铁道建筑 ｌ０ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３．１９９５（２０１０）１１—００１０—０３ 粉喷桩技术在铁路便桥墩台地基加固中的应用 李旭，谢在巍 （沈阳铁路局科学技术研究所，沈阳１１００１３） 摘要：既有桥梁的改造施工中，常常需要修建临时便线，对便线便桥的墩台基础承载力虽要求不高，但有 时天然地基仍然满足不了承载力的要求。长白线Ｋ１２４ ｋｍ处铁路便桥墩台地基利用粉喷桩加固，取得 了较好的使用效果和经济效益。本文重点阐述了地基加固中粉喷桩的设计、施工及检测情况。 关键词：便桥墩台基础 粉喷桩复合地基 中图分类号：ＴＵ４７２．３ ６文献标识码：Ｂ 粉喷桩是深层搅拌桩的一种，水泥粉喷桩采用水 桥。桥墩底下为粉土层，天然承载力标准值只有８０～ 泥、石灰作为固化剂，通过喷搅机械，用压缩空气将水 １００ ｋＰａ，无法满足墩底设计承载力３００ ｋＰａ的要求。 泥粉体以雾状喷入地基土中，与原地软土就地强制拌 为解决桥墩施工时地基承载力不足以及桥墩施工完毕 合；利用水泥吸水和与周围土颗粒发生水解、水化反应 后基础沉降的问题，拟采用粉喷桩对基础持力层土进 并进行阳离子交换等一系列物理化学作用，硬化后形 行加固。设计中曾比较了钢筋混凝土灌注桩和粉喷桩 成整体性强、水稳性好和足够强度的水泥土桩体，桩体 两种方案，灌注桩造价过高，工期长；而粉喷桩不仅可 和桩周土共同形成复合地基，从而起到加固地基的目 以提高地基承载力，而且造价低，工期短，完全可以满 的。粉喷技术作为一种具有广泛适用性的地基处理技 足便桥墩台的承载力和沉降要求。 术，具有很高的推广价值和良好的发展前景。本文结 根据《工程地质报告》，地层岩性基本特征自上而 合工程实例，介绍粉喷的设计和施工实践。 下如下述： １ 工程概况 １）杂填土：层厚０～０．９０ Ｉ１３； ２）粉土：灰色及灰绿色，０．９０～３．５０ ＩＴＩ，软塑，夹 此工程位于长白线Ｋ１２４ ｋｍ处，由于正线大修换 薄层粉砂，基本承载力标准值为１００ ｋＰａ； 梁，拟建一便桥临时通行，便桥为２孔跨度１６．０ ｍ梁 ３）粉质黏土：灰色及灰绿色，３．５０—５．１０ ｍ，软 塑，承载力标准值为８０ ｋＰａ，钻孔桩桩周摩擦力ｑ ＝５ 收稿日期：２０１０－０６—１８；修回日期：２０１０－０８－１０ ｋＰａ； 作者简介：李旭（１９７８一），男，辽宁开原人，工程师。 ４）粉砂土：灰色，饱和，５．１０～６．４０ ｍ，中密，承载 足工程精度要求。 上、下段极限承载力基本相当，同时考虑下段桩位移后 ２）桩基荷载试验的极限承载力值，是在短期荷载 有端阻力，应使下段桩极限承载力比上段桩极限承载 作用下的测试结果。而在实际桥梁建设中，恒载是逐 力稍小。 步加到桩基上的，通车后才有活载作用；故测试值是偏 于安全的。况且本项目经初步验算，测出值略大于设 参 考 文 献 计数据，更能够满足工程安全。 ［１］中华人民共和国交通部．ＪＴＪ ０４１－－２０００，公路桥涵施工技术 ３）试验后试桩仍可作为工程桩使用，检测后通过 规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００１． 声测管向钢箱断开处压浆，有效地解决了荷载箱处桩 ［２］中华人民共和国交通部．ＪＴ／Ｔ ７３８－－２００９，基桩静载试验 基的不连续问题，保证了桩基的整体性。 自平衡法［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００９． ４）采用自平衡法可以判定桩周与桩端的阻力分 ［３］鲁博，霍少磊，葛云峰．基于自平衡法桩基承载性状试验分 析［Ｊ］．铁道建筑，２００９（１２）：８３．８６． 