湘桂铁路框架涵施工控制与旋喷桩加固技术

张国兴 邢振贤 翟 芳

(华北水利水电学院土木与交通学院，河南郑州 450011)

1 工程概况

湘桂铁路建于20世纪30年代，是广西、海南、粤西地区与华中、华东、华北等地区客货交流的主通道。原有线路标准低、设备简陋，且客车旅行速度较低，为单线内燃牵引铁路，运输能力已趋饱和，远不能满足铁路沿线各省客货运量快速增长的需求，迫切需要实施扩能改造。在2008年，广西投资约120亿元对湘桂线进行扩能改造。湘桂铁路柳南Ⅰ标段是湘桂铁路扩能改造工程的重要组成部分，该区段有28座框架涵，该地区地基多为淤泥、淤泥质土、粘性土等地基土，采用旋喷桩进行加固。

本区属中亚热带湿润区温暖型气候，北回归线横穿中部。直接承受印度洋及太平洋水气补充。其气候特点是温暖湿润，雨量充沛，夏季长而炎热，冬季短偶有奇寒，有明显的干湿两季之分。每年4月～8月为雨季，9月次年3月为旱季。夏季易涝，春秋易旱。柳州多年平均气温20.6℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温－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月为丰水期，春秋两季间有浓雾。沿线地层岩性从古生界至新生界第四系地层出露齐全。本地区位于南华准地台上的广西“山”字形构造区，历经加里东、印支、燕山、喜玛拉雅等多次构造运动，形成多种构造体系，其沉积建造复杂，褶皱、断裂非常发育。柳州至黎塘位于广西“山”字形构造的前弧东翼，柳州至凤凰段属南北向构造。沿线地形，地质条件复杂，不良地质发育，对线路有影响的不良地质和特殊地质有:坍塌及滑坡、弃碴失稳及水土流失、岩溶塌陷、采空区地面塌陷及围岩失稳、突水突泥、有害气体、塌方冒顶。沿线地下水类型主要为孔隙潜水、岩溶水、基岩裂隙水三种，其中以岩溶水最为发育。

2 涵洞工程施工方法

框架涵结构复杂，施工工序较多。为此，在施工前都要有严格的施工程序设计，图1是框架涵施工流程。

2.1 施工放样

以CPⅠ，CPⅡ控制点、加密施工控制点为依据进行施工放样。施工前组织测量放样，复测中线、高程，准确放出基础位置，并在施工中及时复核。对设计确定的涵洞的位置、方向、长度、孔径、出入口高程以及排灌系统的连接等与实际地形地貌有出入的，及时与设计、监理联系，必要时进行变更设计。

2.2 基础开挖

采用人工配合挖掘机进行，开挖时按设计及规范要求放坡，基坑比设计尺寸加大1.0 m，以便排水。挖掘机开挖基坑至离设计基底标高30 cm处时，改为人工挖除剩余土层，防止超挖。开挖后地质及承载力应满足设计要求，挖基达到设计标高，核对地质及基底承载力，并报监理工程师检查，合格签证后进行下道工序施工。

图1 框架涵施工流程图

2.3 基底处理

地基处理按设计要求进行旋喷桩加固施工。涵洞基底砂夹碎石层用振动夯分层夯实，确保垫层均匀密实。基底处理完毕并经自检达到设计及规范要求后报监理工程师检查，进行检验批质量验收，验收合格后进行下道工序施工。

2.4 模板系统

1)模板制作。在满足强度要求的前提下，对混凝土的外观质量须严格要求，混凝土工程凡外露的模板，应采用2.2 m钢模板或胶合板(厚度应大于2 cm)，或粗面木材料以厚胶合板或衬以金属板。要求安装模板接缝不大于1 mm，接缝处相邻两模板高差小于1 mm，模板平整度小于2 mm。

