布袋注浆桩在沿海软土地基加固中的应用及控制要点

胡建国

摘要：布袋注浆桩是一项新的软土地基加固技术，是软土注浆技术和土工织物综合应用的施工新工艺，本文以连盐铁路软土路基地基加固为例，介绍布袋注浆桩加固软土路基的加固机理、施工工艺、施工控制要点。

Abstract： The bag grouting pile is a new soft soil foundation reinforcement technology and is a new technology of soft soil grouting technology and integrated application of geotextile fabric. In this paper， taking the soft soil foundation reinforcement of Lianyungang-Yancheng railway as the case， the paper introduces the key points of the reinforcement mechanism， construction technology， construction control of bag grouting pile.

关键词：布袋注浆桩；加固机理；施工工艺；施工控制要点

Key words： bag grouting pile；reinforcement mechanism；construction technology；construction control points

中图分类号：U213.1+5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0080-03

1 工程概况

连盐铁路连接江苏省连云港、盐城两市，设计时速200km，客货共线。其中盐城地区位于东部沿海淤积土层地区，场地土层分布如下：（2）-2-1粉质粘土：厚度1.3～3.0m，褐黄色～灰色，软塑，局部夹少量植物根系，σ0=80kPa。（2）-3-1粉土：层厚2.0～4.3m，浅灰色，饱和，稍密，σ0=90kPa。（3）-6-1淤泥质粉质黏土：层厚3.2～14.2m，褐黄色、浅灰色，流塑～软塑，σ0=40kPa。（3）-6-2淤泥质粉质黏土：层厚1.2～2.6m，浅灰色，流塑～软塑，σ0=40kPa。（5）-1-1黏土：层厚3.0～8.4m，青灰色、褐黄色，硬塑，σ0=150kPa。（5）-1-2粉土：层厚2.8～11.5m，灰褐色～褐黄色，饱和、中密，σ0=140kPa。该地区淤积土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。

2 布袋注浆桩定义及软土地基加固机理

2.1 布袋注浆桩定义

布袋注浆桩是一种新的施工工艺，它是基于软土分层注浆技术和土工织物综合应用而形成的。完成引孔后，放入土工织物袋，同时作用在布袋内一定压力注浆，使土体内的布袋膨胀，布袋的膨胀程度取决于地质承载力的高低，在土木织物中注浆液会逐渐硬化，硬化体形状多呈圆柱状或葫芦状，从而实现软土地基的加固目的。其加固原理见图1。

2.2 布袋注浆桩作用机理

①挤密作用。通过往布袋内施加压力，其内的浆液会慢慢膨胀，从而将周围土体压密，增大其密度，减少其孔隙比，如此地基沉降将减少，地基承载力将提高。

②桩复合地基。硬化后的水泥桩体和桩间挤密土结合在一起，形成人工复合地基，在这种强高度的挤压力作用下，地基会更加的稳定，客观上提高了其承载力。

③土工织物袋的隔离、排水及加筋作用。由于土木织物的隔离作用，浆液会因此形成较为规则的注浆桩体；利用排水作用可将多余的水分排出，加快浆液的凝固速度，得到更高质量的硬化桩体；同时由于布袋具有较高的抗拉强度，也能够达到加筋土体的目的。

3 布袋注浆桩的施工工艺及参数

在布袋注浆桩的逐渐成型期间，为保证最终的成樁质量符合标准，应合理明确布袋的各项指标，使其各项参数都符合相关规范要求，最大限度地确保布袋注浆桩的质量符合要求。

3.1 施工工艺

布袋注浆桩的施工工艺包含多个阶段，包括桩位放样、钻孔成孔、布袋注浆、成桩检测等。工艺流程见图2。

①根据设计图纸对所要施工的桩位进行放样，并在现场定位，成孔设备选用SZJ-B型工程钻机，在钻孔过程中为了防止塌孔，采用孔内原土造浆。

②成桩经验收合格后，将注浆芯管放入布袋内一并放入孔内，布袋应自底部上翻30cm，用铅丝扎紧三道，并且为了避免出现泄浆问题，应注意扎紧，同时为了保证布袋顺利进入孔内和便于布袋被浆液顺利的撑开，应每隔50cm扎一道细铅丝。此外，为了避免窜浆，在开始注浆前，布袋上务必绑扎两道以上铁丝。

