软土地区邻近运营铁路布袋加筋注浆成桩施工技术研究

2023-02-02吴钢

科技与创新 2023年2期

吴钢

（沿海铁路浙江有限公司，浙江宁波 315000）

宁波枢纽庄桥至宁波段增建三四线工程路基软基采用旋喷桩处理，根据中国铁路上海局集团有限公司建设部《宁波增建三四线工程庄桥站路基及高压旋喷桩（邻近）杭深线等施工方案审查会议纪要》（建工函〔2020〕174号），项目部按设计及相关要求进行旋喷桩试验段工艺性试验，对桩周边土体地表沉降及水平位移、深层水平位移、孔隙水压力进行监测，经数据分析形成试验段总结报告，经专家评审认为在现状条件下旋喷桩施工对既有杭深线影响较大。基于旋喷桩试桩总结报告专家评审意见，对地基处理方案进行优化是必要的。《中国铁路上海局集团有限公司工务部关于变更宁波增建三四线工程地基处理方案的建议函》（工路桥函〔2020〕313号）提出由于该工程邻近杭深线且地基为软黏土，结合以往软土地区邻近营业线高压旋喷桩施工经验及试验结果，预计旋喷桩施工将对既有杭深线线路状态控制产生严重的不利影响，威胁动车组运行安全，建议进一步研究、变更邻营施工地段地基处理方案，尽量减少施工对杭深线运营安全的影响。

1 工程概况

宁波枢纽庄桥至宁波段增建三四线工程位于宁波市境内。工程建设范围：宁波枢纽庄桥站（含）至宁波站（含），里程桩号K306+553.64—K313+965.72，全长约7.412 km。三四线自杭甬铁路庄桥站引出，在既有线西侧距既有线上行线（Ⅱ线）25 m处新建双线桥跨过余姚江，后以9.5 m线间距平行既有线上行线（Ⅱ线）前行，至宁波站东端。庄桥至宁波间四线采用方向别设计方案，既有双线设计为下行线、新建三四线设计为上行线。

主要内容：新建三线长5.6 km，新建四线长6.5 km，另萧甬铁路下行线自庄桥站贯通接入宁波站到发线3道，除利用既有下行线外，两端需新建单线约1.7 km。庄桥站上行方向增建有效长650 m到发线1条，并对庄桥站宁波端、宁波站杭州端咽喉区进行适应性改造。

布袋（加筋）注浆桩桩位置位于D3K309+977.00—D3K310+730.57区间路基，布袋（加筋）注浆桩按正方向布置，布袋桩径0.4 m，D3K309+722.89—D3K309+957.00桩间距1.4 m，D3K309+957.00—D3K310+730.57桩间距1.3 m（正方形布置）；D3K309+722.89—D3K309+957.00桩长18 m，D3K309+957.00—D3K309+977.00桩长16 m，D3K309+977.00—D3K310+385.00桩长14 m，D3K310+385.00—D3K310+730.57桩长12 m。

2 设计参数及要求

布袋（加筋）注浆桩采用以下参数：注浆压力0.4～0.6 MPa，进浆速度50～65 L/min，水胶比0.69；钻头型号Φ370 mm，每立方米浆液中水泥、粉煤灰、水分别为587 kg、476 kg、734 kg，外加剂三乙醇胺、木质素磺酸钙1.2 kg，水胶比0.69，每米水泥用量73.73 kg，煤灰用量59.79 kg。注浆管采用内径40 mm PPR管，布袋在塑料管上每间隔500 mm，用铅丝绑扎一道，底部0.3～1 m长度钻设Φ6～10 mm花眼，间距30 cm，作为桩底出浆口，注浆管不拔出。设计单桩承载力200 kN，复合地基承载力160 kPa，桩体28 d无侧限抗压强度不小于5 MPa。

3 工艺原理

布袋（加筋）注浆桩是通过机械成孔，以布袋和注浆浆液形成似葫芦串状或圆柱状桩体来加固土体的软土地基加固施工工艺，它对地基的加固主要体现在以下3个方面：①排水作用。土工织物尼龙纤维袋可以形成排水通道，当土体中有超孔隙水压力时土中的水会沿着织物排出土体，布袋注浆桩形成的排水通道加速了土体的固结。②隔水作用。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通过布袋达到压密土体的目的并形成较规则的注浆体。③加筋作用。由于布袋选用与桩径相同的无缝合线的卷筒式土工管袋，为尼龙或聚丙烯材质，具有较高的抗拉强度。且注浆管为PP-R管，注浆完成后注浆管可不拔出，与桩体共同形成布袋加筋注浆桩，使得布袋（加筋）注浆桩具有较强的抗拉、抗折及抗压力学特性。在软弱地层中布袋（加筋）注浆桩增加了土体的稳定性。