布，可以清楚地分出桩周和端部的土阻力分布和各自 的位移曲线。 ５）选择荷载箱安装的合适位置非常关键，使桩 （责任审编孟庆伶） ２０１０年第１１期 粉喷桩技术在铁路便桥墩台地基加固中的应用 力标准值为１４０ ｋＰａ，钻孔桩桩周摩擦力ｑ ＝１２ ｋＰａ； 换率，增加复合地基的抗压强度。 ５）细砂：灰色，饱和，６．４０～１３．２０ ｍ，中密，承载 按《建筑地基基础设计规范》ＧＢＪ ７—８９第三章第 力标准值为２８０ ｋＰａ，钻孔桩桩周摩擦力ｑ ＝２２ ｋＰａ； 二节的有关规定计算。 ６）粉质砂岩与泥质页岩互层：灰绿色及紫红色， 考虑到粉喷桩端部喷粉量较小，且原状土已被扰 风化严重，呈碎屑状，１３．２０—１８．２０ ｍ，承载力标准值 动，故一般不计粉喷桩端部的支承力，但对长度＜１０ 为３００ ｋＰａ，ｑ ＝２５ ｋＰａ。 ｍ的桩（本工程），则应计及粉喷桩端部的支承力。 本次勘探期间，稳定水位０．８２ ｍ（受水田及水坑 单桩竖向承载力标准值（取较小者） 影响）。 Ｒ：＝叼 Ａ ＝０．４×１ ５００×０．１９６＝１１７．６ ｋＮ ２ 设计方案 Ｒ：＝ｑ Ｕｐ ｚ＋ Ａ ｑ ＝１５×１．５７×６．５＋０．５× ０．１９６×２８０＝１８１ ｋＮ １）桩体直径确定 ｐｄ 复合地基承载力Ｆ ＝ｍ Ｉｔｋ＋卢（１一ｍ） 本工程桩体直径初步定为０．６０ ｍ。按梅花形 ， １Ｐ 布置。 取Ｒ ＝１１７．６ ｋＮ， ＝３００ ｋＰａ，ＡＰ＝０．１９３ ｍ ， ２）注浆材料的选择 ＝１００ ｋＰａ， ＝０．４ 规范中规定水泥和石灰都可作固化剂，选用水泥 则ｍ＝０．４６ 时建议采用矿渣水泥。根据试验结论，矿渣水泥的前 ０ 台：墩底面积６．９ ｍ×４．７ ｍ，桩长７ ｍ。 期强度低于普通硅酸盐水泥，而后期强度则相反，所以 根 ＝ ＝ －７６根。 从经济及后期强度方面考虑采用矿渣水泥。 ３）水泥掺合比的确定 １ 墩：墩底面积６．０ ｍ×４．８ ｍ，桩长６．５ ｍ。 搅拌桩身的水泥土抗压强度 主要根据室内强 根数… ＝ －６８根。 度试验确定，本工程选用３２．５级矿渣硅酸盐水泥，每 米桩长水泥喷人量为５０ ｋｇ。桩身强度随龄期增大而 ２ 墩：墩底面积４．７ ｍ×４．７ ｍ，桩长９．０ ｍ。 增大，以９０ ｄ龄期强度作为标准强度，水泥土无侧限 根数：ｎ＝ ＝ －５２根。 抗压强度≥１．６ ＭＰａ，２８ ｄ强度应达到标准强度的 ６０％一７５％。 按国家标准《建筑地基基础设计规范》ＧＢＪ ７—８９ ４）桩长的设计 的有关规定，桩长以穿透粉砂土层，进人细砂层０．５ ｍ 粉喷桩与柔性碎石桩、砂桩和刚性的混凝土桩相 为原则，计算得出桩长６．５～９．０ ｎｌ，现场布置桩间距 比，属于一种过渡性质的桩体，兼有刚柔相济的双重 ０．７ １ＴＩ，０ 台下钻孔７７根，１ 墩下钻孔７２根，２ 墩下钻 性。从经济技术的角度考虑，在桩径不变的条件下，提 孑Ｌ ５３根。共计２０２根桩，１ ４８４延长米。粉喷桩装置 高复合地基承载力的合理途径应是提高水泥标号和置 如图１。 路１４Ｑ ｉ４０ ７５路 肩 一 肩 线 线 ＼ 三 １３５ ９３ ｌ３４ ０１ 水 泥 水 水 粉 泥 泥 喷 粉 粉 桩 喷 喷 桩 桩 ＱＱ 图１粉喷桩布置立面（单位：ｃｍ） １２ 铁道建筑 ３ 施工方法 ３．１主要机械人员配备 搅以保证质量。 ３．４工程质量检测 １）随机取样，水泥土试块９０ ｄ抗压强度试验结果 表明，平均强度最小的一组试块为２．０ ＭＰａ，大于设计 值１．６ ＭＰａ，满足设计要求。 ２）成桩２８ ｄ后在桩体上部（桩顶以下０．５ ｉｎ、１．０ ＸＪ一１００型桩机３台；工长１人，电机操作员２人， 钻杆工３人，上料员２人，试验员１人，机修工１人，共 １０人。 ３．２施工前准备 ｉｎ、１．５ Ｉｎ）截取三段桩体进行现场足尺桩身无侧限抗 压强度试验。 ３）在取得粉喷桩材料与波速关系的前提下，可采 组织人员对施工现场进行实地踏勘，收集有关通 信、信号等各种地下管线埋设情况的资料；现场做到三 通一平。 施工前应当在施工现场选择适当的位置进行钻探 并提取原状土样及水样，在室内做土工实验，确定持力 层土天然承载力等各种物理力学指标。同时在现场进 行成桩试验，数量１＞５根，以确定该地段的成桩工艺及 各项技术参数；成桩７ ｄ后进行开挖检查桩体成形情 况、搅拌均匀程度等。最后确定本工程的技术参数为： 钻进速度不大于１．５ ｍ／ｒａｉｎ，提升速度不大于０．８ ｍ／ ｍｉｎ，管道压力非喷灰时介于０．１～０．２ ＭＰａ之问，喷灰 时介于０．２５～０．４０ ＭＰａ之间。 根据基准点或者基准轴测放桥梁墩台轴线及轮廓 线，并根据事先设计的加固处理方案图测放各注浆孔 位置，并在以后的施工中经常复测桩位标志的准确性。 ３．３粉喷桩施工 １）钻机就位：在进行钻孔施工前技术人员应当二 次复查放线孔位是否准确，钻孔施工必须严格按设计 的位置、角度、次序进行。吊钻机对准位后，使钻杆垂 直，倾斜度＜１％，桩位偏差＜５ ｃｍ。 ２）钻进：启动钻机，钻头旋转钻进，喷人压缩空气 而不喷入粉体。 ３）停钻：当钻进到达设计高程后停钻。 ４）提升：启动钻机，钻头反向边旋转边提升，同时 通过粉体发送器将水泥喷入土中，使土体与粉体进行 拌合。 ５）停喷：当钻头升至距原地面５０ ｅｍ时停止喷料。 ６）复搅：重复搅拌至桩长三分之一提升钻头，搅 拌至第一次停喷的位置，成桩结束。大量的施工实践 已充分证明复搅对桩体质量影响很大。钻头喷出的粉 体往往呈脉冲状，若不充分搅拌，粉体在桩中呈现层 状，形成一种“夹生”，这样的桩即使水泥掺入量再多 也没有强度。复搅的作用在于通过充分的搅拌使粉体 与土、水得到比较完全的接触与作用，促使桩体的形 成。为了确保搅拌的均匀性，施工时要严格掌握好钻 机提升速度、搅拌叶旋转速度等，并应尽量采用全桩复 用小应变动测法进行桩长及桩身完整性的定性检查。 ４）对于重要工程或者对沉降要求较高的工程应 做桩及复合地基静载荷试验。本工程复合地基承载力 标准值３４０ ｋＰａ，大于要求达到的复合地基容许承载 力标准值３００ ｋＰａ，说明水泥土凝固效果好，成桩工艺 满足设计要求。 ４工程体会 综合本工程实践，总结粉喷桩有如下优势： １）设备简单、容易操作，机械化程度高。而钻孔 灌注桩存在钢护筒制作与安桩、泥浆制备、钢筋笼绑扎 与吊装、超声波监测等复杂工艺，且施工难度大，还存 在坍孔与断桩等危险因素。 ２）劳动强度低、投入劳力少，施工进度快，施工场 地不受，工期短。 ３）采用粉喷桩对地基加固，从工程造价上较钻孔 灌注桩节省投资约２０％～３０％，较预制桩节省约３０％ ～４０％。因此在地基加固中采用粉喷桩实为一种效果 好、成本低的地基处理方法。 桥梁通车后，对桥梁的使用情况和桥梁基础的跟 踪调查结果表明，地基最终沉降量满足设计规范要求， 使用效果良好，保证了便桥过渡的作用，证明了粉喷桩 应用于小型桥涵的地基工程中是成功的。 参 考 文 献 ［１］中华人民共和国建设部．ＪＧＪ７９－－２００２建筑地基处理技术 规范［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２． ［２］中华人民共和国建设部．ＧＢ５０００７－－２００２ 建筑地基基础 设计规范［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２． ［３］地基处理手册编写委员会．地基处理手册［Ｍ］．北京：中国 建筑工业出版社，２０００． ［４］施爱华．深层搅拌桩加固高速铁路软土地基的试验研究 ［Ｊ］．铁道建筑，２００７（８）：５２－５５． （责任审编孟庆伶）