2)弹线。根据其轴线中桩，端头桩等按设计用全站仪放出墙身线，并在基础上弹出墨线。

3)安装。安装前按图纸要求检查支架和自制模板的尺寸与形状，合格后才准进入施工现场。沿墨线架立钢模，模板沿轴线方向每隔1.0 m设一道拉杆，竖向每隔1.0 m设一道拉杆，以防止模板下部变形，各拉杆通过蝴蝶扣与模板背侧钢管连接，拉杆均用双螺帽固定，以防止拉杆滑丝移位。模板内侧用墙身同宽的木方水平支撑模板，其间距不大于80 cm×80 cm，以确保模板刚度、垂直度和稳定性要求。按模板高度分上、中、下在模板两侧设置木制斜撑。两侧墙身平行模板之间设置水平面支撑，以保证涵洞净空准确。

4)自检。检查模板接缝，模板连接缝大于2 mm用灰膏类填缝，自检模板平整度、垂直度以及稳定性，涵洞净空等，并请监理工程师现场检验，合格后方可进行混凝土浇筑。

2.5 混凝土主体结构施工

混凝土施工前将模板内积水及杂物清理干净。一切支撑及拉杆等固定就位后，自检模板平整度、垂直度以及稳定性，涵洞净空等，并请监理工程师现场检验，合格后方可进行混凝土浇筑。

1)底板。一次整体浇筑，不留施工缝，用振动棒、平板振动器捣实，罩塑膜保湿养护。

2)边墙。当底板混凝土强度达到设计强度的70%后，方可浇筑边墙，边墙必须一次浇筑。浇筑前，边墙与底板混凝土接榫必须凿毛，洗干净，先涂纯水泥，再浇筑上部混凝土。两边墙对称、分层浇筑，每层厚度控制在40 cm以内，并阶梯式斜面推进，竖向一次浇筑完成。混凝土落高超过2.0 m时采用串筒;混凝土振捣采用插入式振捣器，振动棒插点间距不大于50 cm，快插慢拔、振动到表面泛浆无气泡为止;分段设专人振捣，技术人员跟班作业，避免欠、漏捣。混凝土振捣应充分密实为止。密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆现象为止。每次混凝土浇筑完毕后，用抹子将顶面抹平拍平压光，防止顶面松散。

3)顶板。在两侧边墙浇筑后自中部向两端、全断面一次整体浇筑完成。混凝土浇筑时铺设走道板，施工人员不得踩踏钢筋。采用振动棒、平板振动器捣固混凝土，罩塑膜保湿养护。混凝土达70%(跨径＞8 m时需达到100%)设计强度自跨中向两侧拆架。

4)混凝土的养护。混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平混凝土裸露面，初凝后终凝前再抹第二遍并压光，抹面时禁止洒水。混凝土灌注完成后，在收浆后12 h内即应覆盖，采取塑料薄膜封闭覆盖措施进行养护。养护时间不得少于15 d。当日平均气温低于5℃时，应采取保温养护措施，并不得对混凝土洒水养护。

2.6 附属结构施工

1)混凝土翼墙施工。翼墙混凝土一次整体浇筑。立模时应保证支撑牢靠，混凝土采用串筒入仓，施工过程中，控制好混凝土浇筑速率，防止混凝土浇筑过程中出现跑模现象。

2)墙帽。当墙身浆砌片石砌完后，抄平打点，用木模立板座，在涵外侧搭设作业平台，设扒杆在涵内搭作业平台，人工入模，插入式振动棒振捣。

3)防水层、沉降缝施工。混凝土涵身施工完毕后，按设计及施工规范进行沉降缝和防水层施工。涵洞内用M10的水泥砂浆填塞，外用防水材料浸制木板、防水材料浸制麻布及甲种防水带填塞。完成后涂刷防水涂料，后粘贴防水卷材，最后施工粘土保护层。

4)缺口回填。涵渠缺口填土按涵管1.5倍孔径范围，依照特殊填土要求进行回填，回填时采用渗水土对称分层进行夯填，相对密度达到95%，每层完成后进行密实度试验，合格后进行下层回填。当回填土厚度达到板顶以上0.8，混凝土达设计强度后，大型机械方能通过。

