路基边坡高压旋喷桩加固施工工法

路基边坡高压旋喷桩加固施工工法
朔黄铁路发展有限责任公司河北沧州 062350
1.前言
随着我国铁路建设的不断发展，目前新建铁路技术越发成熟，安全性能不断提升，但早期修
建的铁路工程由于技术不成熟、周边环境因素影响、运营使用时间的不断延长，许多病害问
题开始逐步出现，其中路基下沉问题尤为严重。

由于不能影响既有铁路的正常运行，目前多
采用大机清筛的方法对路基下沉段进行整治，虽能取得一定的成效，但因常年的清筛补砟，
导致道床不断加厚，不仅耗费大量的人力、物力，还影响既有铁路线路的行车安全。

中铁十五局集团承建的朔黄铁路路基下沉综合整治项目在朔黄铁路K429+366-K430+875下行
区间采用路基边坡高压旋喷桩加固工艺，对线路路基进行整治。

通过前期预算，采用高压旋
喷桩加固的施工方法，能够有效整治路基下沉病害，极大地降低线路维护成本，在节约人力、物力的同时，也保证了线路的运营安全。

通过项目技术人员研究论证，决定使用“路基边坡高压旋喷桩加固施工技术”进行路基下沉整治，本技术对路基加固具有安全风险低、施工周期快、维护成本小等特点，产生了良好的经
济效益和社会效益。

2.工法特点
2.1采用高压旋喷桩基对路基下沉进行路基加固，改变填补道砟提高线路的施工方法；
2.2 高压旋喷桩在路基边坡处与水平面成15°斜打进入路基中心；
2.3改进既有高压旋喷桩设备，使既有旋喷桩机能够在路基边坡上移动操作，实现旋喷桩的
斜向打入，提高设备性能，降低施工周期；
2.4施工过程中不影响运营，行车更为安全可靠。

3.适用范围
本工法适用于既有铁路不影响运营情况下的路基下沉整治。

4.工艺原理
路基边坡高压旋喷桩加固路基，是利用框架横移设备将旋喷桩机固定支撑于路基边坡上，框
架横移设备能够支撑旋喷桩机纵横向移动及调整桩机仰俯角度，实现高压旋喷桩的路基边坡15°角斜打。

而高压喷射注浆法是利用桩机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的设计位置后，以高压设备使水泥浆液成为13～20MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以10～16cm/min的速度逐渐抽离，将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后，在土
中形成一个圆柱状固结体(即旋喷桩)，以达到加固路基的目的。

5.施工工艺流程及操作要点
5.1 高压旋喷桩工艺流程见图
5.2 操作要点
5.2.1施工准备
（1）场地平整
正式进场施工前，与相关单位联系，进行管线、桥涵（安全距离不小于2m）调查后，清除
施工场地地面范围内的障碍物，不能清除的做好保护措施，然后整平、夯实；同时合理布置
施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地满足施工要求，运营安全。

（2）拆除施工段刺网及影响的护坡及植被。

（3）桩位放样
施工前依据施工图要设计，路堤自路肩以下1.5m，沿边坡方向及线路方向打设高压旋喷桩，桩沿边坡方向每隔2.0m，沿线路方向每隔3.0m设置，第一排设置加密桩。

用钢尺和测线等
实地布设桩位，用白灰或喷漆标记桩点，经过复测验线合格后，并用竹签钉紧，一桩一签，
其误差不大于10cm，角度不大于设计1%。

在高喷灌浆轴线拐弯处应设固定桩，同时在施工
轴线5～10m范围设控制桩。

（4）修建排污和灰浆拌制系统
高压旋喷桩施工过程中将会产生10～20%的返浆量，将废浆液引入两侧路堤坡角外1m挖梯
形截水沟，沟底宽0.2m，深0.2m。

坡脚设4%的坡，向沟内排施工污水及水泥土浆，污水及
水泥土浆集中排放至泥浆池及时用车运走，以免造成污染。

灰浆拌制系统主要设置在水泥附近，便于作业，主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备、灰浆
输送设备组成。

（5）框架搭设：
①、对高压旋喷桩钻机进行改造，使钻机底部能与纵横移框架连接在一起，制作横移框架，
横移框架底部设置伸缩油缸，通过前后伸缩油缸将横移框架水平安放在路基边坡上，在斜坡
上每一个油缸的支脚设稳定的基础(如钢管桩、型钢等)。

