质钻探显示，基底为松软土及黏土。松软土层厚0～8 m，基本承载力为40～90 kPa，黏土层厚6～30 m，基本承载力为120～200 kPa。涵洞设计孔径为1～3.0 m盖板箱涵，要求地基承载力不小于150 kPa，采用旋喷桩对基底进行加固。

1 旋喷桩的设计

1.1 计算公式

旋喷桩处理后的地基属于复合地基，桩和土共同受力，应结合工程情况进行现场试验再确定地基加固后的强度。一般是先通过式(1)和式(2)计算得出单桩竖向承载力特征值，取其小值，再通过式(3)计算得出复合地基的承载力特征值。

式中:η为桩身强度折减系数，一般取0.33;fcu为混凝土抗压强度平均值(kPa);Ap为单桩桩身面积;up为单桩周长;qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值;li为桩周第i层土的厚度;qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值;m为面积置换率;β为桩间土承载力折减系数;fsk为处理后桩间土承载力特征值，一般按当地经验取值，可取天然地基承载力特征值。

1.2 旋喷桩设计参数

本工点设计桩径D=0.6 m;桩面积Ap=3.14×0.3×0.3=0.2826 m2;桩周长Up=3.14×0.6=1.88 m;设计桩长10 m;旋喷桩行列式布置，纵横向间距均为1.2 m;面积置换率m=(3.14×0.3×0.3)/(1.2×1.2)=0.196;旋喷桩桩体无侧限抗压强度fcu=3.0 MPa。土的侧阻力特征值松软土层取8 kPa，粘土层取12 kPa。

1.3 旋喷桩设计计算

1.3.1 单桩竖向承载力特征值Ra计算

(1)按桩体强度计算:Ra=η fcuAp=211.95 kN

两者比较，取小值Ra=199.35 kPa。

1.3.2 旋喷桩复合地基承载力特征值计算

fspk=mRa/Ap+β(1－m)fsk=157.6 kPa＞150 kPa

从上述计算可看出，旋喷桩的单桩竖向承载力特征值对复合地基承载力特征值影响很大。按桩体强度计算，Ra是个固定值;按摩擦桩计算，Ra和桩长成线性变化，在一定桩长范围内，增加桩长能提高复合地基承载力特征值。

2 旋喷桩的施工

2.1 浆液要求

浆液需具有足够的稳定性，浆液中含气少，能调整浆液的胶凝时间，有良好的力学性能。同时浆液需要适中的稠度，具有良好的可喷性。稠度过大时，流动缓慢，喷管容易堵塞;稠度过小时，对强度有不良影响。浆液宜在旋喷前1 h以内配制，使用时滤去硬块，以免堵塞管路和喷嘴。本工点采用32.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为1∶1至1∶1.5，水泥用量为150～200 kg/m。

2.2 施工流程

高压旋喷桩的施工工艺流程是:平整场地→钻机就位→钻机成孔→提升喷射→结束成桩。

(1)平整场地:原地面清理、整平， 修筑水泥、石膏存放料平台，并用小型压路机碾压密实，施工时做出横坡，以利排水。

(2)钻机就位:将使用的钻机安置在设计的孔位上，钻机就位后作水平校正，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心，保证钻孔达到设计要求的垂直度。

(3)钻机成孔:采用单管桩机钻进，钻进过程中，注意观察钻机的工作情况，钻孔垂直度控制在1%之内。

(4)喷射提升:喷射管下到设计深度，开始送入符合要求的水泥浆，待浆液冒出孔口后，按20 r/min的提升速度、15 r/min的旋转速度，自下而上开始喷射、旋转、提升，直到设计的终喷高度。

(5)结束成桩:高压喷射注浆完毕，迅速拔出喷射管，采用速凝浆液防止桩基与土层间出现脱空现象。喷射结束后及时将管路冲洗干净，以防堵塞。

2.3 施工注意事项

(1)严格配合比拌制水泥浆液，浆液搅拌均匀，加筛过滤，随拌随用。拌制好的水泥浆液超过2 h不能使用。

(2)喷浆前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，注浆管接头的密封圈必须良好。旋喷开始后必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋喷提升速度等参数是否符合要求，并随时做好记录。钻杆应均匀旋转、提升，确保桩体连续、均匀。注浆管分段提升的搭接长度不小于10 cm。确保桩长符合设计要求。

(3)喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50 m，钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于5 cm。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水及漏水等情况均应详细记录。

(4)施工过程中随时检查施工记录和计量记录，随时注意对压力和流量的控制，保证桩径。

［1］JGJ 79－2002建筑地基处理技术规范［S］

［2］TZ 203－2008客货共线铁路桥涵工程施工技术指南［S］

［3］刘宇锋.从软土地基处理浅谈高压喷射注浆法的设计与施工［J］.中小企业管理与科技，2009(8)