朱廣幸，柴 碩，李家昱

（白城師范學(xué)院 土木工程學(xué)院，吉林 白城 137000）

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加強，一些特殊地質(zhì)條件的地區(qū)得到開發(fā)利用，其中軟土地基在荷載作用下，往往會產(chǎn)生沉降或失穩(wěn)，若不采取措施，會產(chǎn)生不同程度的破壞，導(dǎo)致建筑物和構(gòu)筑物不能正常使用.

國內(nèi)外成熟的軟土地基處理方式有很多種，比如置換法、復(fù)合地基、排水固結(jié)等幾大類方法.單一的軟基處理方法各有優(yōu)缺點，而將兩種不同加固方法進行混合應(yīng)用的案例較少，本文通過高壓旋噴樁加固碎石注漿樁的混合加固實驗，得到實驗結(jié)果和監(jiān)測數(shù)據(jù)，為混合加固處理提供參考和指導(dǎo).

1 工程概況

東南沿海鐵路地處海積平原，軟土層的厚度超過了20 m深，軟土含水量達到65%~82%；孔隙比大，達到1.5~2.5；強度低，抗剪強度只有0.87~8.2 kPa；壓縮性和觸變性高，壓縮模量E=1.35~2.8 MPa.

按原設(shè)計進行管樁加固時，經(jīng)測量監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，管樁對已完成施工的結(jié)構(gòu)物有明顯擠壓現(xiàn)象，對結(jié)構(gòu)物安全造成不良影響，為減少對已完成施工的橋涵結(jié)構(gòu)物的影響，經(jīng)綜合比選，改用碎石注漿樁加固.碎石注漿樁，一般不用配筋，采用取土設(shè)備成孔，成孔后放入導(dǎo)管，注入碎石，然后通過導(dǎo)管高壓注入水泥砂漿，水泥砂漿一部分滲入土體，一部分與碎石結(jié)合成樁，使原來土體得以加固.碎石注漿樁與樁間土體形成復(fù)合地基，共同承擔(dān)荷載；由于碎石注漿樁采用置換原理，對周圍土體不產(chǎn)生擠土效應(yīng)，施工工藝簡單易行；同時施工設(shè)備采用小型鉆機作業(yè)，機械設(shè)備簡單，搬運轉(zhuǎn)場方便，施工時噪聲低、振動小，對場地擾動小，主要適用于加固區(qū)域上部有高壓電力線、框架結(jié)構(gòu)物等導(dǎo)致管樁無法實施的，或容易對結(jié)構(gòu)物地基產(chǎn)生擠壓或位移影響的部位和地段.

碎石注漿樁設(shè)計樁徑0.5 m，漿體的混凝土強度C20，嵌入持力層不少于1 m，路肩范圍內(nèi)按照間距2 m的正方形布置，道路邊坡范圍內(nèi)按照間距2.5 m的正方形布置，樁長30~36 m，樁頂設(shè)樁帽，尺寸為1.4 m×1.4 m×0.35 m，樁帽頂部鋪設(shè)兩層加筋土工格柵的0.6 m厚的碎石墊層.

2 施工工藝

本項目碎石注漿樁施工工序為鉆孔后下注漿管，然后投料、清孔，最后注漿.

（1）鉆孔.將鉆桿和螺旋套筒聯(lián)結(jié)，通過鉆桿的旋轉(zhuǎn)，使套筒部分的刃片切削上層土體，并使土層切入套筒內(nèi)，待鉆入一定深度，提出套筒，清除套筒內(nèi)的泥土，放下套筒，循環(huán)此操作.通過鉆桿接長，直到鉆至設(shè)計要求的深度后鉆具在原位慢速回轉(zhuǎn)、掏渣，當(dāng)沉渣厚度不大于10 cm時方可終孔［1］.

（2）下注漿管.注漿管統(tǒng)一采用直徑為3 cm、長度為3~6 m的鍍鋅鐵管，連接方式為絲扣連接，鐵管與孔底部距離大約15~30 cm.注漿管放置到位后，應(yīng)再次測量孔內(nèi)的沉渣厚度，確保沉渣厚度符合設(shè)計要求.

（3）投料.將潔凈的碎石慢慢倒入孔內(nèi)，當(dāng)填至距孔口2 m左右時，安放并固定鋼筋籠，繼續(xù)填充碎石，至孔口為止.

（4）清孔.孔內(nèi)填滿碎石以后，使用注漿泵通過注漿管將水注入孔內(nèi)，檢測泥漿比重，當(dāng)泥漿比重小于1.08時方可停止注入清水，清孔結(jié)束.