②、在框架顶设钢丝绳，将钢丝绳与路基的冠梁基础相连，抵抗架子的水平外倾力，防止意
外倾覆。

最后，要设专人来监测架子的情况。

③、横移框架底部设置两根滑动钢管，通过钢丝绳实现上下移动。

（6）每个工点必须试桩，至少3根，以查明高压旋喷桩喷固的强度和直径，验证设计的可
靠性和安全度，确保各项施工参数。

成桩7天后，采用浅部开挖桩头验证，深度需超过停浆
面下0.5m，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径后，人工及时回填及压实。

5.2.2钻机就位
（1）钻机就位后，对钻机进行调平、对中，调整钻机的钻杆角度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在0.2D以内，钻孔角度误差不大于1%，与水平线15度角向下（加密桩与水平线5度角向下）；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在
钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

（2）钻机固定：①钻机设备安装必须周正，稳固，底座水平。

安装钻机前，应清除受检桩
位附近的浮泥，挖至硬基（或增加枕木），确保安装稳定；安装时，应检查底座的水平度及
钻机立轴的垂直度，并使天轮（天车前沿切点），钻机立轴中心与孔口必须在同一铅垂线上。

应将钻机固定，确保钻机在钻芯过程中不发生倾斜，移位。

钻芯孔角度偏差不大于0.5%。

桩
顶面与钻机塔座距离大于2m时，宜安装孔口管，孔口管应顺直且牢固。

②钻机应安放稳固，钻机底部的横移框架应调整到水平状态，并保证立轴垂直。

可采用水平
尺来调整，看其水泡是否居中（两个方向，一般是90°），底座水平了，立轴也就保证垂直了。

随后的工作是把钻机固定，使钻机在钻进过程中不晃动和移位。

5.2.3 引孔钻进
把钻机移至钻孔位置，对准孔位，垫牢机架、钻机的角度满足精度要求，经技术人员验测合
格后方可开钻。

如发现钻机钻杆角度倾斜，则停机调整后再开钻。

钻进过程中，遇到异常情
况及时查明原因，采取相应措施，对地层变化、颗粒大小、硬度等要详细记录，钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。

5.2.4下喷射管
（1）将喷射台车移至成孔处，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺参数符合设计要求
后将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行高压喷灌浆施工，喷射过程
中如遇特殊情况，如浆压过高或喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面进行处理，处理好后再进
行施工。

喷射压力13-20Mpa；喷嘴孔径2.5mm；喷浆流量80-90L/min；旋转速度20-22r/min。

桩体直径偏差不大于50mm。

（2）注浆时前端水泥浆流出喷头后方可开始提升注浆管，自下而上喷射注浆。

注浆管分段
提升的搭接长度不得小于100mm。

（3）高压旋喷桩第一排桩，利用天窗点施工，同时监测路肩处变化，以不对路肩产生影响
的原则，必须观测、检查路肩处是否露浆，以免对道砟造成污染、一经发现问题，必须立即
停止施工，直到找出产生的原因并解决后方可继续施工。

（4）高压旋喷桩施工自上而下，同排高压旋喷桩隔桩施工。

（5）高压旋喷桩在第一排桩及第一排加密桩施工时，要进行双控，压力控制和路基顶部顶
起量控制，后一个控制的具体方法为高压旋喷桩施工过程中，在路基顶部放置一把道尺，若
道尺动，就说明下一步的高压旋喷桩施工会破坏路基顶面，此时必须立即停止施工，直到找
出产生的原因并解决后方可继续施工。

5.2.5 喷浆材料及制浆
采用42.5P.O普通硅酸盐水泥，用水按国家现行（JGJ 63-2006 ）《混凝土用水标准》，外加
剂为NNO（亚甲基二萘磺酸钠0.5%、711型速凝剂3%）。

每批次进场水泥必须有生产厂家
产品合格证，并根据有关规定进行抽验。

高压旋喷桩每延米水泥含量大于210kg。

水灰比为（质量比）1：1。

按设计配比进行浆液搅制，在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计
该孔的材料用量。

浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于30S，
一次搅拌使用时间宜控制在4h以内。

5.2.6 喷射提升
当喷射管下至设计深度，开始送入符合要求的浆、气，待注入浆液冒出孔口时，按设计的提
升方式及速度自下而上提升，直至提升到设计的终喷高程。

喷射过程中，值班技术人员应随
时检查各环节的运行情况，并根据具体情况采取下列措施：
①接、卸换管要快，防止塌孔和堵嘴；
②喷射因故障中断，应酌情处理:
a、因机械故障，要尽力缩短中断时间，及早恢复灌浆；
b、如中断时间超过1小时，要采取补救措施；
c、恢复喷射时，喷射管要多下至少0.5m，保证凝结体的连续性。

d、若停机超过3小时，则拆卸输浆管路，清洗干净，在原桩位旁边补桩。

5.2.7回灌
喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直到浆面不再下沉为止，保证高压旋喷桩
固结后桩顶标高，回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。

