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摘 要：结合平煤矿区铁路柳河中桥地基加固工程，介绍利用旋喷桩加固桥梁基础的施工工艺，加固效果。
关键词：旋喷桩；桥梁；地基加固
一、前言
基础作为桥梁的下部结构，对整个桥梁起着极其重要的作用。若承载力不足，不但墩台基础不稳定，而且将会影响整个桥梁的受力状态。
桥梁建筑物作为一种平衡结构，若因某种原因（例如基础断桩或地基不均匀沉陷等）打破这种平衡时，会使结构产生扭矩及剪切力，引起结构变形，在钢筋混凝土结构中变形主要表现为裂纹，当裂纹宽度在一定限制范围内时不会影响建筑物的正常使用，当超过限值时会危及建筑物的安全。
以平煤集團矿区铁路十三矿线13k+020M柳河中桥为例，该桥修建于1996年，为4-16米钢筋混凝土∏型梁桥，圆形桥墩，耳墙式桥台，钻孔桩基础。该桥3#墩原设计为4棵1.25米钻孔桩，桩长21米，施工时变更为6棵1.25米钻孔桩，桩长17.7米。现3#墩主要病害为墩身大量横向环形裂纹。这主要是由于部分桥梁桥墩基础不均匀下沉等原因造成了桩基础承载力不足。
目前该段线路行车限速25km／h，随着铁路的持续运营，墩身裂纹的发展也有随着时间的增加而加快的可能性。
二、方案的提出
结合目前国内研究现状，我们提出了5种解决方案即新建桥梁、在桥孔下新建框架涵、扩大基础、加深基础、旋喷桩加固墩基础等，并对方案的可行性进行分析，以期找到最佳的解决办法。前四种方法均存在造价高，工期长，施工影响范围大等缺陷。通过几种方案的比对，旋喷桩加固具有不中断行车、不须架空线路、不用大规模开挖基础、工期短和造价低等明显优势，适合矿区铁路桥梁加固维护使用。
因此，我们决定引进旋喷桩技术，根据平煤矿区铁路桥梁桥墩病害特点，研究旋喷桩加固方案，以期达到加固墩台基础，消除基础病害的目的。这是旋喷桩首次应用于平煤集团矿区铁路柳河中桥基础加固工程中，预期项目完工后，柳河中桥地段行车速度将恢复到设计速度，
满足煤炭运输需要。
三、旋喷桩加固原理及加固方案
1、旋喷桩加固原理
旋喷桩系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度（0.5～8.0MPa）的圆柱固结体（即旋喷桩），从而使地基得到加固。该技术应用广泛，具有施工简单，地基加固见效快，耐久性好，施工工期短等优点。利用该技术对保持地基的抗剪强度，重组土体结构，改善土的变形性质，减少沉降，通过固结原理同时也起到阻截地下水流，减少振动，防止液化或流砂等作用，从而很好的解决地基对工程的诸多病害。
2、加固方案
柳河中桥3号桥墩墩身高8.4米，圆形桥墩，承台为550×875×200㎝，6棵直径1.25m钻孔桩基础，桩长17.7m。
由于3#桥墩下部基础情况不明，又不能大规模的开挖基础，为保证加固效果，采用旋喷桩排桩方式。在3号桥墩承台周围布置一圈旋喷桩，使相邻每个桩连成整体，形成一个帷幕，所有桩连成一体，对桥墩下基础进行加固。这样既可以保证基础加固的强度，又可以防止河水对承台底部桩基础的冲刷。具体旋喷桩布置如下图。
该方案旋喷桩数量为64根，桩长15m，其中承台底以下13m，承台底以上2m，设计桩径为60cm，桩身强度R≥4Mpa。旋喷桩施工压力为20Mpa。
四、施工工艺及注意事项
1、施工工艺
（1）用高压管将搅拌水泥浆系统、高压注浆泵、钻机连接起来。采用单管法旋喷施工，机具使用振动钻，接管搭接30CM。
（2）根据设计，放线确定旋喷桩桩位。
（3）钻机定位：旋喷施工前，应首先进行场地平整并做好排水设施，然后钻机定位，管架安放平稳，旋喷管允许倾斜度小于1.5％。
（4）钻机就位，桅杆调直、钻孔。用低于1.0n/mm清水喷射，边喷边回转钻杆，使钻头钻至桩底设计标高；当遇到坚硬地层或障碍物时，要摸清情况，采取地质钻等措施。钻孔位置与设计位置的偏差小于50mm。
