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摘 要: 在近几年的客运专线建设中，软土地基的处理方式有很多种，旋喷桩地基处理是其中常用的一种。旋喷桩复合地基是由旋喷桩、桩间土和褥垫层构成的一种新型复合地基。褥垫层是该软土地基处理中的核心技术,褥垫层与旋喷桩相结合共同构成的复合地基,文章结合石武客运专线施工情况,介绍褥垫层的作用机理及施工工艺。
关键词: 旋喷桩；褥垫层；复合地基；应用
Abstract: The construction of line for passenger traffic in recent years, there are a variety of Soft Ground Treatment, jet grouting pile foundation treatment is one of the commonly used one. Jet grouting pile composite foundation piles, jet grouting and soil between piles and constitutes a new type of composite foundation cushion. The cushion is the core technology of the Soft Foundation Treatment cushion and jet grouting pile combining together constitute a composite foundation, and article Shek Wu passenger, green construction, the Cushion mechanism of action and construction process.
Key Words: jet grouting piles; cushion; composite foundation; application
中图分类号：TN209文献标识码：A文章编号：
旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆液管钻至土层的预定位置后，高压泵使浆液以10～20Mpa左右的高压从喷嘴中喷射出来，同时钻杆以一定的速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成固结体。它和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。该新型地基处理方式近年来随着客运专线建设的快速发展，该地基处理技术日趋成熟，在新建石武客运专线中，该地基处理方式就很好地解决了软土地基的处理问题。
1、工程概况
DK1040+600-+840段路基位于石武客运专线SWZQ-9标段，该段路基经过地区主要为丘陵区，从上到下依次为全风化、强风化、弱风化和微风化砂岩。山谷间冲积而成的软土和水稻田等软土地基较多，工程地质条件较差。该段路基采用旋喷桩地基处理，桩顶铺设0.5m厚的褥垫层,其结构形式为0.2m碎石+0.05m中粗砂+土工格栅+0.05m中粗砂+0.2m碎石，与旋喷桩共同构成复合地基。
2、褥垫层的作用机理
褥垫层施工技术是旋喷桩复合地基的关键性技术。由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层，通过人为的提供变形渠道，改变地基的受力条件，从而合理地调整地基的压缩性，实现地基的协调工作，它在复合地基中有如下几种作用：
2.1确保桩、土共同承担荷载
褥垫层的设置为旋喷桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，如果路基基底下面不设褥垫层，路基直接与桩和土接触，在垂直荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的沉降，荷载逐渐向软土转移，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。
对于旋喷桩复合地基，当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形，桩的模量远比土大，桩比土的变形小，由于在基础下设置0.5m厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，褥垫层的材料不断补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作，随着时间的变化，桩间土表面的变形不断增加，但桩和土的荷载分担均为一常值，它不随时间变化而变化。这样借助褥垫层的调整作用，在垂直荷载作用下桩与土共同承担。
