布袋注浆桩在临近既有线路基工程中运用及其承载力计算的思考

胡传家 戚承志 景彦楠

（1北京建筑大学，北京100044；2中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

布袋注浆桩是先用专业钻机在地面上钻进至设计深度后，钻出一个柱状钻孔，直径常见为300mm和400mm，然后绑扎有注浆管的布袋伸入钻孔内至孔底，接着往布袋内注入水泥浆液，水泥浆注满布袋后待其凝固形成一定桩径的水泥柱体，即成的桩体。规范[1]未对其明确定义，属于新型桩型，简称布袋桩。

杨凤桐[2]认为布袋桩具有可在场地受限和含硬夹层等其他软基加固方法施工困难时，对软土地基实施加固，建议推广使用，但是未说明其施工控制难点；韩芳[3]结合布袋桩的试桩情况分析，该桩型具有造价低、成桩效果好、施工机具小等特点，也建议推广，但是未说明大面积施工后的检测效果和路基沉降情况；黄晓晖[4]和唐鑫[5]研究了其地基沉降特性，结果布袋桩对深厚软土硬夹层地基有很好的加固效果，对今后布袋注浆桩的设计方法、加固机理与沉降特性研究提供了一定参考。

1 工艺介绍和分析

1.1 布袋桩介绍

根据上述对布袋桩定义的介绍，关键步骤就是下入注浆管和注浆，其涉及到的浆体的质量直接关系到桩体质量的好坏。采用注浆设备将浆液注入预先埋设于软土中的土工布袋内，当浆液压力大于布袋周围土体被动土压力时，浆液膨胀布袋至设计桩径，并在布袋内析水硬化形成较规则的圆柱状或葫芦串状结石体。共同形成复合地基，达到加固软土地基和提高地基土承载力及复合模量的目的。

1.2 布袋桩工艺特点

1）施工机械小，扰动小。该技术不会挤压扰动施工区域附近的结构物，适合既有线铁路改造或者在既有线旁增建铁路工程。该特点促使工艺在既有线改造和既有线旁的新建工程中市场运用广泛和安全。

2）地层适应能力较强。适用于处理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等各种土性的地基。

3）复合地基的承载力提高幅度较大。形成的复合地基可以较好地发挥桩体和桩间土的潜力，桩体较强的置换效用可使桩体承担较大比例的荷载。

4）桩间土的加固作用。在布袋桩的压力注浆过程中，流动的浆液是从桩底逐渐上升至桩顶的，其在充填袋体的工程中，对编织袋和袋外的土体有一定的挤压作用，提高桩侧阻力的作用。

5）材料比较节约，经济效益较好。所有注浆材料均密封在土工织物袋内，没有流失。总体成本较低。

2 案例工程介绍和分析

2.1 案例工程地质情况介绍

某铁路工程，属于运营线旁新建铁路，线路全长1425m。属于软土地基地段，其中部分软土地基共采用3641根/42507延米布袋注浆桩进行处理。桩径为0.5m，桩长分别为 10.0 ～ 12.5m，桩间距 1.5m 呈三角形布置。

地层为第四系全新统人工堆积层，第四系全新统冲积层粉土、粉质黏土，第四系全新统淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土，第四系上更新统粉质黏土、黏土、粉土、粉砂，第四系中更新统粉质黏土。地层总体条件比较适宜布袋桩的成桩和工艺要求。

工程范围内地形比较平坦，地质由上到下由7种不同的土质，即：1.51m 至0.31m 为粉土、0.31m至 -0.19m为 淤 泥 质 黏 土、-0.19m 至 -1.69m 为 黏 土、-1.69m至 -11.29m 为 淤 泥 质 黏 土、-11.29m 至 -13.69m 为粉 质 黏 土、-13.69m 至 -16.19m 为 粉 土、-16.19m 至-17.69m为粉质粘土。地下水第四系孔隙潜水埋深0.5～1.5m。