（5）按施工要求的水泥掺入量配置、搅拌水泥浆
（6）启动高压注浆泵，将泵压提高到灌注压力。
（7）压力稳定后，横向喷射：用钢球或压差阀关闭喷出孔，接通管路压送浆液，高压浆液从特制钻头侧面喷嘴射出。钻杆边旋边提升，直至桩顶设计标高以上，形成旋喷桩。
旋喷时，按照预定的旋喷参数先进行试喷，现场实验，优化参数，保证符合设计要求，检查并排出故障。
（8）高压泵泄压，拔出钻杆、钻头。
（9）喷射完毕后，把注浆管等机具设备冲洗干净，浆液换成水，进行清洗喷射，泥浆泵及管路内不得有水泥浆。
（10）移动钻机至下一个桩位处，重复上述步骤。
2、施工注意事项：
（1）保证浆液配比，把好浆液质量关，及时进行流动度、粘度的检验，确保其可喷性和稳定性。
（2）控制好钻头旋转速度，避免速度过低，固结形成螺旋状、不完全的圆柱状体，这种桩体强度低；速度过高，从喷嘴喷出的液体形成射流束的向心力剧增，减少了射流对地层的破坏力量，桩径偏小。
（3）旋喷施工过程中，要经常随机开挖出成桩体1m左右，以便检查旋喷质量，及时调整旋喷参数。
（4）合理布置场地，机具设备配套要紧密联系，尽量缩短高压输送距离。
（5）旋喷施工顶部桩长应有一定的预留量，以便保证桩长及桩身顶部质量，桩顶部应保证足够厚度的埋深，以保证旋喷效果。
旋喷桩施工完后，随机抽取总数的2—5％的桩进行检验，当桩径大于设计值时，表明符合设计要求。
3、旋喷桩施工的主要技术参数：
（1）钻杆提升速度：20~30cm/min
（2）钻杆旋转速度：15~25r/min
（3）喷嘴直径：2.2~3.2mm
（4）喷嘴个数；1~2个
（5）灌注泵压：15~22MPa
（6）水泥浆水灰比：1：1~1.5：1
（7）水泥用量：150~300kg/m
4、主要机具设备：
主要机具设备包括：高压泵、钻机、浆液搅拌器等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门接头安全设施等。
五、施工质量及安全措施
（1）把好浆液质量关，及时进行流动度、粘度的检验，保证浆液配比，确保其可喷性和稳定性。
（2）控制好钻头旋转速度，避免速度过低，固结形成螺旋状、不完全的圆柱状体，强度低，速度过高，从喷嘴喷出的液体形成射流束的向心力剧增，减少了射流对地层的破坏力量，桩径偏小。
（3）桩头1.0米范围内复喷，以扩大桩头直径及与承台的连结。
（4）旋喷施工过程中，要经常随机开挖出成桩体1m左右，以便检查旋喷质量，及时调整旋喷参数。
（5）旋喷灌注后，桩体水泥土浆液一面向周围渗透失水，一面在重力作用下下沉，终凝后在桩头处形成凹穴，因此，灌注长度超过基底0.5米。
（6）旋喷施工顶部桩长应有一定的预留量，以便保证桩长及桩身顶部质量，桩顶部应保证足够厚度的埋深，以保证旋喷效果。
（7）采用跳打法，即不连续灌注相连的桩体，避免因基底土削弱过多，影响其承载力。
六、加固效果
从施工情况看，桥墩承台下面都存在不同程度的空隙和孔洞，旋喷灌注中许多桩位不冒浆，大量的水泥土浆液渗入其中。这些浆液的一部分渗入土中的空隙，与土凝固成一体，增加了地基土的密实度，提高了地基土的承载力，另一部分浆液灌进既有桩周围的空洞处，凝固后形成了一层保护层，这对尚未失去作用的既有桩起到了保护作用，提高了其承载力。从桩体凝固过程看，承台的振动幅度很小，对旋喷水泥土的凝固没有什么影响。基础加固完毕后，振动幅度大大减小，墩身裂纹不再发展，加固效果显著。
七、效益分析
旋喷桩加固技术相比其它加固方案，大大节约了资金，用较少的投入，得到较理想的效果，具有较明显的经济效益。
通过上表几种加固方案的对比，旋喷桩加固施工效率高，工程费用低，加固一个桥墩仅需30万元，据测算，该方案与修建便线改建方案相比，每个桥墩可节约投资70%左右，经济效益十分显著。