5.2.8记录
施工中钻孔、高喷灌浆的各道工序应详细、及时、准确记录。

5.2.9恢复边坡
高压旋喷桩施工完成毕后，及时恢复坡面及既有坡面护坡。

5.2.10监测
于路提外侧路肩采用物探瑞雷波法对路基加固效果进行测，各工点不少于一处。

工点较长时
按20m/点布置，施工前进行检测得到初始值，加固完成后再进行检测，通过前后对比加固效果进行评价。

监测时应考虑天气变化对监测的影响，为观测路基加固前后沉降速率变化，施
工前提前一周进行观测，观测次数为2次，施工完成后观测3个月，第1、2月每7天观测1次，第三个月15天观测1次。

样板段瑞雷波法测得波速对比如下图。

7.质量控制
7.1 工程质量控制标准
7.1.1 TB10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》
7.1.2 TB 10414-2018《铁路路基工程施工质量验收标准》
7.1.3 TB 10413-2018《铁路轨道工程施工质量验收标准》
7.1.4 Q/CR 9651-2017《客货共线铁路路基工程施工技术规程》
7.2 质量保证措施
7.2.1高压旋喷桩施工施工前必须试桩，试桩不少于3根，查明固结的强度和直径，验证设计
的可靠性和安全度，成桩7天后，可采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面下0.5m），目测
检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，并及时人工压实回填。

7.2.2设计参数：喷射压力13-20mpa；喷嘴孔径2.5mm；喷浆流量80-90L/min；提升速度15-25cm/min；旋转速度20-22r/min。

7.2.3水泥采用强度为P.042.5的普通硅酸盐水泥，外加剂为NNO（亚甲基二萘磺酸钠）0.5%、711型速凝剂3%。

7.2.4注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm。

成桩过程中因故停止，应将注浆管下沉
至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆提升。

若停机超过3小时，应拆除输浆管路，
清洗干净，在原桩旁边补桩。

7.2.5高压旋喷桩在第一排桩及第一排加密桩施工时，利用天窗点施工，应加强监测路肩处变
化，随时进行观测，检查路肩处是否露浆，以免对道碴造成污染、一经发现问题必须立即停
止施工，直到找出产生原因并解决后方可继续进行。

7.2.6高压旋喷桩在第一排桩及第一排加密桩施工时，要进行双控，压力控制和路基顶部顶起
量控制，后一个控制的具体方法为高压旋喷桩施工过程中在路基顶部放置一把道尺，若道尺动，就说明下一步的高压旋喷桩施工会破坏路基顶面，此时必须立即停止施工，直到找出产
生原因并解决后方可继续进行。

7.2.7监测于路堤外侧路肩采用物探瑞雷波法对路基加固效果进行监测，一个工点不少于一处，工点较长时按 20m/点布置，为观测路基加固前后沉降速率变化，施工前提前一周进行观测，观测次数为 2 次，施工完成后观测 3 个月，第 1、2 月每 7 天观测 1 次，第三个月 15 天观测
1次。

7.2.8钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏
差应在0.2D以内，钻孔垂直度误差不大于1%，与水平线15度角向下（加密桩与水平线5度角向下）；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在
钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

7.2.9钻机固定：①钻机设备安装必须周正，稳固，底座水平。

安装钻机前，应清除受检桩
位附近的浮泥，挖至硬基（或增加枕木），确保安装稳定；安装时，应检查底座的水平度及
钻机立轴的垂直度，并使天轮（天车前沿切点），钻机立轴中心与孔口必须在同一铅垂线上。

应将钻机固定，确保钻机在钻芯过程中不发生倾斜，移位。

角度偏差不大于0.5%。

桩顶面与
钻机塔座距离大于2m时，宜安装孔口管，孔口管应垂直且牢固。

8.安全措施
8.1 安全目标
1）杜绝责任行车事故；
2）杜绝责任人身死亡事故；
3）杜绝责任火灾、爆炸重大事故；
4）杜绝责任道路交通重大事故；
5）杜绝责任建设工程安全一般事故；
6）无接触网触电事故；
7）无重大高空坠落事故。