5)出入口施工。出入口的施工安排在缺口填土之后进行。施工在按照设计施工的同时，力争与地形自然顺接。挖填后铺砌，基底及侧面夯填密实。端墙以上的坡面铺砌，坡面夯拍密实，坡面平顺。

3 基底处理

基底处理按设计要求进行旋喷桩加固施工。涵洞基底砂夹碎石层用振动夯分层夯实，确保垫层均匀密实。基底处理完毕并经自检达到设计及规范要求后报监理工程师检查，进行检验批质量验收，验收合格后进行下道工序施工。

3.1 旋喷桩施工

双重注浆管复合喷射压缩空气，并注入水泥浆液。由于高压空气射流的作用，使地基中一部分土粒随着压缩空气排出地面，高压浆流随之填充空隙。旋喷使用的水泥应采用新鲜无结块32.5号普通水泥，水泥浆水灰比为0.45～0.55。稠度要适合，为消除离析，再加入水泥用量3%的陶土、0.9%的碱。浆液应在旋喷前1 h以内配制，使用时滤去硬块、砂石等，以免堵塞管路和喷嘴。其施工工序如下:清除地表以下的大石块、树根、管线及架空高压线等施工障碍物，挖除地表0.3 m厚的种植土，做好土路拱和排水沟，调查了解水文地质情况和土体的性能指标，并已进行室内配方试验。根据现场情况，为保证旋喷桩机械进入场地作业，必要时可对地表进行换填处理。正式施工前进行工艺性试桩，掌握现场成桩经验及各项工艺操作的技术参数，确定钻进速度、提升速度、注浆速度、空气压力等数值。桩机就位时要仔细调平机台，保证成桩垂直度。采用在钻杆上划刻度线的方法精确控制下钻深度、喷粉高程及停灰面，保证桩体长度达到设计要求。

旋喷桩施工在操作方法上要注意以下几点:

1)对正桩位，调整钻机机身，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，开始钻进;2)钻到设计孔深时;3)沉入注浆管至孔底;4)高压喷射注浆，注浆管应在前方水泥浆流出喷头后，方可开始提升注浆管，自下而上喷射注浆;5)成桩，拔管;6)机械清洗;7)移动到下一个桩位。

3.2 施工质量控制和质量检测

1)质量控制措施。

施工质量控制措施有很多种类型，具体可以通过以下几点努力:a.为确保工程质量在预定的范围之内，可以采取事先试验的方式，首先通过此方式增加工程施工的熟练度最大限度的降低误差。在施工前可先打一组试桩，一般为三桩，这样可以有效的确定各施工项的参数。具体有旋转速度、钻进速度、提升速度等。其次可以确定机械需配备的人员;b.开机前的检查，具体检查的事项包括:孔距、复核孔位，检查钻机是否水平、轴垂直度等。在钻孔的过程中应着重避免钻机的剧烈振动，以防止跳动及钻杆摆动等问题的出现;c.保持喷浆的饱满，这项问题可通过控制旋喷的压力和提升及旋转速度等来实现;d.钻头在钻进的过程中，施工技术人员应时刻保持谨慎，定时检查孔深及孔斜率，以确保以上技术指标达到设计要求，并随时做好预警准备;e.加强施工监督检查，做好检查施工记录，对照施工工艺对每根桩进行质量考核。对不合格的桩，根据实际情况进行处理。

2)质量检测方法。

在高压旋喷注浆结束四周后，要及时进行质量检验。检查对象要选择地质条件比较复杂的地区或在喷射的过程中有异常现象的固结体，比例为注浆孔数的5%，至少对每个加固工程检查一个。常用的检测方法有:a.室内灰比实验;b.开挖检查，全面检查喷射固结体的质量;c.钻孔检查;渗透试验;标准贯入度试验。

4 结语

框架涵施工工序比较复杂，施工过程中各工序之间应紧密联系。高速铁路对软土地基施工要求较高，旋喷桩是处理软基的方法之一。本文通过采用旋喷桩加固软土地基，从而实现了在不良地基上修建框架涵的目的。目前该项目的所有框架涵均已完工，各项施工质量指标均已达到设计要求。

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