同时，该项技术在不中断正常行车，不影响安全生产的情况下解决既有桥梁病害，恢复列车运行速度，延长桥梁的使用寿命，减少了桥梁维修费用，给矿区铁路运输提供了安全保障。
关键词：旋喷桩；桥梁；地基加固
一、前言
基础作为桥梁的下部结构，对整个桥梁起着极其重要的作用。若承载力不足，不但墩台基础不稳定，而且将会影响整个桥梁的受力状态。
桥梁建筑物作为一种平衡结构，若因某种原因（例如基础断桩或地基不均匀沉陷等）打破这种平衡时，会使结构产生扭矩及剪切力，引起结构变形，在钢筋混凝土结构中变形主要表现为裂纹，当裂纹宽度在一定限制范围内时不会影响建筑物的正常使用，当超过限值时会危及建筑物的安全。
以平煤集團矿区铁路十三矿线13k+020M柳河中桥为例，该桥修建于1996年，为4-16米钢筋混凝土∏型梁桥，圆形桥墩，耳墙式桥台，钻孔桩基础。该桥3#墩原设计为4棵1.25米钻孔桩，桩长21米，施工时变更为6棵1.25米钻孔桩，桩长17.7米。现3#墩主要病害为墩身大量横向环形裂纹。这主要是由于部分桥梁桥墩基础不均匀下沉等原因造成了桩基础承载力不足。
目前该段线路行车限速25km／h，随着铁路的持续运营，墩身裂纹的发展也有随着时间的增加而加快的可能性。
二、方案的提出
结合目前国内研究现状，我们提出了5种解决方案即新建桥梁、在桥孔下新建框架涵、扩大基础、加深基础、旋喷桩加固墩基础等，并对方案的可行性进行分析，以期找到最佳的解决办法。前四种方法均存在造价高，工期长，施工影响范围大等缺陷。通过几种方案的比对，旋喷桩加固具有不中断行车、不须架空线路、不用大规模开挖基础、工期短和造价低等明显优势，适合矿区铁路桥梁加固维护使用。
因此，我们决定引进旋喷桩技术，根据平煤矿区铁路桥梁桥墩病害特点，研究旋喷桩加固方案，以期达到加固墩台基础，消除基础病害的目的。这是旋喷桩首次应用于平煤集团矿区铁路柳河中桥基础加固工程中，预期项目完工后，柳河中桥地段行车速度将恢复到设计速度，
满足煤炭运输需要。
三、旋喷桩加固原理及加固方案
1、旋喷桩加固原理
旋喷桩系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度（0.5～8.0MPa）的圆柱固结体（即旋喷桩），从而使地基得到加固。该技术应用广泛，具有施工简单，地基加固见效快，耐久性好，施工工期短等优点。利用该技术对保持地基的抗剪强度，重组土体结构，改善土的变形性质，减少沉降，通过固结原理同时也起到阻截地下水流，减少振动，防止液化或流砂等作用，从而很好的解决地基对工程的诸多病害。
2、加固方案
柳河中桥3号桥墩墩身高8.4米，圆形桥墩，承台为550×875×200㎝，6棵直径1.25m钻孔桩基础，桩长17.7m。
由于3#桥墩下部基础情况不明，又不能大规模的开挖基础，为保证加固效果，采用旋喷桩排桩方式。在3号桥墩承台周围布置一圈旋喷桩，使相邻每个桩连成整体，形成一个帷幕，所有桩连成一体，对桥墩下基础进行加固。这样既可以保证基础加固的强度，又可以防止河水对承台底部桩基础的冲刷。具体旋喷桩布置如下图。
该方案旋喷桩数量为64根，桩长15m，其中承台底以下13m，承台底以上2m，设计桩径为60cm，桩身强度R≥4Mpa。旋喷桩施工压力为20Mpa。
四、施工工艺及注意事项
1、施工工艺
（1）用高压管将搅拌水泥浆系统、高压注浆泵、钻机连接起来。采用单管法旋喷施工，机具使用振动钻，接管搭接30CM。
（2）根据设计，放线确定旋喷桩桩位。
（3）钻机定位：旋喷施工前，应首先进行场地平整并做好排水设施，然后钻机定位，管架安放平稳，旋喷管允许倾斜度小于1.5％。
（4）钻机就位，桅杆调直、钻孔。用低于1.0n/mm清水喷射，边喷边回转钻杆，使钻头钻至桩底设计标高；当遇到坚硬地层或障碍物时，要摸清情况，采取地质钻等措施。钻孔位置与设计位置的偏差小于50mm。
（5）按施工要求的水泥掺入量配置、搅拌水泥浆
（6）启动高压注浆泵，将泵压提高到灌注压力。
