高压旋喷桩在下穿立交箱涵基底加固中的应用

倪海堂 中国铁路上海局集团有限公司上海上铁建筑工程（集团）有限公司

固结高压旋喷桩就是采用钻具将注浆管送至设计标高位置，然后利用高压将水泥浆从注浆管的喷嘴向四周的土体进行喷射冲击，使得土颗粒从土体中剥离出来，比重小的土颗粒随着浆液返到地面，剩余的土颗粒在重力、离心力和冲击力的综合作用下与水泥浆充分混合，形成一个稳定的固结状的桩体，使得水泥浆和土层组成复合地基，地基变形得到一定控制，地基承载力也有显著地提升，固结止水效果明显，从而实现地基处理加固的目标。

1 工程概况

1.1 地理位置

槜李路为新建城市主干路，地处嘉兴市南湖区与秀洲区相交位置，道路下穿沪昆铁路，铁路西侧规划道路红线宽度42 m，双向6 车道，东侧60 m 在下穿路幅外增设地面辅道与玉泉路平交。拟建槜李路公铁立交桥工程，位于槜李路道路里程K0+110～K0+575.5,西侧为沪昆铁路辅道，东接新气象路，全长465.5 m。

1.2 水文地质概况

拟建场地地基土划分为3 个工程地质层组，共5 地质亚层，自上而下描述如下：

1 层素填土（mlQ）：杂色、灰褐色，松散，干～稍湿。成分以可塑～硬塑状黏性土为主，含建筑垃圾和生活垃圾，植物根茎，局部含少量有机质或腐殖土。岩土工程施工分级为Ⅰ级松土。

2层粉质黏土（al-lQ43）：褐黄色，软塑为主，局部为可塑，厚层状，含少量氧化斑点，偶含有机质和半炭化物。无摇震反应，切面光滑，干强度和韧性高。该层土具中等压缩性，性质一般，下部略差。局部缺失或性质稍有差异。岩土工程施工分级为Ⅰ级松土。

3-1 层淤泥质粉质黏土（mQ42）：灰色～深灰色，流塑，厚层状、细鳞片状，含有机质及炭化物，见贝壳碎屑。无摇震反应，切面光滑，干强度和韧性高，顶部局部为淤泥，局部夹少量粉土、粉砂，含云母。该层土具有高压缩性，性质差，局部地段缺失。岩土工程施工分级为Ⅰ级松土。

3-2层粉质黏土夹粉土（al-mQ42）：灰色，软可塑，薄层状～互层状，偶见云母，含少量腐殖质、有机质，局部呈黏质粉土状，局部含淤泥质，切面粗糙，韧性低，干强度低。该层土质不均匀，具有中等偏高压缩性，性质较差，局部地段缺失。岩土工程施工分级为Ⅰ级松土。

3-3层黏质粉土（al-mQ42）：灰色，稍密，很湿，厚层状，局部薄层状，见云母，含少量腐殖质，顶部夹较多黏性土团块。切面粗糙，韧性低，干强度低，摇振反应缓慢～中等。该层土质不均匀，具中等压缩性，性质一般。局部地段缺失，岩土工程施工分级为Ⅰ级松土。

本工程沪昆铁路框架基底位于(3)-2 层粉质黏土（σ。＝80 kPa）、框架基底采用Φ60 cm@110 cm 旋喷桩加固，框架周边以Φ60 cm@40 cm密排旋喷桩封堵地下水。

2 箱底设计加固方案

2.1 高压旋喷桩设计基本情况

根据箱涵基底地质实际情况，高压旋喷桩自箱涵底进行竖直高压旋喷桩加固基底。

具体桩位布置平面和横断面图如图1和图2所示。

图1 高压旋喷桩平面布置

图2 高压旋喷桩横断面布置

2.2 设计及施工参数

（1）旋喷桩施作范围:框架涵四周咬合双排咬合，箱身正下方矩阵布置（;2）钻孔深度:14 m(空搅3 m)（;3）成桩桩长:11 m（4）桩径:0.6 m（;5）桩间距:0.5 m，梅花型布置（;6）高压水压力:P≥32 MPa，流量Q=75 L/min;（7）压缩空气:P=0.6 MPa～0.8 MPa，气量Q=2.5 m3/min（;8）注浆压力:20 MPa～25 MPa;（9）提升速度及转速:提升速度V=14 cm/min～16 cm/min，孔口转速12 r/min;（10）水泥浆液:0.7:1～1:1。

