顶进框构桥软土地基加固设计及施工

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摘 要：为了满足社会经济发展的需要，近些年来，我国铁路发展飞快，在既有铁路线下采用顶进法修建立交桥已成为桥梁施工的一种既可靠又迅速的方法。文章通过比较几种地基加固方式，综合考虑技术、安全、经济等因素，对某工程框构桥下软土地基决定采用高压喷射注浆方法进行加固。

关键词：框构桥；软土地基；顶进；地基加固

拟建中的新民市工人街公铁立交桥是新民市城区道路及排水管网改扩建工程的一部分。本工程需在既有沈山铁路（下行线）K63+481.68处新建一座3孔连续式，净宽为7.0-16.0-7.0m的公铁立交桥，为保证既有铁路行车安全，立交桥采用顶进法施工。立交桥宽34.4m，机动车道净高5m，非机动车道净高3.5m，顶进部分主体长28.45m，高9.2m，框构桥基底设计承载力150kPa。经现场实际地质钻探，桥位基底地层为粉砂，黄褐色，松散，饱和，颗粒成分主要为石英和长石，级配一般，含少量粉土，天然承载力只有70kPa，不满足设计要求。为满足地基承载力要求，及防止桥梁竣工后基础的沉降，需在不影响铁路行车的条件下对基底软土层进行加固处理。

1 地基加固的方案比选

在结构物施工过程中对软土地基进行加固的方法主要有置换法。排水固结法、灌入固化物法、振密挤密法、加筋法、冷热处理法、托换法和纠倾法。结合本次工程构筑物为桥梁，根据以往实际经验，确定采用灌入固化物法对软土地基进行加固。常用的灌注固化物法有劈裂灌浆法、高压喷射注浆法、压密灌浆法。

（1）劈裂灌浆法。这种方式对岩基，或砂、砂砾石、粘性土地基较为适用，需要满足劈裂条件才能完成。这种方法主要是在灌浆压力下，浆液克服地基土中应力和强度控制，让原有孔隙或裂隙得到有力的扩张，这样就会产生一些新的裂缝和孔隙，然后再使用浆液做好填充，使用权土体的物理性质得到良好改善。

（2）高压喷射注浆法。高压喷射注浆法能够全面强化复合地基承载力，进一步从根本上减少土体的沉降。这种方法对淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基较为适用。只有充分保证土质中没有大块石或有机质，才能使用这种方式，需要通过精确的实验来做好全面确认。这种方法主要是通过钻机把带有喷嘴的注浆管钻进事先确定好的区域，再使用20MPa的浆液或水进行高压流冲，做好土体切换操作，使浆液能够替代部分土体，强化水泥的硬度。需要注意的是，在进行喷射浆液的时候，需要不断调整、旋转、提升，这样就可以形成全方位的定喷、摆喷和旋喷效果。一般情况下，高压喷射注浆法较为多样，主要有单管法、二重管法、三重管法等。

（3）压密灌浆法。通过钻孔向土层中压入浓浆液，随着土体压密将在压浆点周围形成浆泡。通过压密和置换改善地基性能。在灌浆过程中因浆液的挤压作用可产生辐射状上抬力，可引起地面局部隆起。利用这一原理可以纠正建筑物不均匀沉降。此法适用于中砂地基，排水条件较好的粘性土地基。

由于本工程需在不影响行车的条件下对既有铁路桥位处地基进行加固，保证行车安全应放在首位，故经过比较论证，决定采用高压喷射注浆法加固软土地基。由于本次工程桥位处基底持力层为粉砂，呈松散、饱和状态，故拟采用单管旋喷注浆法。

2 地基加固设计方案

2.1 加固体直径的选择

旋喷加固体的直径与土质、施工方法等有密切关系，主要根据以往的试验和工程实例加以确定。本工程的旋喷直径初步拟定为0.5m，采用矩形布置1.2m×1.0m。

2.2 加固体强度的确定

加固体的强度与土质和施工方法有着密切联系。施工工艺的不同和土质的多变，使加固体的强度有很大的离散性。单管法在砂质土中的加固体强度一般为3.0～7.0MPa。在一定土质条件下，通过调节浆液的水灰比和单位时间的喷射量或改变提升速度等措施，可适当提高或降低加固体强度。本工程确定加固体强度为不小于4MPa，采用1：1水泥浆液为主，并配以一定量的水玻璃、防沉淀剂、速凝剂等材料。

2.3 喷射桩长的确定

2.4 沉降量的控制

由于本工程属于软土地基，设计对沉降要求比较严格（s

具体加固处理方案如图1所示，经计算加固处理范围为：框构基底范围内34.8m×11m，总根数为383根，总长度为6430.66m，其中空钻长度为4030.25m，注浆段长度为2400.41m，施工工期约50天。

3 施工工艺

3.1 钻机定位

确认好位置后，移动旋喷桩机，钻头一定要在孔位的正中心，当检查机位整平后，可以慢慢放置钻杆，保证垂直度偏差小于1%-1.5%。一切完成后，就需要先做好低压（0.5MPa）射水的试验，确定喷嘴是不是畅通、压力是不是符合标准。

3.2 制备水泥浆

需要按照标准设计要求，做好配比度的试验，科学合理的拌制水泥浆。把清水倒在适合的桶内，然后再加入适量的水泥和外掺剂，使用搅拌机做好搅动，时间保持在10-20分钟左右，拧开搅拌桶阀门，放入第一道筛网，进行过滤倒进液浆池，再使用泥浆泵做好抽取作业，做好第二道过滤，形成备用材料。

3.3 钻孔

钻孔前要做好充分检测，确定放线孔位是否异常，严格施工程序，在预定的位置，调整好角度，依次进行施工。

3.4 插管

利用喷射管自身的喷射或振动进行贯入，一般在启动钻机前，要同时开启高压泥浆泵输送水泥浆液，沿着导向架不断振动、射流，一直达到桩底标高为止，保证电流额定数值的准确。

3.5 提升喷浆管、搅拌

喷浆管停止钻进后，要不断旋转，当确认高压泥浆泵压力增加到施工设计值（20MPa-40MPa）时，坐底喷浆30s后，就需要一边喷浆一边做好旋转，确保速度均匀。

3.6 桩头部分处理

当确定旋喷管提到接近桩顶的时候，一定要从桩顶以下1.0m处慢提旋喷，然后才能向上慢速提升0.5m，到桩顶浆面部分停止。

3.7 清洗移位

利用清水做好清洁，开动高压泵，对粘附在喷浆管头部位的水泥进行全面清洗。清洗后，对机位进行移动，进行下一步施工作业。

3.8 补浆

因为会出现析水作用，导致收缩现象，固结体顶部就会有凹穴，所以一定要做好检查，及时补充。

3.9 施工监测及试验

可以在完成的部分随意选取样本，做好复合地基承载力、压缩量指标、承载力要求等的实验。

4 结束语

本工程地基加固施工结束后，取样进行室内试验，试验结果达到设计要求。经过两年的运营检验，桥位处地基沉降值为零，达到了预期的效果。

参考文献

[1]地基处理手册（第二版）[M].中国建筑工业出版社，2000.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社.

[3]中华人民共和国铁道部.铁路桥涵地基和基础设计规范[S].中国铁道出版社.

[4]沈阳铁路局关于印发《沈阳铁路局下穿铁路立交桥顶进施工安全管理办法》的通知沈铁工（2015）255号文[Z].