（7）压力稳定后，横向喷射：用钢球或压差阀关闭喷出孔，接通管路压送浆液，高压浆液从特制钻头侧面喷嘴射出。钻杆边旋边提升，直至桩顶设计标高以上，形成旋喷桩。
旋喷时，按照预定的旋喷参数先进行试喷，现场实验，优化参数，保证符合设计要求，检查并排出故障。
（8）高压泵泄压，拔出钻杆、钻头。
（9）喷射完毕后，把注浆管等机具设备冲洗干净，浆液换成水，进行清洗喷射，泥浆泵及管路内不得有水泥浆。
（10）移动钻机至下一个桩位处，重复上述步骤。
2、施工注意事项：
（1）保证浆液配比，把好浆液质量关，及时进行流动度、粘度的检验，确保其可喷性和稳定性。
（2）控制好钻头旋转速度，避免速度过低，固结形成螺旋状、不完全的圆柱状体，这种桩体强度低；速度过高，从喷嘴喷出的液体形成射流束的向心力剧增，减少了射流对地层的破坏力量，桩径偏小。
（3）旋喷施工过程中，要经常随机开挖出成桩体1m左右，以便检查旋喷质量，及时调整旋喷参数。
（4）合理布置场地，机具设备配套要紧密联系，尽量缩短高压输送距离。
（5）旋喷施工顶部桩长应有一定的预留量，以便保证桩长及桩身顶部质量，桩顶部应保证足够厚度的埋深，以保证旋喷效果。
旋喷桩施工完后，随机抽取总数的2—5％的桩进行检验，当桩径大于设计值时，表明符合设计要求。
3、旋喷桩施工的主要技术参数：
（1）钻杆提升速度：20~30cm/min
（2）钻杆旋转速度：15~25r/min
（3）喷嘴直径：2.2~3.2mm
（4）喷嘴个数；1~2个
（5）灌注泵压：15~22MPa
（6）水泥浆水灰比：1：1~1.5：1
（7）水泥用量：150~300kg/m
4、主要机具设备：
主要机具设备包括：高压泵、钻机、浆液搅拌器等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门接头安全设施等。
五、施工质量及安全措施
（1）把好浆液质量关，及时进行流动度、粘度的检验，保证浆液配比，确保其可喷性和稳定性。
（2）控制好钻头旋转速度，避免速度过低，固结形成螺旋状、不完全的圆柱状体，强度低，速度过高，从喷嘴喷出的液体形成射流束的向心力剧增，减少了射流对地层的破坏力量，桩径偏小。
（3）桩头1.0米范围内复喷，以扩大桩头直径及与承台的连结。
（4）旋喷施工过程中，要经常随机开挖出成桩体1m左右，以便检查旋喷质量，及时调整旋喷参数。
（5）旋喷灌注后，桩体水泥土浆液一面向周围渗透失水，一面在重力作用下下沉，终凝后在桩头处形成凹穴，因此，灌注长度超过基底0.5米。
（6）旋喷施工顶部桩长应有一定的预留量，以便保证桩长及桩身顶部质量，桩顶部应保证足够厚度的埋深，以保证旋喷效果。
（7）采用跳打法，即不连续灌注相连的桩体，避免因基底土削弱过多，影响其承载力。
六、加固效果
从施工情况看，桥墩承台下面都存在不同程度的空隙和孔洞，旋喷灌注中许多桩位不冒浆，大量的水泥土浆液渗入其中。这些浆液的一部分渗入土中的空隙，与土凝固成一体，增加了地基土的密实度，提高了地基土的承载力，另一部分浆液灌进既有桩周围的空洞处，凝固后形成了一层保护层，这对尚未失去作用的既有桩起到了保护作用，提高了其承载力。从桩体凝固过程看，承台的振动幅度很小，对旋喷水泥土的凝固没有什么影响。基础加固完毕后，振动幅度大大减小，墩身裂纹不再发展，加固效果显著。
七、效益分析
旋喷桩加固技术相比其它加固方案，大大节约了资金，用较少的投入，得到较理想的效果，具有较明显的经济效益。
通过上表几种加固方案的对比，旋喷桩加固施工效率高，工程费用低，加固一个桥墩仅需30万元，据测算，该方案与修建便线改建方案相比，每个桥墩可节约投资70%左右，经济效益十分显著。
同时，该项技术在不中断正常行车，不影响安全生产的情况下解决既有桥梁病害，恢复列车运行速度，延长桥梁的使用寿命，减少了桥梁维修费用，给矿区铁路运输提供了安全保障。