（5）壓力注漿.清孔結(jié)束后，現(xiàn)場攪拌水泥砂漿，利用注漿泵的壓力，將攪拌好的水泥砂漿通過注漿管從孔底逐漸上升，并滲入到碎石空隙及周圍土層中.水泥砂漿采用細砂，為增強潤滑作用可摻入一定數(shù)量的粉煤灰，按照M25配合比攪拌，采用連續(xù)注漿.由于注漿過程中引起振動，會使樁頂部分碎石有一定量的沉落，故在注漿過程中應(yīng)逐步補充部分碎石到樁頂.砂漿在孔口充分溢出后，停止注漿，預(yù)留3~6 m注漿管在孔內(nèi).30~60 min后砂漿液面標(biāo)高有所回落，此時再注入一定量砂漿，直至水泥砂漿再次溢出孔口，此為二次補漿過程.

（6）振搗.用插入式振搗器插入樁體1.5 m左右進行振搗，使樁頂砂漿充分密實后，拔出預(yù)留的注漿管，此時注漿結(jié)束［2］.

3 初次加固效果

本項目最后一根碎石樁施工完成7天后，破樁頭進行小應(yīng)變檢測，檢測合格后開始樁帽板施工.當(dāng)樁帽板混凝土強度達到70%后，開始路基分層填筑.路基開始填筑時間與最后一根碎石樁注漿完成時間間隔一般不小于1個月.沉降觀測從路基填筑同步開始，直到路基本體及基床表層、工程線路上砟及鋪軌，附屬工程全部完成.根據(jù)實驗和觀測得到數(shù)據(jù)如表1和表2所示，可以發(fā)現(xiàn)路基繼續(xù)出現(xiàn)較大沉降，5個月后仍未收斂.

表1 單樁豎向抗壓靜載實驗結(jié)果匯總表

表2 碎石注漿樁加固段累計沉降值匯總表

鋪軌后，電纜溝出現(xiàn)明顯變形，設(shè)置觀測標(biāo)志后進行數(shù)據(jù)采集，20天沉降值達到6~9 mm，大于規(guī)范規(guī)定的沉降速率.

4 沉降超限原因分析

采用碎石注漿樁加固軟土地基，處理區(qū)段沉降不收效的主要原因有兩個方面.

4.1 不同樁型地基加固容易產(chǎn)生較大的沉降差異

根據(jù)碎石注漿樁施工工藝分析，碎石注漿樁施工鉆機采用簡單旋挖方式，樁底穿透淤泥層伸入卵石持力層后立即終孔，碎石注漿樁樁端伸入卵石持力層不到30 cm.與管樁相比，管樁嵌入持力層達到100 cm左右，碎石注漿樁達不到足夠的端頭錨固效果，單樁承載力雖滿足設(shè)計要求，但安全系數(shù)較低，路基沉降控制遠達不到管樁加固效果.因此，同一加固地段內(nèi)大面積采用預(yù)應(yīng)力管樁，局部區(qū)段采用碎石注漿樁，兩種不同樁型地基加固容易產(chǎn)生較大的差異沉降.

4.2 現(xiàn)場工藝控制難度較大

碎石注漿樁在使用簡單設(shè)備旋挖成孔的基礎(chǔ)上，先下注漿管和碎石，清孔后壓力注水泥漿填充空隙，是一種小孔徑的鉆孔灌注樁.注漿工藝控制是碎石注漿樁工程質(zhì)量監(jiān)控的關(guān)鍵所在，由于地形條件復(fù)雜，注漿工藝控制難度較大.

5 補強加固處理措施

經(jīng)對沉降未收斂的原因及加固處理方案進行研究，認為碎石注漿樁端頭伸入持力層深度不足是造成鋪軌后路基沉降超標(biāo)的主要原因，并提出了采用高壓旋噴樁二次加固補強的處理措施.

5.1 加固設(shè)計

根據(jù)碎石注漿樁樁徑0.5 m，路肩內(nèi)2.0 m×2.0 m、路肩以外2.5 m×2.5 m的布樁形式，在碎石注漿樁間隙布置成孔直徑0.6 m高壓旋噴樁進行加固，路基坡腳范圍內(nèi)按矩形布置，樁間距2.5 m.樁頂自承臺向下1.0 m，正線五列及道岔區(qū)樁尖至持力層以上1.0 m.路肩處樁長按設(shè)計施工.路基坡腳范圍外布置三列，按梅花形交錯布置，相鄰樁間距1.4 m.樁長從原地面開始，樁端嵌入持力層0.5 m.縱向布置原則距離臺背1.5 m布置第一排，至最后一排碎石注漿樁.高壓旋噴樁中心樁位可依據(jù)現(xiàn)場鋼軌及枕木位置適當(dāng)調(diào)整.噴射漿液材料選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥漿，水灰比1.0.樁體水泥土無側(cè)限抗壓強度不小于1.0~2.0 MPa.

