布袋加筋注浆桩在软土地基加固中的应用

2014-01-03丁光文

铁道标准设计 2014年1期

丁光文

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

既有铁路增建二线，一般既有铁路标准较低，达不到新建铁路的标准，对于软土路基，新建线和既有线均需要加固。施工时，先施工新建线，既有线保持运营;新建线施工完毕，将车辆转移至新线运行，再将既有线拆除重建。

由于线路一直在运营之中，受行车干扰，既有线软土地基处理难度较大，特别是在电气化铁路既有线提速改造中，接触网的净空受限，软土地区地基处理更是一大难题。选择技术可行，经济合理的软土地基处理方法，成为工程建设的关键技术。

为解决既有线软土处理这一难题，探索经济有效的加固技术，结合上海金山铁路既有线增建二线工程，对既有线软土地基加固方法进行了综合分析比较，选用布袋加筋注浆桩进行处理。同时，对布袋加筋注浆桩加固软土技术进行了专题研究，得到其加固机理、设计计算方法、质量控制及检测方法等研究成果，并在上海金山铁路的软土地基首次采用了布袋加筋注浆桩加固，节省大量的软土地基处理费用。结合上海金山铁路闵西站路基特点，对其应用情况加以介绍。

1 上海金山铁路闵西站工程地质条件

1.1 地形地貌、地层岩性

设计工点位于上海市闵行区，滨海积平原地貌，地形平坦开阔。根据钻探揭示，其为上海标准地层，主要特点为软土层很厚(一般20～30 m)，局部夹有硬层，其地层从上至下依次描述如下:

(1)填筑土，稍密，层深0～2.9 m;

(2)1粉质黏土，软塑，层深2.9～4.5 m;

(3)1淤泥质粉质黏土，流塑，层深4.5～12.9 m;

(4)淤泥质黏土，流塑，层深12.9～19.3 m;

(5)1粉质黏土，软塑，层深19.3～26 m;

(5)2粉土，稍～中密，层深＞26 m，其下为可塑～硬塑粉质黏土。

1.2 地基土主要指标(表1)

表1 地基土主要指标

2 加固方案选择

上海金山铁路既有线增建二线工程，属滨海积平原区，地形平坦开阔，分布有深厚层软土，局部夹有硬层，软土厚度大于20 m。既有线1974年建成通车，既有路基未进行任何处理，路基下沉严重，道砟厚度普遍较厚，特别是桥路结合处，差异沉降明显，增建二线属Ⅰ级铁路，设计速度目标值160 km/h，增建二线后既有铁路路基标准也相应提高，且需对既有铁路路基帮宽加高，为满足路基工后沉降要求较高，既有铁路路基需进行加固处理。

软土地基加固方法主要采用［4-12］:深层搅拌桩、塑料排水板、CFG桩、桩网结构(管桩)等。既有线增建二线工程中既有线软基加固，既要满足路基沉降控制要求，还要保证增建二线的运营安全，在目前的技术条件下，单纯的采用排水固结会对既有线稳定及沉降产生影响;采用搅拌桩复合地基，因既有线接触网的限制，采用现有的施工机械净空受限，无法满足地基处理施工工艺要求;采用旋喷桩进行地基处理，浆液压力过大，可能导致新线偏移、隆起等现象，对既有建筑物或既有路基稳定及安全影响较大;而若采用预应力管桩加固，工程造价高，工程器械大，与既有线网发生冲突，影响既有线运营;采用钻孔灌注桩加固，工程造价很高;采用CFG桩加固，因软土地层含水率较高，成桩质量差。

采用常规的布袋注浆桩，施工中拔出注浆管需要大型起吊机械，因既有线接触网或高压线限制无法施工［2-3］。布袋加筋注浆桩可较好的解决这一难题［1］。

(1)加筋管可兼作注浆管，在桩体施工过程中，无需拔出注浆管，不需要大型吊装设备拔管，减少了施工环节，比常规布袋注浆桩更能适用受限场地，施工更为方便。

(2)在常规的布袋桩内加筋，提高了桩身水平抗力。

(3)与常规布袋注浆桩注浆方式不同，有利于控制注浆质量，注浆由注浆泵通过加筋管顶部注浆控制阀连接进入加筋管，由加筋管底部人工凿好的孔眼(φ10 mm)，作为注浆孔向布袋内注浆，由下至上，分节注入，同时可多次补浆，使桩体成桩质量更优。

经综合分析比较，既有线路基软基采用布袋加筋注浆桩进行加固处理。

3 布袋加筋注浆桩加固地基的机理

采用适当的注浆设备通过加筋注浆管将浆液注入预先埋设于软土中的土工布袋内，浆液在布袋内的压力大于布袋周围土体的被动土压力时，得以膨胀布袋压密土体，并在袋内析水硬化，与加筋注浆管一起形成较规则的圆柱状或葫芦串状结石体，与周围土体共同形成复合地基，达到加固软土地基和提高承载力及复合模量的目的。

