布袋加筋注浆桩在软土地基加固中的应用

田丹

【摘 要】本文通过对布袋注浆桩软土地基处理机理以及其在软土地基中的应用进行分析，并提出一些措施，期望能更好的促进布袋注浆桩成桩质量的控制，加固后，地基沉降得到有效控制，满足设计要求。

【关键词】布袋注浆桩；深厚层软土；地基加固；铁路

引言

布袋注浆桩是土工织物和软土注浆技术综合应用而成的新技术，其由注浆浆液在土工织物中硬化，形成类似圆柱状的柱体，从而与周围软弱地基形成复合地基来加固软基。其是由我国自主研发的一种新型桩基础，最旱由上海隧道工程公司研制成功，于1992年通过局级技术鉴定，并在20世纪90年代初开始在国内逐渐得到推广应用。其适用于深厚淤泥、淤泥质土等软弱土层，也可用于粘性土、砂性土等，并在道路、铁路的软土地基加固上作用明显。

一、布袋注浆桩软土地基处理机理

在夹层软土地基条件下，若采用桥梁通过方案或旋喷桩、钻孔桩进行地基加固，则造价昂贵。布袋注浆桩在软土地基处理中是一项新的技术，为满足时速160km客货共线铁路路堤沉降标准值，保证列车行驶的平顺和设计速度目标的实现，上海金山铁路支线改建工程I标三工区进行了布袋注浆试桩，试桩选择在新闵支线XMK5+852.5-XMK5+902.5（1线）内经行试桩，为检验布袋注浆桩加固夹层软土地基计算模式的适合性，探索布袋注浆桩的施工工艺和检测布袋注浆桩加固软土地基的效果，以及与其他加固方案综合技术经济分析比较提供了一项实例，对该技术研究和推广具有重要意义。

布袋注浆桩是以土工织物袋和注浆浆液形成似圆柱状硬化体来加固土体的软土地基，是软土分层注浆技术和土工织物综合应用的新技术。将浆液注入预先埋设于软土中的土工布袋中，从而形成圆柱状或葫芦串状桩体，直径为30～40cm，注浆浆液为水、三乙醇胺、粉煤灰（或细砂）、水泥等组成。它与土层组成复合地基，达到加固土体，提高土体承载力的作用。布袋可以形成排水通道，当土体中存在超孔隙水压力时，土中的水分会沿着织物排出土体，注浆布袋桩形成排水通道加速了土体的固结，更有利于相邻注浆布袋桩对土体的压密。此外，注浆布袋的渗水性，在受到浆液压力时，能将浆液中较稀的部分从布袋内排出，降低了布袋内水灰比，从而加速凝固，得到高密度、高强度的硬化体。浆液在布袋内的压力大于布袋周围的被动土压力，布袋的隔离作用使得浆液体得以通过膨胀布袋达到压密土体的目的，并形成较规则的注浆体，加固机理见图1。

