李海洋

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，哈尔滨 131100）

1 工程概况

在长春—白城铁路扩建工程中，松东公路桥采用简支变连续小箱梁，位于铁路直线段。纵断面坡度为3.40%、-3.50%，全长100.84 m，桥梁中心线与铁路中心线融为一体；桥跨布置为4-25 m 的预应力混凝土简支变连续小箱梁；桥梁基础位于粉土与粉土相互作用层，因该土层荷载薄弱，所以需加固两侧引桥基础，为保证所在地基具有足够承载力，决定采取软土地基加固施工工艺，即使用旋喷桩。

2 旋喷桩工作原理

旋喷桩是利用钻机将注浆管喷嘴和喷头钻置于桩底设计标高，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体。喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。施工中一般分为3 个工作流程，即先钻后喷，再下钻喷射，然后提升搅拌，保证每米桩浆土比例和质量。

1）预先设置好20～40 MPa 压力的浆液或水后，再利用高压发生装置从注浆管喷嘴边缘高速射流剪割的方式来破坏土层。

2）当土体气压大、运行速度快且呈脉动状的射流时，动压会比土体抗剪强度大，而土壤颗粒会从土层中释放出来，一部分细颗粒随浆液或水排出地面，其余土壤颗粒会在射流冲击力、离心力和重力等作用下与浆液混合，并按一定比例将浆液和土体根据质量大小定期重排，当浆液凝固后会在土体中形成固结体。

3）经钻杆旋转升降，浆液会与土壤充分搅拌混合，从而最终达到加固软弱地基的目的。

3 旋喷桩施工方法

旋喷桩施工流程为：场地平整→测量放线(桩位放样、标高测量)→第1 根桩钻机就位(对中垂直)→旋转下沉成孔（清水扩孔）→引孔（扩孔）到设计标高→封堵垂向喷嘴→搅浆→高压喷浆成桩（水泥复验、注入水泥浆、喷浆提升）→重复旋转下沉（自桩顶向下注入水泥浆）→复喷提升（喷浆提升）→由下向上旋喷作业到设计顶面标高→冲洗→成桩移架。

施工前，要先做2～3 根试验桩，以清楚旋喷桩施工工艺和施工效果，并确定对应施工参数。施工时，要遵循先施工内桩，后施工外桩的顺序。为了保证桩与桩之间能够更好地搭接，可采用打“一跳一”方式，间隔需控制在36 h 以上。

3.1 确定孔位置后，放置钻头

按照设计开始打孔，偏差要求≤2 cm，用木桩固定，并在旋喷桩高喷流注入轴线的旋转位置安装固定桩，同时，要在轴线50～100 cm 以内安装控制桩。钻头按照设计好的钻孔固定，且需处于垂直状态。该步骤中，旋喷桩喷嘴的允许倾斜度不能超过1.5%。旋喷桩布置如图1 所示。

图1 旋喷桩布置（单位：cm）

3.2 钻孔

移动钻头到钻孔位置后，对准钻孔位置并利用水平尺来控制旋喷桩，立轴保持纵向垂直；同时，固定机架，且钻头垂直度需符合设计要求，带测试成功后再钻孔。若施工中设备出现倾斜状况，应及时停止钻孔施工进行调整，将钻机找平后开始钻孔。

通常情况下，钻孔施工使用的都是孔径为600 mm 的合金钻头。在施工过程中若出现故障，需查明异常原因并采取解决方案。另外，要做好施工日志，以详细记录地层变化、粒度、硬度等信息。

钻孔完成后，经质检员检验通过后，方可进行下一步骤施工。

3.3 喷射管下管

将喷射台移动到已完成的钻孔处，先在地面上做好气浆试喷工作，并检查所有技术参数，当各项准备工作均满足设计要求时，将喷射管下管至设计深度，待技术人员确定合格后方可开始进行高压旋喷注浆施工[1]。

喷射施工中，如果出现压力过大、喷嘴堵塞等故障，应将旋喷桩移到地面上，待排除故障且一切正常后，再开始施工操作。

3.4 喷涂材料

选用强度等级为32.5 的普通硅酸盐水泥配制：并注意以下事项：（1）选用合格水泥，无填充物，利用0.08 mm 方孔筛，保证筛余量值≤5%；（2）使用水泥必须有厂家提供的产品合格证，且经相关部门查验达标后方可投入使用；（3）造浆水要保证无污染、无混合物，同时满足GB/T 10171—2016《建筑施工机械与设备 混凝土搅拌站（楼）》的规定。

3.5 拌制浆液

根据设计要求，可开始拌制浆液：（1）严格控制各材料的配合比，对各孔进行高压灌浆后要测算孔内材料使用量；（2）采用高速搅拌机搅拌浆液；（3）浆液要拌制匀称，每次搅拌后的使用时间应＜4 h。