在施工中，遵循国家和铁路总公司关于安全生产的规定，重视施工现场作业安全，制定安全
措施，避免伤亡事故的发生；确保施工过程安全和人身安全；杜绝一般事故及人身死亡事故
的发生。

本工程安全技术规程执行TB10401.1-2003。

本工程贯彻执行《中华人民共和国安全生产法》、《建设工程安全管理条例》、《铁路运输
安全保护条例》等，并执行铁路总公司、铁路局有关安全生产的管理办法。

建立健全安全生
产责任制度、安全教育培训制度、作业人员安全保障制度及安全技术制度，成立相应的专职
安检机构，配备相应人员和设备，并报发包人备案。

执行铁路总公司、铁路局有关安全生产的管理办法和补充规定。

铁路营业线施工和安全管理，严格按照《铁路营业线施工及安全管理办法》乌鲁木齐铁路局《关于印发〈乌鲁木齐铁路局
铁路营业线施工及安全管理实施细则>的通知》乌铁运〔2014〕260号“关于乌鲁木齐铁路局
关于重新公布《铁路营业线施工安全管理实施细则》通知”及其他补充文件的规定。

8.2 安全保证措施
8.2.1 施工现场安全规划
施工现场：
1）施工现场有利于生产，符合防大风、防大雪、防洪、防火等安全要求，具备安全生产、
文明施工的条件。

2）施工现场内设置醒目的安全警示标志；防火、防汛、防触电、防雷击等，安全设施完备，且定期检查，如有损坏，及时修理。

3）现场运输道路平整、畅通、排水设施良好；特殊、危险地段设醒目的标志，夜间设有照
明设施。

4）施工现场内各种材料分类码放整齐稳固，剩余废旧物品及时清理，以保持现场的整洁有序。

5）易燃易爆品、发电机、空压机，采取必要的安全防护措施，严禁用易燃材料修建。

场内交通及水电设施：
1）工地临时道路的修建尽量避开松软土、陡崖、滑坡坠石地段。

如需通过，采取相应的加
固措施。

2）临时道路必须通过既有公路及其它机动车道，应经有关部门批准，并设置路标及防护措施，另外派专人负责指挥。

3）临时道路、通道在狭窄、陡坡、急弯、穿越电力通讯地段设置交通标志，大型施工机械
及特种车辆通过时设有专人负责指挥。

4）临时道路平整无坑洼；路面高过自然地面20cm，低洼地段适当加高；面层用小碎石或透
水性良好的山皮土铺垫，并派专人维护。

5）临时道路用机械施工时，在半路沟堑陡坡地段设置醒目的禁止超越标志，并有专人指挥
机械施工。

6）工地施工用水在施工前对水质进行化验鉴定，饮用水要经过净化，达到现行卫生部的
《生活饮用水卫生标准》之规定。

7）工地内合理布置排水沟。

排水沟不得妨碍工地内的交通。

通过运输道路的沟渠搭设确保
安全的板桥。

8.2.2 既有线安全保证措施
既有线行车安全保证措施：
1）在施工实施之日，按批准的施工时间、按规定要求提前向车站值班员提出书面登记申请，在施工人员到位、列车调度员批准命令，确认施工项目、范围及起止时间，按规定设好防护
后方可施工。

2）封锁线路、停用既有行车设备的施工必须有主管领导到位负责指挥、组织实施。

3）施工需封锁线路，影响行车时，应在施工前规定期限内向运输部门提报施工计划。

施工
中必须注意对既有行车设备，如信号机、电缆的保护。

4）封锁完毕后，施工负责人要认真检查线路设备状态，确保达到放行列车最低条件，材料
机具不侵入限界，才能撤除防护，向车站办理开通线路手续。

5）未经批准，不得在既有线钢轨上作业，不得使用轨行车辆，经批准作业时，按规定设防
护员和联络员及防护设施。

每次施工均需到车站登记。

既有线施工安全保证措施：
1）认真贯彻执行《铁路技术管理规程》、《关于加强营业线安全管理的规定》，突出“安全
第一”的思想，建立安全联控机制和逐级负责制，加强施工人员的安全知识培训。