图1布袋注浆桩加固软土地基效果图

即使使用强度较低的浆液，由于布袋的抗拉强度较高。也能使注浆布袋桩起到加筋土体的作用，在软弱地层中，注浆布袋桩增加了土体的稳定性。

二、布袋注浆桩施工方法的应用

（一）注浆施工

注浆施工由布袋绑扎在注浆管上、下放套有布袋的注浆管、拌制浆液、注浆、清洗注浆管等机具设备五个主要工序组成。

（1）注浆管及布袋绑扎、下放。注浆管的起到注浆通道和布袋导向撑的作用。注浆管由Υ50mm，壁厚3mm钢管组成，分为标准管节和带眼管节。标准节长度为25m，不带注浆孔眼，管节间以丝扣连接。带眼管节长0.8m，管壁钻有孔径Υ20mm，间距100mm的注浆孔眼，呈梅花状布置，管节底口封端并套有塑料堵头。带眼管节与标准管节以丝扣连接，安装在注浆管底端，浆液从带眼管节的孔眼中喷出注入布袋。布袋按照设计注浆长度套在注浆管上，布袋的底端反上300mm，用细铁丝绑扎两道，并检查是否扎紧，以免泄浆。布袋上端绑扎位置在设计桩顶500mm以上，用14#铁丝将其扎牢在塑料套环。塑料套环套在注浆管上，与注浆管能相对滑动，在注浆完毕后，保证注浆管能顺利拔出已撐开的布袋，同时，在带眼管节下端套有的塑料堵头会将塑料套环堵塞住，避免注入的浆液外溢。钻机成孔后及时下放套有布袋的注浆管，注浆管从振动沉管机的套管中放入。第一节注浆管连同绑好的布袋放入后，用钻机悬吊进行第二次接长，依次进行，管子连接要紧密，直至布袋下放到设计桩底，注浆管上端露出地面0.5m以上。

（2）拌制浆液及注浆。水泥是布袋注浆桩浆液的主要成分，采用42.5级普通硅酸盐水泥，要严格控制水灰比：1∶0.785∶0.642（水∶水泥∶粉煤灰），袋装水泥要抽检，加入的水要用容器定量，使用灰浆搅拌机拌制，每次搅拌不少于3min。为改善水泥的和易性，以提高水泥浆液的强度和耐久性，在制作水泥浆液时，可掺入适量的外加剂，如三乙醇胺、木质素磺酸钙等。三乙醇胺是一种早强剂，可增加桩的早期强度。木质素磺酸钙主要起减水作用，能增加水泥浆的稠度，有利于泵送，掺入量为水泥用量的0.2%。置备好的水泥浆不得停置时间过长，在1h内注浆完成。浆液在灰浆搅拌机中要不断搅拌。制备好的水泥浆液不得离析，水泥浆要严格按设计的配合比配置，要预先筛除水泥中的结块。为防止水泥浆离析，可在灰浆搅拌机中不断搅拌，待压浆前才缓缓倒入储料斗中。水泥浆从灰浆搅拌机中倒入储料斗中时，经由孔径3mm孔筛过滤，清除杂物。储料斗容量为320L，不造成注浆中断。采用HB6-3型灰浆挤压泵，由Υ50mm压力胶管与储料斗、注浆管相连接，电磁流量计测定浆液流量。开动灰浆泵，喷浆压力控制在0.3～0.5MPa，注浆速度保持在50～75L/min。拔管设备采用YJ-50型插塑板机。以注入浆量推算桩体长度，超过3m后开始缓慢拔管，拔管速度与桩径与注浆速度相协调，控制在0.4～0.6m/min。在拔管过程中，如果压力低于0.3MPa停止拔管，当压力达到0.5MPa，持续1min再缓慢拔管。按照注浆量及拔管高度，推算布袋已充满浆液，即可停止注浆。

（二）成桩前灌注材料质量控制

成桩前灌注材料质量控制主要包括两方而：原材料和搅拌。原材料主要有水泥、粉煤灰、水和外加剂PPR管或钢管及布袋等，生产厂家需要提供对原材料的生产许可证和质量合格检验书，施工单位需要对各种原材料进行分批次检验，从而说明满足工程应用和相关规范要求。搅拌又可分为配料、搅拌和检验，其中配料就是根据工程需要的理论配合比进行配制适合现场条件的实际配合比；搅拌就是通过对现场搅拌站的设备性能进行研究，为其最大搅拌量、搅拌时间等参数的控制提供依据。