③将注浆管注浆芯管并通过注浆泵将搅拌好的浆液注入其中，一次性注浆，直接注浆到布袋充满，注浆量应大于布袋体积。注浆期间应配备完善的相关仪表设备，比如电磁流量计、压力表等，将注浆量和注浆压力记录下来，并打印电脑小票，以便作为凭证用于工程管理。

④在注浆完成后浆液初凝前，由于浆液中的水分在压力的作用下往布袋外渗透，布袋中的浆液体积减少，桩顶下降，桩顶达不到设计标高，桩长不足，需要根据现场实际情况确定补浆，补浆的次数以确保桩顶能够达到设计标高来确定。

3.2 布袋注浆桩的施工参数

布袋注浆桩浆液拌制期间必须将水胶比控制在合理范围内，注浆液的组成部分包括水、粉煤灰、水泥，但有时为了提高浆液的耐久性和强度，提升水泥的和易性，可加入一定量的外加剂，比如木质素磺酸钙、三乙醇胺等。木质素磺酸钙具有明显的减水作用，能够增加浆液的稠度，便于泵送。三乙醇胺是一种早强剂，能够有效提升桩的早期强度。通过试桩，我们得出浆液的配比为（水：水泥：粉煤灰=1：0.7：0.6），其标准养护28天立方体无侧限抗压强度不小于4MPa，浆液的基本性能能够达到如下标准：黏度：30～35s，比重1.4～1.5g/cm3，析水率<3%。注浆压力一般选择在0.2～0.6MPa之间。endprint

本工程设计要求布袋注浆桩的桩径为40cm，在试桩过程中，通过对试桩注浆量的统计、成桩后浅层开挖检测及7天单桩载荷试验，确定钻孔过程中选用直径为37cm的桩头，成孔后注浆压力控制在0.5～0.55MPa能够撑开布袋，达到设计要求的桩径，同时也能满足单桩荷载要求。通过流量计监控，得出注浆流量为50～75L/min。

4 布袋注浆桩施工控制要点

4.1 原材料控制要点

①布袋质量。布袋需选用卷筒型尼龙纤维袋，检测指标要求为：单位面积≥230g/m2，CRB顶破强度≥5.5kN，等效孔径？准90为0.07～0.5mm，撕破强度≥0.9kN，渗透系数为1×（10-2～10-3）cm/s。抽样检测频率参照土工合成材料频率。

②水泥、粉煤灰、水。水泥宜采用P.O42.5普通硅酸盐水泥或P.S42.5矿渣水泥，每批进场水泥必须有生产厂家产品合格证，并根据有关规定进行抽查检验。粉煤灰应选择烧失量低的粉煤灰，具体性能指标要求：细度≤25%，需水比≤105%，烧失量≤8%。注浆用水应是可饮用的河水、井水及其他清洁用水。

③浆液控制。现场必须严格按照试验的配合比拌制浆液。浆液基本性能满足黏度：30～35s，比重1.4～1.5g/cm3，析水率<3%的要求。

4.2 成桩、注浆过程的控制要点

布袋桩成桩过程质量控制的工作重点是成孔和注浆。成孔过程中对各关键环节应加强质量控制，包括场地整平、布点、打桩顺序、桩位偏差和桩体垂直度等；注浆阶段控制施工技术参数。

4.2.1 成孔

①场地处理及布点。因布袋注浆桩桩位密集，成孔需采用引孔设备并进行孔内造浆，泥浆排放易对整个路基面造成侵蚀，在场地平整后先施工30cm改良土垫层用于封闭路基面，在改良土上根据排浆数量纵横向设置排浆槽，排浆槽深度不得超过改良土垫层厚度，同时做好路基边排水沟。之后应依照设计要求，实施测量放线操作，将场地桩位布置好。要求场地平整无异物，并用石灰在布点期间作醒目标志，能够起到警示作用。此外，为保证桩位不会出现较大的偏移，应尽量对桩位布点进行精确控制，最大限度的避免或减少误差。

②钻头选择。钻头直径的选择与布袋注浆桩成桩后承载力有着直接的影响。钻头选择过小，在注浆过程中不易将布袋完全撑开，桩体直径达不到设计要求；钻头选择过大，减少了注浆过程中对周围土体的挤密效果。施工单位在施工前需采用不同直径的桩头进行试桩，通过注浆数量是否大于设计值、浅层开挖检验桩体直径是否满足设计要求、7天单桩荷载试验是否满足设计要求的承载力等方面来选择合适的钻头直径。

