浅谈粉喷桩在铁路软土路基的施工应用

浅谈粉喷桩在铁路软土路基的施工应用

于秋波

沈阳铁道工程建设集团有限公司 辽宁沈阳 110000

摘要：粉喷桩具有天然含水量高、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。粉喷桩施工在铁路软土路基施工中具有显著的优势。文章对软土地基特性进行了阐述，分析了粉喷桩处理铁路软土地基中的应用特性。

关键词：粉喷桩；铁路软土路基特性；地基处理

一、铁路软土路基特性

软土是指淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般黏土统称为软土（如：滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的细粒土）。大部分软土的天然含水量30％～70％，孔隙比1.0—1.9，渗透系数为10-8～10cm／s，压缩性系数为0.005～0.02，抗剪强度低（快剪黏聚力在10kPa左右，快剪内摩擦角00一50），具有触变性，流变性显著。

常见软土路基加固的方法：有砂垫层法、反压护道、换填法、重压法 、高压喷射注浆法、水泥土搅拌法等。前四种的加固措施适用于路堤高度不大，排水条件好的地区，或施工地点在非耕作区，取土不太困难的地区，各别工期要求不紧的项目。但对于深层软基处理，要求沉降控制较严的路基、桥涵构造物、引道等，应当考虑采用其他深层软基处理施工方法。

在软弱路基设计和施工处理过程中，必须通过详细的研究，掌握软土的性质和土层特征（特别是软土的强度和变形动态变化规律），采取合适的工程措施，才能保证软弱路基在施工期间的稳定并控制铁路的工后沉降。对深层软基加固处理，本文主要阐述一下粉喷桩的施工应用，粉喷桩的作业原理是通过机械的原位搅拌，将原粘土的原状结构破坏，再用石灰、水泥等粘结材料，以粉状或浆状喷入深层软土，形成新的复合体，最终提高了基础结构的整体强度。

二、粉喷桩处理软土地基的优点

粉喷桩主要适用于固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等软土地基的处理。

粉喷桩施工时常用的粘结材料有石灰、水泥等。随着现代大型工程的增多，对地基要求的不断提高，粉喷桩、大部分采用水泥作为粘结材料。本文研究的粉喷桩也都是以水泥为粘结材料的。

深层搅拌法对于处理有机质土、粉质土和粘质土都有较好的处理效果，由于深层搅拌法施工速度快、无振动、无噪音、无地面隆起对相邻建筑物无不利影响等，所以粉喷桩在地基加固、基坑支挡结构及形成止水帷幕等多方面得到广泛的应用。近年来，随着铁路的大量修建，在我国各省特别是沿海地区，粉喷桩已被广泛地应用于铁路的软基处理中。实践证明，粉喷桩加固软土地基能够有效地减少和控制沉降量及工后沉降量，与其它软基处理方法相比，具有无法替代的优越性，能够较有效的解决桥头跳车现象。粉喷桩处理软基的具体优势如下：

1.可以最大限度地利用现场原土施工；且搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在密集建筑群中进行施工，对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；

2.加固区域侧向位移明显减少，与排水固结法在相同条件下相比，侧向位移能减少60%～70%，而且在较短时间内即趋稳定。

3.与钢筋混凝土桩基相比，可节约钢材并降低造价；

4. 施工中无下沉坍落，作业安全可靠；施工作业简便，机械设备容易解决；成本低、效益高。

三、软基加固机理与粉喷桩施工工艺

（一）粉喷桩加固机理

粉喷桩处治软基属于深层搅拌法中的一种，它是利用压缩空气向软弱土层中输送石灰、水泥等粉状加固料，使其与原位软弱土混合、压密，通过加固料与软弱土之间的离子交换作用、凝聚作用、化学结合作用等一系列物理化学作用，使软弱土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土，它与原位软弱土层组成复合地基，提高软土地基承载力，减少地基沉降量。但是粉喷桩的成桩过程，不是钢桩、预制桩的“打桩”过程，也不是沉管桩的“沉桩”过程：

（1）粉喷桩的制桩过程是在软土地基中将加固材料（水泥粉或石灰粉等）通过搅拌机械和原位地基土搅拌混合成桩，不会有较大的挤土效应；

（2）粉喷桩使用的的固化材料是水泥粉或石灰粉，在干燥状态下它们能吸收桩体附近软土中的水分；

（3）粉喷桩加固的往往是软土地基，而天然软粘土具有显著的结构特性，颗粒之间胶结作用抑制了超孔隙水压的产生。

总之，不能将粉喷桩的成桩过程看成“沉桩”过程，有些工程人员忽略粉喷桩的工程特点，把粉喷桩施工过程简单地模仿看成其它工程桩的沉桩过程，并采用相应的计算方法估算粉喷桩地基的空隙水压力，笔者认为这样的做法在理论上是错误的，在工程上是有害的。

当然，对某一地区的粉喷桩，其桩身强度是有一定限制的，也就是说，水泥土桩从承载力角度，存在一有效桩长，单桩承载力在一定程度上并不随桩长的增加而增大。但当软弱土层较厚，从减少地基的变形量方面考虑，桩应设计较长，原则上，桩长应穿透软弱土层到达下卧强度较高之土层，尽量在深层软土层中避免采用“悬浮”桩型。

（二）粉喷桩施工工艺

粉喷桩利用喷粉搅拌钻机钻进软弱土层，进行土体切割搅拌，压缩空气将粉体固化剂从钻头上的喷嘴向四周土体旋转喷射，钻头上的叶片切割四周土体使其与固化剂搅拌混合，胶结硬化后形成一定直径的粉喷桩体，桩体与桩间土形成复合地基，共同承担外部荷载。粉喷桩的一般施工工艺为如下：

1.对正桩位，调整钻机机身，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，钻进土层。

2.钻到设计孔深时，关闭送气阀门，喷送粉体固化剂。

3.根据要求或试桩结果，喷料停留一段时间，确认粉体固化剂已到桩底时，方可提升搅拌钻头。

4.提升到设计桩顶标高时，停止喷粉。

5.打开送气阀，关闭送料阀，空压机不停机，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，以保证桩头均匀密实。

6.进行二次搅拌。

7.将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，填写施工记录。

8.移动到下一个桩位，继续作业。

（三）施工工艺参数

1.钻杆下钻速度：1.2～1.5m/min。

2.下钻管道压力：0.2～0.4MPa。

3.喷粉提升速度：0.8～1.2m/min

4.喷粉提升管道压力：0.3～0.4MPa。

5.复搅下钻速度：0.8～1.2m/min。

6.复搅提升速度：0.5～0.8m/min。

7.复搅管道压力:0.15～0.3MPa。

8.复搅深度:全程复搅。

9.水泥用量:≥50kg/m。

四、结语

本文对现有粉喷桩加固软基的研究成果的基础上，进一步分析粉喷桩加固软基的机理和粉喷桩复合路基的承载效应，通过理论分析，对粉喷桩加固铁路软基的若干问题还需进一步探讨，并在此基础上对粉喷桩加固铁路软基进行更完善更好的处理分析。

参考文献：

[1]唐华，钱立新。软土路基处理方法综述[J]。北方交通，

[2]侯军风。如何合理进行软土路基处理[J]。山西建筑

[3]向建国。现行建筑施工规范大全。中国建筑工业出版社。

[4] 何玮珂。现行建筑施工规范条文说明大全。中国建筑工业出版社。

[5]何孝贵。铁道工程管理与实务。中建筑工业出版社。

3