切实做到无违章作业和违章指挥，确保在施工期间的施工范围内不发生责任行车事故。

2）在既有线边进行工作坑开挖等施工作业，为确保行车设备的稳定与安全，事先准备一定
数量的材料、机具设备，并组织好抢险队，随时应急抢险。

一旦出现险情，按照“宁停车、不断道”或“宁断道、不翻车”的原则进行防护，保证行车安全。

3）在施工挖坑、挖沟、铲土时，保证不影响“三电”设备的正常使用，不造成设备隐患。

4）靠近线路堆放的材料、机具等不侵入限界。

因工地条件限制，线桥用料如碎石、片石等
的堆放，在轨头顶面水平处距钢轨头部外侧不少于2m。

堆码稳固，向线路一侧的边坡不陡
于1：1（双向间堆码高度不超过轨面0.3m）。

在有调车作业的站内施工时，严禁在两股道
间堆放砂石料具。

9.环保措施
9.1 环境保护和水土保持目标
严格执行国家《环保法》和铁路总公司关于环保有关规定，努力把施工对环境的不利影响减
至最低限度，确保与本项目有关的铁路沿线景观不受破坏，地表水和地下水水质不受污染，
植被有效保护；坚持做到“少破坏、多保护，少扰动、多防护，少污染、多防治”，使环境保
护监控项目与监控结果达到设计文件及有关规定，做到环保设施与工程建设“三同时”。

施工
过程制定完善的环保、水保措施，废水、弃碴、泥浆以及工程垃圾等应按规定排放、处理。

9.2 施工环境保护措施
施工环境保护的重点有：噪声与振动控制，节约用地及临时用地恢复，路基工程及取弃土（碴）工程的水土流失控制，工程跨越河流等敏感水体的保护，风景名胜区的保护，沿线城
市区域施工噪声、扬尘控制及施工扬尘对农作物生长的影响控制和施工固体废弃物管理等。

9.3 废水、废碴处理措施
施工机械维修产生的含油废水、施工营地住宿产生的生活污水加大收集力度，采用多种方式盛接，统一存放处置。

另外对所有更换下来的零部件、各种包装和过程中产生的工料都进行统一收集处理，禁止随意丢弃。

施工废水按有关要求进行处理达标后排放，不污染周围水环境。

在施工时，对天然排水系统加以保护，不得随意改变，必要时修建临时水渠、水沟、水管等。

9.4 施工水土保持措施
1）合理安排施工用地，施工场地范围内的树木进行移植，保护施工场地和临时设施附近的植被。

临时用地范围内的裸露地表植草或种树进行绿化。

及早施作防护工程、排水工程和裸露地表的植被覆盖，防止水土流失。

2）临时工程设施修建不切割、阻挡地表径流的排泄，不允许在临时工程附近形成新的积水洼地或负地形。

对施工人员加强保护自然资源的教育，在合同施工期内严禁随意砍伐树木。

3）加强施工机械管理，注重日常保养，按照要求进行操作。

防止油品存放和机械在使用、维修、停放时油料泄漏、渗漏，污染水体。

4）施工完成后及时清除临时工程和设施及建筑垃圾，对取、弃土场进行植物防护，以免水土流失。

10.效益分析
通过本工法在朔黄铁路路基下沉综合整治项目的运用，验证了路基边坡斜打高压旋喷桩进行路基加固、整治下沉的施工效果，开创性的研制边坡横移框架，保证了高压旋喷桩机在边坡上的稳定和施工的快捷，节省了搭设脚手架、拆除刺网和立柱等费用，降低了机械设备的施工运行风险，有效提高了设备纵横移动速度和转场速度，降低了施工成本，经济效益明显。

朔黄铁路路基下沉综合整治项目采用路基边坡斜打高压旋喷桩施工的方法，为以后在类似情况下的既有线路基整治提供了可靠的决策依据和技术指标，社会效益和环境效益明显。

11.应用实例
本工法在朔黄铁路路基下沉综合整治项目中进行应用。

路基边坡斜打高压旋喷桩在1.44km 范围内共施工1850根，分为3排，第一排进行加密，通过在施工完成地段进行瑞雷波物探检测，验证了路基加固效果，并节省了大量的施工时间，为后续同类工程施工提供了有力的保障。

作者简介：
尚培培（1984—），男，2007年毕业于石家庄铁道学院土木工程专业，工程硕士，现任朔黄铁路发展有限责任公司工程师，长期供职于既有铁路生产一线，对铁路工程通病整治维修工作有丰富的技术管理经验。