3.6 提高洞口喷射浆液高度

当注入管到达设计高度时，可开始注入满足要求的浆液和气体。当浆液从洞口出来后，其会按照设计的上升方式和速度从下往上升，最终达到设计喷射标高。在这一过程中，技术人员需要做到以下2 点:

1）做好浆液初凝时间、浆液流量、风量、荷载、转动提升速度等参数的记录工作，并登记于施工日志中，同时绘制操作过程曲线图。

2）在喷射操作过程中，必须经常检查旋喷桩各阶段的运转状况，按照实际情况采取应对手段：（1）连接、取下和更换软管时要迅速，避免塌孔与堵塞；（2）若发现故障，及时暂停操作，并按照实际情况来处理；（3）设备出现故障时，为避免长时间停工，要尽快恢复灌注浆液；（4）如果停工1 h 以上，要及时采取补救措施；（5）再次恢复喷射时，为了确保操作效果的连续性，需增加0.3 m 的注入管。

3.7 回灌

喷射施工结束后，为保证浆面不再下沉，立即在喷射孔进行静压填充注浆，使桩顶高度参数达到项目规定值。

通常情况下，采用邻孔高喷冒浆静压充填的回灌浆液方式完成浆液回灌施工[2]。

3.8 记录

正确记录钻孔和高压喷射灌浆各个工序，并采用标准表格记录施工日志。

3.9 洗净

喷射相关工序结束后，要将旋喷桩机清洗干净，确保不残留水或浆液。另外，要全部移除泥浆泵、注浆管和软管设备内的浆液。

4 旋喷桩施工注意事项

4.1 使用旋喷桩的操作要点

1）施工时，严格按照旋喷桩设计直径、长度、水泥含量、注入管类型、注入方法和施工数据进行。

2）注浆施工前检验高压设备和管道系统是否正常，并保证设备压力值和排放量符合设计标准。

3）使用高压泵时要设定安全阀来保证安全可靠运转。

4）定期检查阀门、活塞缸盖等部件，若出现损坏需及时更新；同时，还要检验活塞每分钟往复次数是否满足要求，从而排除旋转系统出现打滑的隐患。

5）查验高压管路，消除泄漏和堵塞现象，并确保灌浆管和喷嘴中不能有杂物。另外，灌浆管接头的密封环要保持完整，而过度磨损的喷嘴需立即更新，以避免出现故障。

4.2 避免喷头和管道堵塞的方法

1）在高压泵、注浆泵、吸水管入口和水浆罐设置过滤网，并保持清洁干净。

2）定期维修保养注浆泵，以防止浆液在管道中出现沉淀。

3）在设备不运转情况下，若泥浆供给已超过需求且短时间内（小于或等于浆液初凝时间）不能继续施工操作时，或已完成注浆施工时，需把注浆管升高或直接提出，并利用注浆泵将设备内残留的浆液排出管道后，才能关闭旋喷桩设备。

4）喷射注浆时要拆除注浆管，并同步停止升降、旋转和注浆操作，当风量和水量逐步降低至符合规定参数后，再终止设备运行[3]。

5）迅速拆卸注浆泵，以免堵塞管道和喷嘴。

6）保证水泥种类与用量均能满足设计要求，不可使用潮湿或过期水泥。同时，按设计规定来设计泥浆比与水灰比，并按设计规定施工。

7）喷射过程要防止水泥浆下沉，并及时清淤。

4.3 高压喷射浆液施工的相关技术参数

1）钻头旋转速度控制在10～20 r/min 内；钻头提高速度一般在100～250 mm/min。

2）旋喷桩到达指定位置后，必须要铺平，并在高压喷射泥浆过程中确保设备不出现倾斜或停止。同时，机架和钻孔的垂直度偏差要控制在1.5°内。

3）用来加固的水泥必须采用32.5 以上强度等级的普通硅酸盐水泥，最小水泥量应＞130 kg/m。

4）为旋喷桩桩顶设计厚600 mm 的砂砾垫块，级配良好，且不带任何植物残渣、垃圾等杂质。另外，砂砾垫块需使用最大粒径为30 mm 的砂砾。

5）旋转桩桩径通常为400～1 000 mm，最好采用等边三角形布置。

6）调制泥浆不能出现离析情况，当静置超过2 h 时，禁止使用。

5 结语

铁路作为人们经常性使用的出行方式，其施工过程中对于软土地基的处理在很大程度上可有效保证铁路工程的施工质量。在实际操作过程中，要根据工程实际情况来分析具体软土地基的类型和成因等情况，采取相应的解决措施，从而进一步保障铁路建设施工项目的经济效益。