4 施工工艺及操作要点

4.1 施工工艺

施工工艺如图1所示。布袋注浆成桩加固立面示意图如图2所示。

图1 工艺流程图

图2 布袋注浆成桩加固立面示意图

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备

施工准备工作包括：①施工机械进场的便道应畅通，供电设施应齐全。在没有外接电源的施工现场，应配备发电机。②做好钻机就位前的场地整理工作，采用人工配合推土机平整场地、清除杂物，地质软弱区要填筑平台；有条件的地方，可用压路机静压1～2遍，同时做好排水工作。③施工机械进场后，应对机械进行检查维修和运转调试，施工队伍要合理配置场地；进行现场调查及探沟开挖，发现管线时与产权单位对接进行迁改，或确定保护方案后在产权单位的监督下配合下进行施工，确保安全生产。④对原材取样，对浆液进行配合比试验，确定浆液最佳配比。⑤试桩。进行成桩工艺试验，确定各项施工技术参数，并对试桩采用钻孔取芯进行桩身均匀性、强度等指标检测，检验成桩效果，以指导后续布袋（加筋）注浆桩的施工。

4.2.2 原材料质量控制

布袋：布袋选用Φ40 cm卷筒型尼龙纤维袋，单位质量260 g/m2，经向抗拉断裂强度大于等于65 kN，纵、经向撕破强度大于等于1.0 kN，CRB顶破强度大于等于6 kN，等效孔径O/90=0.07～0.50 mm，渗透系数

K=1×10-3～1×10-2cm/s。

水泥、粉煤灰：进场时须对其品种、级别、包装、出厂日期等进行验收，并对其性能参数等进行试验，确保符合其相关质量规定。

浆液：浆液配合比（水∶水泥∶粉煤灰）为0.92∶1∶0.67，浆液基本性能为质量浓度1.5～1.7 g/cm3，析水率小于3%。改善水泥和易性，以提高水泥浆液的强度和耐久性。

注浆管：注浆管为Φ40 mm PPR管，壁厚4.4 mm，单节长度4 m PPR管，底部采用PPR管道封头封闭，顶部安装PPR管道阀门，阀门上方安装一段送浆管连接段，端部设管内丝牙连接头，用于与送浆管丝牙连接。所有管道、封头、阀门均采用热熔连接。加筋管长度比设计桩长长约50 cm，其中底部30 cm为绑扎布袋端部封口段，顶部20 cm为桩顶露出地面预留段。注浆管底部0.3～1 m长度钻设Φ6 mm花眼，间距30 cm，作为桩底出浆口。

施工用水：水质应符合工程用水标准。

原材料使用类型、数量依据工期分阶段进场，检验合格后使用。

4.2.3 施工放样

首先用RTK测量仪准确地放出施工段落的起始位置和边线位置，然后使用间距定位卡具配合测量仪器测放Φ40 cm布袋（加筋）注浆桩，并使用钢筋（或小彩旗）标识孔位，最后用水准仪测量现场地面标高，确定桩顶标高。

4.2.4 桩机就位

在准备工作完成后，由钻机操作手负责钻机正确就位，钻孔场地面应平整且稳固。钻机必须用水准尺校平，保证机身水平，钻孔垂直偏差小于1%。

4.2.5 钻孔至设计标高、钻孔设备转移至另一待钻孔位

据地质情况采用泥浆护壁（遇地下水不发育及土层硬塑段可采用干孔成孔）分节成孔，布袋钻机钻进过程中须观察、测量钻杆垂直度，出现倾斜应及时调整，分节钻孔至设计标高，通过控制钻杆长度及采用测绳复测孔深确认。

遇硬壳层钻进困难段，钻孔前采用多功能钻进引孔（设缆风绳拉紧钻机防止倾覆，并设挡土护套），引孔钻头直径宜大于布袋钻机直径，引孔须穿透硬壳层至淤泥质土层（孔周边渣石需清理，避免落入孔内）。引孔钻机钻杆就位及钻进过程中垂直度控制采用线锤或水平（竖直靠尺）调整。如遇塌孔需及时补（重）钻。