2.2 通过改变褥垫层厚度，调整垂直荷载的分担当褥垫层厚度H=0时，桩土应力比很大，在软土中，桩、土应力比甚至超过100，桩分担的荷载相当大；当褥垫层厚度很大时，桩土应力比接近于1，此时桩的荷载分担比很小。桩土应力比n及桩土垂直荷载分担比可以通过试验测定也可通过理论方法计算确定。桩承担的荷载占总荷载的百分比一般在40 %～75 %之间。
2.3 减小褥垫层接触层的应力集中
旋喷桩属于半刚性桩，当不设计褥垫层时，桩对基础的应力集中很明显，这时就要考虑桩对路基基础的冲切破坏，当褥垫层厚度在0.5 m时，桩对路基基础的应力集中明显减小，确保桩与桩间土共同受力。
2.4 调整桩、土水平荷载的分担
褥垫层厚度越厚，土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大，桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。旋喷桩主要是用来传递垂直荷载的，亦可承担水平荷载。大量的工程实践和试验结果表明，只要褥垫层厚度不小于100mm，旋喷桩桩体不会发生水平折断，水平荷载主要由桩间土承担，在复合地基中就不会失去工作能力。
3、褥垫层施工工艺
3.1施工工艺流程图
褥垫层施工工艺流程图
3.2 施工准备
按照图纸设计要求，进行复合地基处理，对路基的平整度、横坡度、纵断高程、宽度、边坡、复合地基承载力以及中线偏位进行检测，不合格的进行处理，确保各项指标均达到《客运专线路基施工技术规范》的要求,报监理检验合格后，再进行垫层的施工。
碎石、砂运至施工现场，碎石垫层采用未风化的干净砾石或碎石，其最大粒径不得大于50 mm，含泥量不得超过5%。碎石垫层颗粒级配应采用5 mm~31.5 mm的连续级配碎石。砂垫层采用级配良好的中、粗砂，不含草根、垃圾等杂质，其含泥量不得大于5%。
垫层中铺设的土工格栅规格及性能符合设计要求，运至工地后应分批整齐堆放在料棚内，防止日晒雨淋和损坏，并保持料棚通风干燥，并不得长时间受阳光直接曝晒。
3.3测点布置：
在填筑宽度范围内按每10米一个断面布置测点，打桩挂线标识。
3.4拌料及运输摊铺：
由碎石料场集中拌料，自卸车运输，推土机按照由外向内边填筑边推进的方式初平，平地机精平，人工配合边角整平。
3.5第一层碎石施工
第一层压实厚度控制在20cm，根据客运专线施工经验，松铺按25cm控制，松铺完成后，按照1静压+4弱振+1静压的碾压方式进行碾压，碾压时，应采用先静压、后弱振的方式，最后静压收光。
3.6第二层中粗砂施工
压实厚度控制在5cm，利用小推车将中粗砂分散铺开，人工采用木方精平，达到设计标高后用压路机静压2遍，用水准仪测量标高，确定松铺系数。
3.7第三层土工格栅铺设
土工格栅垂直线路方向展开铺设，摊铺时拉直平顺，紧贴保护层，不得扭曲、褐皱等，在受力方向联接处的强度不低于材料设计抗拉强度，且搭接长度不小于30 cm;土工格栅布设时，用绑扎带将相邻两层土工格栅固定，铺设土工格栅的砂层表面平整，不得有坚硬的凸出物。土工格栅铺好后，不得移动。严禁重型机械直接在土工格栅上行走和作业。
3.8第四层中粗砂施工
压实厚度控制在5cm，按照第二层中粗砂确定的松铺系数进行控制。
3.9第五层碎石层施工
第一层压实厚度控制在20cm，根据武广及其他客运专线施工经验，松铺暂按25cm控制，松铺完成后，按照1静压+4弱振+1静压，碾压时，应采用先静压、后弱振的方式，最后静压收光。
3.10压实检测
按照施工流程图进行K30、Evd、n、指标检测。合格后进行下一层填料施工，如不合格，从新进行各项试验，直至试验合格。
4、褥垫层施工注意事项
垫层一般应选用渗水性较好的碎石填料，填料在稳定土拌和站按照配合比进行拌制，集中进行加水搅拌。填料施工含水量控制在最优含水量的－1.5％～＋10％之间，当天气炎热，实际含水量较小时，在碾压前用洒水车夜间洒水闷料，第二天早上碾压。
褥垫层的填筑，一定要再旋喷桩施工完成后，桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度以及处理后的复合地基承载力、压缩模量等检测符合《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》后才能进行。
铺设土工格栅的下承层表面应整平、压实，并清除表面坚硬凸出物。铺设时必须拉紧展平插钉固定，并与路基面密贴不得有褶皱扭曲。铺设上下层土工格栅时，其上、下層接缝应交替错开，错开距离不小于0.5m。
5、结束语
通过以上对旋喷桩复合地基中褥垫层的施工分析及工程实践可知，通过设置褥垫层使桩和桩间土的应力分别达到调节和协调，减少了桩顶应力集中的作用，而且褥垫层的设置使复合地基中桩与桩间土共同作用，并充分发挥了复合地基中桩间土的作用，使软土地基得以加固。该复合地基处理方式，目前在客运专线施工中得以普遍应用。
参考文献：
1.谷炳蓉;黄菊华;垫层在复合地基中作用的研究[A];湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会第十五届学术年会论文集（二）[C];2007年.
2.王长科，郭新海;基础-垫层-复合地基共同作用原理[J];土木工程学报;1996年05期.