加筋注浆管材料为塑料，具质量轻、强度高、韧性好、耐久性强、抗腐蚀性好等优点，但其抗压性能较差，而水泥砂块具有较好的抗压性能;与钢筋混凝土的工作原理相似，加筋注浆管与水泥砂块结合能够形成一个整体共同受力，达到扬长补短的效果。

实施过程中，确保布袋各项指标能够满足高压注浆下不至于破裂和浆液不渗漏，并能渗水;注浆压力应根据加固深度和地层情况，通过计算其段落静止土压力初步确定，或通过现场试桩确定;通过接头和堵头进行技术处理，保证浆液压力在注浆过程和结束后的稳定，确保桩体直径和浆液不渗出，加固原理立面示意见图1。

图1 布袋加筋桩加固原理示意

4 设计

上海金山铁路属Ⅰ级铁路，设计速度目标值160 km/h，根据《铁路特殊路基设计规范》(TB10035—2006)，一般地段工后沉降量≤20 cm，沉降速率≤5 cm/年，考虑列车荷载时最小稳定安全系数不小于1.15，不考虑列车荷载时最小稳定安全系数不小于1.25。施工时，先施工新建线，既有线保持运营;新建线施工完毕，将车辆转移至新线运行，再将既有线拆除重建。

闵西站路基经稳定和沉降检算，软基处理的具体措施如下所述。

既有线路基软基采用布袋加筋注浆桩加固，桩间距1.1 m，桩长14 m，桩径0.4 m，试块室内轴心抗压强度设计值fcu=2.4 MPa;在既有线左侧边坡范围内地基采用旋喷桩加固，桩间距1.25 m，桩长28.5 m，桩径0.5 m，正三角形布置;既有线路基右侧边坡范围内地基采用多向搅拌桩加固，桩间距1.1 m，桩长14 m，桩径0.5 m，正三角形布置。地基加固设计见图2。

5 布袋加筋注浆桩施工

布袋加筋注浆桩施工分桩位放样、成孔、加筋注浆管连接、布袋绑扎、注浆、成桩检测等阶段。施工工艺研究内容:成孔阶段对钻孔设备性能进行研究，提出施工机具使用范围和条件;加筋注浆管的选用，花管的孔径及间距大小布设;灌注阶段通过对泵送压力、泵送量等进行研究，提出合理技术参数。

图2 XMK5+635设计横断面及地基加固布置(单位:m)

施工要点如下所述。

(1)成孔施工:成孔设备采用旋转式HY-50型钻机。设计要求开孔直径≥200 mm，现场施工控制在300 mm，以利于加筋注浆管及布袋顺利送入孔内，避免布袋膨胀过程发生折叠，钻孔深度为地基处理深度。

(2)注浆工艺［5］:注浆工艺流程大致分为:将水泥、粉煤灰及水置于搅拌机内拌和、搅拌贮浆、加筋注浆管连接、花管制作、布袋绑扎、浆液通过液压泵压入注浆管、布袋膨胀成桩等几个环节。

其工序如下:①加筋注浆管通过热熔器连接，底部用堵头封住，通过电钻制作花管孔眼;②将符合设计深度的土工织物袋套在加筋注浆管外，两端用铁丝扎紧，以保证注入袋内的浆液不露出;③每隔100 cm左右用铁丝将布袋扎牢，连同加筋注浆管一并放入已钻好孔内;④通过注浆泵将搅拌好的浆液注入布袋，注浆量应大于布袋套体积。随着浆液的压入，整条布袋以加筋管为轴心形成似圆柱状长桩。

(3)布袋加筋注浆桩的施工参数

①开孔孔径300 mm，成桩直径400 mm。

②注浆管:PPR管，GB/T18742.2 S4 dn32 en3.6，外径32 mm，内径25 mm，单管长4 m。

③注浆量:注浆量根据布袋成桩后的体积计算。

④注浆流量一般50～65 L/min，建议首次注2/3浆量，余量均分2次以“隔25～30 min/次”注完。

⑤注浆压力:布袋加紧注浆桩的注浆压力必须大于地层的被动土压力及铁丝的抗拉强度，否则达不到布袋膨胀的目的，一般控制在0.4～0.6 MPa。

⑥浆液性能:应达到标准为黏度30～35 s，密度1.4～1.5 g/cm3，析水率＜3%，试块单轴抗压强度≥2.4 MPa(龄期7 d)。水:水泥:粉煤灰=1∶0.785∶0.642，试验室配比后试验数据为黏度32 s，密度1.45 g/cm3，试块单轴抗压强度3.0～3.6 MPa(龄期7 d)。