5.2 加固施工工藝

加固時主要施工工藝流程為放樣定孔位、埋管、滿鋪方木枕木平臺、引孔、鉆機就位、旋轉(zhuǎn)鉆孔、攪拌水泥漿、旋轉(zhuǎn)提噴水泥漿、回灌、清洗設(shè)備、移位.

5.3 主要工序操作要點

結(jié)合高壓旋噴樁施工經(jīng)驗，為避免旋噴樁施工完成后引起地表隆起，進而破壞軌道和道岔結(jié)構(gòu)，高壓旋噴樁補強采用了以下措施.

（1）調(diào)整施工參數(shù).高壓旋噴樁上部6.0 m壓力為15 MPa，下部壓力為20 MPa；上部6.0 m水泥為140 kg/m，下部為195 kg/m；提升速度：20~25 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度：20 r/min；水泥漿摻1%的早強型高效減水劑.

（2）樁長調(diào)整.高壓旋噴樁提管至碎石注漿樁帽板以下1.0 m時停止壓力注漿；軌道下方五排高壓旋噴柱樁端進入持力層后上提1.0 m后開始噴漿提管；路肩處兩排高壓旋噴樁樁端進入淤泥質(zhì)黏上層2.0 m.

（3）施工順序.施工順序嚴格按照從臺背向路基、先中間后兩側(cè)的順序施工.為避免或減少土體上拱引起地面隆起，樁機采用隔排布置施工［3］.

（4）在臺背增加減壓措施.在臺背后設(shè)置130 mm直徑的應(yīng)力釋放孔三個，孔深距原地面下15.0 m，孔內(nèi)填碎石.臺背后第一排高壓注漿后，才能施工第二排.

（5）沉降及位移觀測.施工期間加強沉降及位移觀測，對結(jié)構(gòu)物或路基出現(xiàn)較大變形時立即停止施工，調(diào)整施打順序后才能繼續(xù)施工.位移測量精確到0.1 mm，每個樁必須監(jiān)測高程和水平變形.每次觀測監(jiān)控位移和高程變化控制在2 mm，觀測間隔時間6 h.在施工樁的樁位附近每天4次，其余按每天2次進行檢測.累計變形達6 mm或路基變形達10 mm時立即停止施工，調(diào)整施工方案.注漿過程中對注漿孔附近觀測點每小時觀測一次.

6 補強加固處理效果

采用高壓旋噴樁加固原碎石注漿樁施工區(qū)域，施工期間路基從下沉到穩(wěn)定、地表上升再到穩(wěn)定后，隨著高壓旋噴樁強度不斷發(fā)育，其承載能力逐步得到體現(xiàn)，路基沉降得到有效控制.

6.1 沉降觀測方案

高壓旋噴樁施工期間沉降觀測點的布設(shè)，沿縱向4.0~5.0 m設(shè)置一個斷面，同時對結(jié)構(gòu)物、緊靠臺背斷面、碎石注漿樁與管樁相鄰斷面、間隔5 m的管樁斷面，也要設(shè)置觀測點，橫斷面每根鋼軌上各設(shè)置一個測點.

6.2 觀測數(shù)據(jù)分析

本次沉降觀測歷時83天，每個施工段落布設(shè)了路基、軌面、護道（路基坡腳）觀測樁.沉降觀測曲線如圖1所示.

圖1 加固補強后沉降觀測曲線

由圖1可知，旋噴樁施工完成初期，路基和軌面部分趨于穩(wěn)定，后期出現(xiàn)上升，最大上升2 mm.加固施工完成后4周內(nèi)沉降速率較大，第5周后沉降趨于穩(wěn)定，最大沉降量15 mm.

7 結(jié)論

采用碎石注漿樁加固軟土具有施工簡單、可以避免擠土效應(yīng)，減少對建筑物結(jié)構(gòu)的影響，能提高土體的側(cè)阻強度，改善土體力學(xué)性質(zhì).但如果軟基地下水發(fā)育、承載力極低、厚度太深，則成樁過程難以控制縮孔、塌孔等情況，影響成樁質(zhì)量.

對于出現(xiàn)沉降偏差較大且不收斂的情況，及時采用高壓旋噴樁進行補強加固處理，建議從持力層開始噴漿提管，并在后期提管時注意適當(dāng)降低噴漿壓力，距地面50 cm左右停止噴漿，防止地面隆起產(chǎn)生其他破壞.通過補強加固，強化了地基基礎(chǔ)，提高地基承載能力，控制了路基的工后沉降［4］.實踐證明，采用高壓旋噴樁控制工后沉降、治理沉降不收斂的問題，已取得良好的效果，補強加固措施是合理的、工藝是可以控制的，加固效果是滿足要求的.