3.谭慧明;周爱其;;复合地基褥垫层技术研究现状[A];第八次水利水电地基与基础工程学术会议论文集[C];2006年.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 旋喷桩；褥垫层；复合地基；应用
Abstract: The construction of line for passenger traffic in recent years, there are a variety of Soft Ground Treatment, jet grouting pile foundation treatment is one of the commonly used one. Jet grouting pile composite foundation piles, jet grouting and soil between piles and constitutes a new type of composite foundation cushion. The cushion is the core technology of the Soft Foundation Treatment cushion and jet grouting pile combining together constitute a composite foundation, and article Shek Wu passenger, green construction, the Cushion mechanism of action and construction process.
Key Words: jet grouting piles; cushion; composite foundation; application
中图分类号：TN209文献标识码：A文章编号：
旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆液管钻至土层的预定位置后，高压泵使浆液以10～20Mpa左右的高压从喷嘴中喷射出来，同时钻杆以一定的速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成固结体。它和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。该新型地基处理方式近年来随着客运专线建设的快速发展，该地基处理技术日趋成熟，在新建石武客运专线中，该地基处理方式就很好地解决了软土地基的处理问题。
1、工程概况
DK1040+600-+840段路基位于石武客运专线SWZQ-9标段，该段路基经过地区主要为丘陵区，从上到下依次为全风化、强风化、弱风化和微风化砂岩。山谷间冲积而成的软土和水稻田等软土地基较多，工程地质条件较差。该段路基采用旋喷桩地基处理，桩顶铺设0.5m厚的褥垫层,其结构形式为0.2m碎石+0.05m中粗砂+土工格栅+0.05m中粗砂+0.2m碎石，与旋喷桩共同构成复合地基。
2、褥垫层的作用机理
褥垫层施工技术是旋喷桩复合地基的关键性技术。由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层，通过人为的提供变形渠道，改变地基的受力条件，从而合理地调整地基的压缩性，实现地基的协调工作，它在复合地基中有如下几种作用：
2.1确保桩、土共同承担荷载
褥垫层的设置为旋喷桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，如果路基基底下面不设褥垫层，路基直接与桩和土接触，在垂直荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的沉降，荷载逐渐向软土转移，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。
对于旋喷桩复合地基，当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形，桩的模量远比土大，桩比土的变形小，由于在基础下设置0.5m厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，褥垫层的材料不断补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作，随着时间的变化，桩间土表面的变形不断增加，但桩和土的荷载分担均为一常值，它不随时间变化而变化。这样借助褥垫层的调整作用，在垂直荷载作用下桩与土共同承担。
2.2 通过改变褥垫层厚度，调整垂直荷载的分担当褥垫层厚度H=0时，桩土应力比很大，在软土中，桩、土应力比甚至超过100，桩分担的荷载相当大；当褥垫层厚度很大时，桩土应力比接近于1，此时桩的荷载分担比很小。桩土应力比n及桩土垂直荷载分担比可以通过试验测定也可通过理论方法计算确定。桩承担的荷载占总荷载的百分比一般在40 %～75 %之间。