（三）加固方案选择

软土地基加固方法主要采用：深层搅拌桩、塑料排水板、CFG桩、桩网结构（管桩）等。在夹硬层软土地基条件下，一般常规的地基加固措施均不能穿越卵砾石夹层，造成硬夹层以下软土无法加固，不能满足客运专线、高等级公路、堤坝、房屋工程对沉降控制的要求。而采用旋喷桩、钻孔灌注桩进行地基加固，工程造价很高。布袋注浆桩以其桩体性能稳定、施工方便、造价低等优点，适宜加固硬夹层之间或夹层以下软土。其主要特点如下：1.布袋注浆桩可与土层组成复合地基，加固软土效果明显。浆液在布袋内成桩，易形成较规则的注浆体，桩体质量易得到保证；布袋的隔离、排水、加筋作用，有利于增加土体的强度。在软硬互层的软土地基处理中，加固效果更加明显，具有很高的推广价值。2.借助钻孔施工，可穿越硬夹层，至地层深部，施工方便。先成孔，然后将装好注浆管的布袋放到孔内，再进行注浆。成孔直径小，可采用小型设备施工，易穿越卵砾石等障碍物，并可灵活选择加固层位，施工方便。3.造价低。所需材料主要为土工布袋、水泥等，施工设备主要为成孔及注浆等常规设备，工程造价低。

（四）垫层厚度和宽度设计

厚度是加筋垫层设计的主要问题，根据建筑物荷载和沉降的要求及下卧软土层的性质，确定必要的加筋垫层的厚度和建筑物场地的性质和建筑物对地基的要求来确定。垫层宽度的设计一般采用经验确定。根据理论分析结果，垫层宽度愈大其效果愈好。但是，垫层的宽度超过基础宽度两端外1.5～2.0倍垫层厚度之后，再增大宽度，其效果就逐渐减弱。因此，垫层的宽度按B+（1.5～2.0）垫层厚度来确定增加垫层的宽度和锚固措施，增大拉力值，对垫层底面的沉降也有影响。随着垫层宽度和拉力值的增大，沉降有所减少。根据以上各点，土工织物垫层对建筑物沉降和地基中应力的影响主要决定于土工织物的挠曲刚度和宽度或拉力值。挠曲刚度的表达式：

式中：D——加筋垫层的挠曲刚度；

E——加筋垫层的复合模量，据室内测定和实际经验其值大概范围为（2-6）×104kPa；

H——加筋垫层的厚度；_——加筋垫层的泊松比，根据室内试验测定和实际工程其经验值大概范围为0.3～0.35。其中厚度的影响最明显，其次是复合模量，垫层的宽度和拉力值也有影响。由此可见，利用土工织物垫层改善建筑物基础的沉降和不均匀沉降，首先应考虑增大厚度，其次采用强度较大的填料，合理布置加筋材料，并在构造上保证垫层的完整性，防止被拉断裂，才能起到增加刚度的作用。加筋垫层设计完毕，必须进行验算，验算加筋材料是否满足强度的要求和拔出失效。如果验算不能满足设计要求，则修正垫层的厚度或改變加筋材料及构造，通过反复验算直到达到满足设计要求为止，还要验算下卧层地基承载力。

结束语

柱状布袋注浆桩除桩体本身具有一定的强度外，由于土工织物袋的排水、隔离、加筋等特性，与常规的压密注浆相比，注浆布袋桩的压密效果更优，提高桩间土的强度，与土层组成复合地基，达到加固土体，提高土体承载力的作用。从实际注浆量与设计对比分析，笔者认为，在需要布袋注浆桩加固的流塑软土层能很好地撑开布袋，起到加固作用；在不需要布袋注浆桩加固的硬塑土层，也能部分撑开布袋。取芯试验检测结果表明其成桩质量满足设计要求从沉降观测结果来看，地基沉降得到有效控制。1.布袋注浆桩，易形成有规则的桩体，质量可靠；施工设备均为常规机具，施工方便；2.柱状布袋注浆桩对桩间土具有挤密效应，增加桩间土体强度，易与土层组成复合地基，达到加固地基的作用；3.在夹硬层软土加固中，软土地段注浆浆液能较好的撑开布袋，在硬夹层地段，也能部分撑开布袋，形成葫芦桩桩体，符合加固软弱层的意图。在深厚层软土地基特别是夹硬层软土加固中，采用布袋注浆桩设计是合理的，施工工艺是先进的、可行的，具有可操作性，便于推广应用。

参考文献：

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