③成孔垂直度。在钻机作业前对垂直度进行校正；开工前，对主机上附带的垂直度刻度盘进行校验，采用全站仪在调试完毕的钻机主架上标设立杆中心线，钻杆前后、左右方向挂设垂球法进行校核（挂设线绳不短于2.0m）；施钻过程中、结束后及时测设出偏移尺寸，及时对垂直度进行监控是可行的控制手段，可有效地防止桩体垂直度超标现象发生。

④控制标准。按照设计要求，桩施工工程中，桩位、垂直度、有效直径的允许偏差应符合表1中的规定。钻孔倾斜度需严格控制在1.0%以內，防止孔较深及桩密度大时，钻探损坏相邻已成桩。钻孔时应根据地层情况，采用泥浆护壁，防止塌孔、缩孔、影响成桩质量。需严格控制孔深、沉渣厚度，泥浆排放量。

4.2.2 注浆

①控制注浆管、布袋、水泥等材料质量，按期校验计量设备，保证水泥浆的配比搅拌质量。

②注浆管选用PVC注浆管，一次性注满，注满后须随时观察桩顶下沉情况，确保在桩体初凝前及时补浆。采用安装自动记录压力和流量的注浆设备，并配备即时打印机，当场打印小票，作为施工工程控制凭证。

③应贯彻“快下管，早注浆”的原则，确保成桩效果。

④成桩顺序应按“先周边，后中间，跳桩施工”的方法，提高加固效果并防止对周边建筑物的影响。

⑤注浆参数需根据试桩总结确定，在大面积施工中严格按试桩总结出的浆液配合比、注浆压力等参数组织施工。

⑥现拌浆液时，每次必须有3次以上随机抽样，保证其各项指标满足要求。

5 结语

布袋注浆桩是注浆技术和土工织物综合应用而成的新技术，在华东沿海地区连盐铁路软土路基地基加固中得到充分的应用。经实践证明，该技术在处理沿海地区软土路基能够满足客货共线铁路路基的稳定和工后沉降控制要求，取得了一定的社会和经济效益。

在存在硬夹层和软弱层的复杂软土地质中，布袋注浆桩能穿过硬夹层，在其中的软弱土层能较好地撑开土工织物，硬化后形成葫芦桩，从而符合设计要求的加固软弱层的意图，具有明显优势。

布袋注浆桩浆液在布袋内成桩，易形成有规则的桩体，质量可靠。设备均为常见设备，操作简单，各工序可平行施工、流水作业，施工进度快。布袋能起到控制浆液流失、减少环境污染和提高材料利用率的作用，具有较高的推广应用价值。

浆液基本性能达到如下标准从而保证桩体质量：黏度：30～35s，比重1.4～1.5g/cm3，析水率<3%，室内标养28天无侧限抗压强度大于4MPa，注浆压力一般为0.2～0.6MPa，注浆流量一般为50～75L/min。

布袋注浆桩质量控制要点包括成桩前的注浆材料质量控制、成桩过程质量控制两个阶段。成桩前质量控制要点含原材料和搅拌两个方面，控制内容主要为原材料质量、浆液配比、浆液性能等；成桩过程质量控制要点包括成孔和注浆两个方面，控制内容主要为桩位、桩体垂直度、钻头直径、注浆参数、补浆时间等。其中钻头直径的选择直接关系到布袋注浆桩地基加固的效果，必须通过试桩确定。

基于布袋注浆桩在钻孔过程泥浆排放易侵蚀待加固的路基，在布袋注浆桩施工前可对基面进行一层灰土处理，既保护路基面不受钻孔时泥浆侵蚀，也利用路基面排水。同时需妥善处理泥浆排放，做好现场文明施工。

参考文献：

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[2]唐鑫.布袋注浆桩处理地基铁路软弱地基的应用[D].西南交通大学学报，2013.

[3]吴裕铭.布袋注浆桩在时速200km客运专线铁路上的应用[J].铁道标准设计，2006.

[4]吴正宇.布袋注浆桩在路基工程的施工工艺及质量控制[J].山西建筑，2014.endprint