2.3 减小褥垫层接触层的应力集中
旋喷桩属于半刚性桩，当不设计褥垫层时，桩对基础的应力集中很明显，这时就要考虑桩对路基基础的冲切破坏，当褥垫层厚度在0.5 m时，桩对路基基础的应力集中明显减小，确保桩与桩间土共同受力。
2.4 调整桩、土水平荷载的分担
褥垫层厚度越厚，土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大，桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。旋喷桩主要是用来传递垂直荷载的，亦可承担水平荷载。大量的工程实践和试验结果表明，只要褥垫层厚度不小于100mm，旋喷桩桩体不会发生水平折断，水平荷载主要由桩间土承担，在复合地基中就不会失去工作能力。
3、褥垫层施工工艺
3.1施工工艺流程图
褥垫层施工工艺流程图
3.2 施工准备
按照图纸设计要求，进行复合地基处理，对路基的平整度、横坡度、纵断高程、宽度、边坡、复合地基承载力以及中线偏位进行检测，不合格的进行处理，确保各项指标均达到《客运专线路基施工技术规范》的要求,报监理检验合格后，再进行垫层的施工。
碎石、砂运至施工现场，碎石垫层采用未风化的干净砾石或碎石，其最大粒径不得大于50 mm，含泥量不得超过5%。碎石垫层颗粒级配应采用5 mm~31.5 mm的连续级配碎石。砂垫层采用级配良好的中、粗砂，不含草根、垃圾等杂质，其含泥量不得大于5%。
垫层中铺设的土工格栅规格及性能符合设计要求，运至工地后应分批整齐堆放在料棚内，防止日晒雨淋和损坏，并保持料棚通风干燥，并不得长时间受阳光直接曝晒。
3.3测点布置：
在填筑宽度范围内按每10米一个断面布置测点，打桩挂线标识。
3.4拌料及运输摊铺：
由碎石料场集中拌料，自卸车运输，推土机按照由外向内边填筑边推进的方式初平，平地机精平，人工配合边角整平。
3.5第一层碎石施工
第一层压实厚度控制在20cm，根据客运专线施工经验，松铺按25cm控制，松铺完成后，按照1静压+4弱振+1静压的碾压方式进行碾压，碾压时，应采用先静压、后弱振的方式，最后静压收光。
3.6第二层中粗砂施工
压实厚度控制在5cm，利用小推车将中粗砂分散铺开，人工采用木方精平，达到设计标高后用压路机静压2遍，用水准仪测量标高，确定松铺系数。
3.7第三层土工格栅铺设
土工格栅垂直线路方向展开铺设，摊铺时拉直平顺，紧贴保护层，不得扭曲、褐皱等，在受力方向联接处的强度不低于材料设计抗拉强度，且搭接长度不小于30 cm;土工格栅布设时，用绑扎带将相邻两层土工格栅固定，铺设土工格栅的砂层表面平整，不得有坚硬的凸出物。土工格栅铺好后，不得移动。严禁重型机械直接在土工格栅上行走和作业。
3.8第四层中粗砂施工
压实厚度控制在5cm，按照第二层中粗砂确定的松铺系数进行控制。
3.9第五层碎石层施工
第一层压实厚度控制在20cm，根据武广及其他客运专线施工经验，松铺暂按25cm控制，松铺完成后，按照1静压+4弱振+1静压，碾压时，应采用先静压、后弱振的方式，最后静压收光。
3.10压实检测
按照施工流程图进行K30、Evd、n、指标检测。合格后进行下一层填料施工，如不合格，从新进行各项试验，直至试验合格。
4、褥垫层施工注意事项
垫层一般应选用渗水性较好的碎石填料，填料在稳定土拌和站按照配合比进行拌制，集中进行加水搅拌。填料施工含水量控制在最优含水量的－1.5％～＋10％之间，当天气炎热，实际含水量较小时，在碾压前用洒水车夜间洒水闷料，第二天早上碾压。
褥垫层的填筑，一定要再旋喷桩施工完成后，桩身完整性、均匀性、无侧限抗压强度以及处理后的复合地基承载力、压缩模量等检测符合《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》后才能进行。
铺设土工格栅的下承层表面应整平、压实，并清除表面坚硬凸出物。铺设时必须拉紧展平插钉固定，并与路基面密贴不得有褶皱扭曲。铺设上下层土工格栅时，其上、下層接缝应交替错开，错开距离不小于0.5m。
5、结束语
通过以上对旋喷桩复合地基中褥垫层的施工分析及工程实践可知，通过设置褥垫层使桩和桩间土的应力分别达到调节和协调，减少了桩顶应力集中的作用，而且褥垫层的设置使复合地基中桩与桩间土共同作用，并充分发挥了复合地基中桩间土的作用，使软土地基得以加固。该复合地基处理方式，目前在客运专线施工中得以普遍应用。
参考文献：
1.谷炳蓉;黄菊华;垫层在复合地基中作用的研究[A];湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会第十五届学术年会论文集（二）[C];2007年.
2.王长科，郭新海;基础-垫层-复合地基共同作用原理[J];土木工程学报;1996年05期.
3.谭慧明;周爱其;;复合地基褥垫层技术研究现状[A];第八次水利水电地基与基础工程学术会议论文集[C];2006年.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。