待本桩位钻孔结束后转移钻机，移至下一待钻桩位进行钻孔，如图3所示。

图3 钻孔

4.2.6 布袋绑扎在注浆管上、下放套有布袋的注浆管

布袋加工长度需满足要求（即布袋加工长度=布袋桩设计长度L+1 m），现场采用人工加工接长PP-R注浆管（即注浆管加工长度=布袋桩设计长度L+0.5 m），孔底0.3～1 m范围管身钻Φ6 mm花眼钻设出浆口，间距30 cm，底部采用PP-R管道封头封闭，顶部安装PPR管道阀门，阀门上方安装一段送浆管连接段，端部设管内丝牙连接头用于与送浆管丝牙链接；管道接头采用热熔连接。注浆管长度宜比设计桩长长约50 cm，其中底部30 cm为绑扎布袋端部封口段，露出地面不小于20 cm。

布袋选用Φ40 cm卷筒型尼龙纤维袋，单位质量260 g/m2，布袋底端用细铁丝绑扎不少于两道，以免泄浆，底端以上每隔50 cm左右用铁丝扎紧，铁丝绑扎不易过紧。复测布袋套管长度满足要求后，人工送入孔内（布袋露出地面不宜小于20 cm）。布袋下放安装如图4所示。

图4 布袋下放安装

4.2.7 拌制浆液

制浆的过程应在钻机就位开钻后立即开展。浆液的配合比严格按设计执行，所采用的水泥、粉煤灰和水等原材料经监理检测合格后方可使用。

浆液的拌制严格按照工艺性试验确定的配合比控制，现场严格控制浆液的制作质量，搅拌时间必须满足要求，并将配置好的浆液放入集料池中，将集料池中的搅拌机开启进行搅拌，以防止浆液沉淀分层造成浆液质量浓度不均衡。如图5所示，每盘浆液均由工地试验人员在集料池中取样检测浆液的质量浓度，不达标时及时通知现场调整，确保浆液搅拌质量浓度符合要求。

图5 制浆、试验室检测浆液质量浓度

4.3 注浆

设置配合比标识牌及计量设备，注浆软管连接注浆管采用孔口通长注浆，按每立方浆液配比配置注浆浆液，浆液应搅拌均匀且用比重测量仪测水泥浆液质量浓度（1.5～1.7 g/m3），注浆前连接流量仪（带小票打印），检查压力表是否灵敏，注浆压力0.4～0.6 MPa，进浆速度55 L/min，初次注浆至设计桩顶标高（根据高度标识）后停止注浆，注浆完成1 h后（可根据现场调整）根据桩顶标高补注浆直至满足设计标高（据地面高程尺量检查）。

注浆过程中，用Φ40 cm PVC管配合钢筋立笼控制桩头直径及桩头垂直度，避免桩头倾斜，如图6所示。

图6 注浆

4.4 冲洗注浆管等机具、设备

钻孔、补注浆结束后，及时移动钻机、注浆设备至下一孔位重复上述步骤，若结束注浆则及时冲洗清理、规放钻孔设备。

5 材料与设备

主要机械设备配置如表1所示。

表1 单个作业面施工机具设备配置表

6 质量控制

6.1 工程质量控制标准

工程质量控制标准有布袋（加筋）注浆桩施工图、TB 10414—2018《铁路路基工程施工质量验收标准》、TB 10424—2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》和《宁波枢纽庄桥至宁波段增建三四线工程布袋（加筋）注浆桩施工质量验收标准（修订版）》。

6.2 质量控制措施

布袋质量：进场使用布袋的质量必须满足设计要求。

钻孔深度：钻孔深度应满足设计及规范要求，其误差宜控制在±100 mm，可采用在顶节钻杆上做标记或根据注浆塑料管安装长度判断孔深。

浆液质量：现场必须严格按照工艺性试验确定的配合比参数要求拌制浆液。

注浆速度和注浆压力：注浆压力是成桩的关键，注浆压力应满足工艺试验得出的参数要求。注浆速度应保持匀速。

注浆量：为确保成桩质量满足设计要求，每孔注浆量应不小于布袋桩体积。

布袋绑扎：布袋两端开口应绑扎牢固，防止漏浆。

施工原始记录：布袋（加筋）注浆桩均为隐蔽工程施工，必须有完备的施工记录。原始记录应做到及时、准确、全面，能够如实地反映实际施工情况。

7 实施效益

以宁波枢纽庄桥至宁波段增建三四线项目为例，采用布袋（加筋）注浆桩施工工法，施工效益主要表现如下：①施工工期短、无公害、成本低，通过对钻孔直径的控制，对相邻构筑物影响降至最低，具有较好的综合经济效益和社会效益。②适用范围广。适合在邻近营业线或对挤土效应敏感的建筑物周边使用。③与其他加固方式相比，布袋（加筋）注浆桩钻机种类较多，对既有线施工时可采用低矮钻机，施工时不侵线，保证了既有线行车安全。