3 箱涵基底高压旋喷桩加固施工方案及技术措施

3.1 总体施工方案

箱涵基底加固前铁路慢行架便梁，在便梁下方挖机拉槽，拉槽高度约4 m，旋喷桩机在便梁底作业。旋喷桩桩径600 mm，钻孔深度14 m～15 m，成桩11 m，桩间距1.1 mm×1.1 mm，梅花型布置，箱涵四周闭水桩充分咬合。

3.2 高压旋喷桩施工工艺及流程

3.2.1 施工工艺

高压旋喷桩是利用高压泵通过有特制喷头的钻杆端头把水泥浆液以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，钻杆以一定的速度旋转同时低速缓缓提升(14 cm/min～16 cm/min)，使水泥浆与土体搅拌混合、再固结，形成具有一定强度的柱状固结体(即旋喷桩)，桩间穿插形成整体固结，从而使箱涵底部土体得到加固、固结。

3.2.2 施工流程

桩位测设→钻机运送到位→调整钻架及钻孔角度→开始钻孔→插设注浆管→试压、试喷→高压喷射注浆作业(泥浆的排泄处理作业)→喷射结束→拔管→器械清洗。

3.2.3 施工关键工序

（1）桩位测设

根据设计图，找出坐标网点，通过现场测量放出箱涵顶进方向轴线，在便梁底根据轴线确定网格线及箱涵边线，确定桩孔位置，依次对桩孔按照一定顺序进行编号，依据基准点对每个桩孔进行高程确定、标记，桩位及坐标应严格按设计图纸放点，桩位偏差不得大于50 mm。

（2）钻孔

钻机就位后，钻机钻杆对已标记好的桩位，将钻机安设稳定牢固，经测设确保钻杆垂直，所钻桩孔垂直;钻杆的选用时确保孔径大于喷射管外径20 mm～50 mm 即可，以便保证喷射浆体时正常返浆、冒浆;钻孔过程中时时检查钻机垂直、稳定;钻孔过程中时刻关注地质变化，要详细记录孔位、孔深、塌孔、漏浆等情况。

（3）插喷射管

所钻桩孔经验收合格后，可安设注浆管，进行高压喷射注浆。喷射管安装前，需要对喷射管长进行测量，且对喷射管标识尺寸，同时检查喷嘴是否完好，且喷嘴中心线是否与喷射管方向箭一致;对喷头仅试喷，测试20 m 范围内喷射压力是否满足标准喷射压力，且管理压力是否能够承受标准喷射压力，当不能够满足时及时更换喷嘴，重复测试。在地面时应进行喷射方向和角度的确定、测试。为防止下管过程中发生泥砂堵塞喷嘴，可在下管过程中边喷射水、边插入孔内，水压不易过大，否则会将孔壁冲塌。

（4）搅拌制浆

为确保喷射注浆能够连续供应，浆液需要连续拌制，同时应根据拌制浆液类型、排浆能力相匹配，设置好搅拌机的转速以及拌合能力，使得拌制的注浆相协调，不缺浆、也不能拌制停止。拌制浆液时提前应进行试拌，确定比例。浆液采用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥用量为120 kg/m，水灰比为0.7:1～1:1。

（5）喷射作业

高压喷射注浆法为自下而上连续作业。注浆管下至设计深度或者桩底时，且喷嘴达到设计标高，开始注入浆液，喷入的水泥浆必须满足设计要求的配合比，待浆液返出孔口正常后，开始提升。水泥浆液流量、气压、旋喷提升速度按照工艺试验确定好的进行，必须保证匀速。喷射过程中压力如果出现突降或骤增现象，应立即停止作业查清原因。喷射过程中如出现故障、暂停等，应该搭接复喷。

（6）冒浆

喷射中经常会有土颗粒随着一部分浆液冒出，通过冒出的浆液及时观察地质情况，根据地质情况，及时确定旋喷效果和参数合理性等，冒浆内有土粒、水及浆液量小于注浆量20%为正常，如果超过20%或甚至不冒浆时，应及时查找原因及时采取措施。

压力突然下降流量不变时，应及时拔出注浆管，检查管节连接及密封性能。如出现不冒浆时，可能遇到软弱土，可及时放慢拔管速度、在进行复喷，直至继续冒浆达到正常时，继续按照原来拔管速度进行。冒浆量过大时，应在喷浆量不变情况下提高旋喷压力。

（7）清洗结束

每孔喷射注浆毕，需要及时清洗浆泵和管路设备，防止浆液在管路等设备内部固结、堵塞，影响下一孔施工。

4 技术要求及控制措施

4.1 技术要求

（1）工艺要求

影响浆液固结体的质量因素很多，但是重要因素之一是注浆工艺，注浆过程中需要连续不断、自下而上进行进行，如过程中出现故障，机械修理完毕或重新继续施工时，应及时搭接，且搭接长度不得小于500 mm，确保固结体性能。

（2）控制水泥用量

喷射注浆过程，水泥用量控制至关重要。喷射压力、喷嘴直径、提升速度受水灰比的影响较大，而水灰比最直接的的指标则是水泥用量。水泥用量较大时，水灰比值变大，需要适当增加喷浆压力、喷嘴直径变大、减缓升速度，可能会造成桩径变小。否则反之。

（3）固结体控形

本箱涵基底加固的固结体形态为圆柱体，为确保固结体的形态，重点通过改变提升速度、注浆量、喷射压力及喷嘴移动方向进行控制。在深层及土质较硬时，应加大喷射压力、降低旋转速度和提升速度;土质较为软时，采取措施与上述相反。

（4）桩头处理

提升旋喷管至即将达到设计桩顶标高位置时，自桩顶1.0 m 以下部位开始减缓提升速度，旋喷5 s～10 s 后再向上慢速提升至桩顶面，当浆顶面高度达到要求后，旋转提升、拔出管道，再关机。

4.2 保证质量的控制措施

（1）工艺控制

开工前，组织有经验的技术人员及时编制施工专项方案，经项目总工程师审核后，报监理单位审批后，严格按施工方案组织实施。编制切实可行的方案，施工过程中，经常检查方案落实情况，以确保施工质量，对现场与施工方案不否额情况，及时组织技术人员确定方案，并报监理单位同意确定。

（2）材料控制

对采购新进场的水泥等材料，试验室和物资管理部门要及时验收(出厂证、合格证、检验证)、取样试验，试验合格后方可使用。地材要先调研、经取样试验，合格后方可使用。建材等专人管理，杜绝不合格材料进场、使用，确保工程实体质量。

（3）施工操作控制

本施工工艺对施工操作者要求较严格，施工操作者也是影响施工质量的一个关键因素。施工前应进行相关的工艺试验，确定压力、配合比、提升速度等相关指导性实施方案，且操作过程中由专人进行操作。施工过程中，坚持好自检、互检、交接检制度，及时检查落实工艺试验确定的参数，确保施工质量。

4.3 关键工序质量保证措施

（1）测量放线:根据设计图纸进行测量放线、确定网格线及桩位，放线允许偏差为±10 mm。（2）钻孔:桩位偏差不超过5 cm，钻孔直径应大于喷射管外径2 cm，钻孔深度大于设计开喷深度0.5 m～1.0 m，孔斜率不大于0.5%。（3）下喷射管:喷射管下至设计桩底深度时开始喷射，允许偏差不超过10 cm，允许误差不超过2%。试验喷射时试压管路不得大于20 m，必须达到设计压力，否则更换喷嘴后，重新试喷;喷射过程中方向的偏差不超过±1°，压力应该控制在0.6 MPa～0.8 MPa;喷射过程中浆液的流量不超过±1 L/min。（4）喷射压浆:射注浆开始后，待水泥浆液冒出孔口，即可开始提升管。施工中如果出现压力不稳变化较大时，需查明原因，及时采取措施处理。由于停机或者故障，复喷需要搭接，具体搭接长度根据喷射中断时间确定，停机时间为0.5 h、1 h、4 h的，应分别按照搭接0.2 m、0.5 m、1.0 m 进行把握。（5）回灌充填:喷射完成后提出喷射管，紧接着需要及时向桩孔内充填灌浆，直到饱满。喷浆是要保证输浆管插入浆面以下2 m，充填灌浆需多次反复进行，直到饱满，孔口浆面不再下沉为止。

5 结论

（1）采用高压旋喷桩对下穿铁路箱涵底进行进行加固，使得箱涵地基承载力有显著提升，对箱顶轨道几何尺寸起到了很好的稳定作用。

（2）利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头以高速水平喷入土体，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成固结体，固结止水效果好。

（3）本工艺施工过程比较复杂，定位、钻孔、压力、流量、浆液的配合比及原材料等要严格控制，才能确保预期效果。