2.2 案例工程实施介绍

通过现场选择典型的地段进行了布袋桩的足周期试桩试验，采取多配比试验和多因素分析的对比，获得适合工程场地地层条件的施工参数。材料配比为水：水泥：粉煤灰 =1：0.8：0.65，浆液比重 1.61 ～ 1.75，注浆压力0.5-1.3MPa，注浆速度 50-70L/min。

2.3 案例工程实施过程

施工现场严格按照工艺流程及试桩总结材料进行现场完成的成品桩，经过低应变和静载检测，其完整度和承载力均满足设计要求。

3 布袋桩复合地基承载力计算的思考

3.1 目前使用的计算方法

经过笔者的调查研究，目前在工民建行业和铁路行业，各种规范中均未给出布袋桩的复合地基承载力计算公式，也未给出参照计算的建议。

考虑到该桩型在既有线改造和既有线旁的新建工程中运用广泛，有时也是受环境条件的必须选择，设计人员往往参照CFG桩复合地基的设计方法进行单桩、复合地基的设计计算。一般采用下列计算方法：

单桩承载力特征值：

其中：qsi、qp—桩周第i层上的侧阻力、桩端端阻力特征值（kPa）；复合地基承载力特征值：

其中：β--桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值。

3.2 公式使用条件分析

在上面式（1）、式（2）中，计算的单桩承载力是借用的CFG桩的单桩计算公式。仔细分析其中qsi、qp的取值来历，发现其来自桩身混凝土与桩周地层的侧阻力、桩端混凝土与桩端土层的端阻力，是有材料的属性因素在控制取值。

明白了上述取值来由，笔者认为本文讨论的带有布袋的布袋桩有其与CFG桩的结构特殊性，这些差异造成了使用上述公式，需要考虑使用。

qsi作为桩侧的摩阻力取值，环境条件发生本质变化。在布袋桩的结构中，桩侧与土质紧密接触的是布袋，布袋内侧是布袋与浆体接触，这样侧阻力的取值应该是布袋材料与土层的摩阻力。

现所用布袋为高强度的土工织物，表面光滑，其与土层的摩阻力应该较混凝土与土层的摩阻力要小。

qp的取值较CFG桩的取值也是偏大。CFG桩作为长螺旋压灌混凝土桩，其工艺要求钻头必须埋入灌注的混凝土中一定高度后才能上拔，目的是保证桩端的虚土清孔干净，且完全发挥桩端土的阻力。而布袋桩桩底端肯定会存在一定厚度的沉渣，桩端土的扰动也比CFG桩的要大得多。

对于桩间土承载力折减系数β的取值，建议布袋桩取低值使用。由于其施工工艺特点，钻孔泥浆、成桩水泥浆多少会对桩间土的含水造成影响，降低其天然地基承载力。这时，取用CFG桩设计的经验折减系数也是偏于不安全的。

3.3 布袋桩承载力计算的建议

通过上述多方面的分析，在目前对该桩型的承载力研究不很深入的情况下，可以借用CFG桩复合地基的设计计算公式进行设计工作，但是建议进行一定程度的折减。推荐式（3）和式（4）完善。

布袋桩单桩承载力特征值：

其中：qsi、qp如式1相同；

φ1、φ2-桩周第i层上的侧阻力、桩端端阻力特征值的折减系数。建议通过试桩综合确定。

布袋桩复合地基承载力特征值：

其中：β1--布袋桩桩间土承载力折减系数，对布袋桩建议取0.75，也可以结合试桩结论选取。

上述推荐公式是笔者的建议公式，以指导大家以后不断更加深入研究。

由于该桩型使用还不广泛，成桩工艺、施工参数、机械等各方面还需要不断改进。建议以后的设计人员加强对其承载力特性的研究，完善其沉降计算模式。

4 结论与建议

1）通过对临近运营线的布袋桩的试桩和施工项目，考虑到该桩型具有满足特试环境条件、桩型新颖、研究不够深入等特点，现场采取多配比试验和多因素分析的对比，获得适合工程场地地层条件的施工参数，满足了施工的要求；

2）通过该工程布袋桩的单桩和复合地基的承载力计算分析，发现借用CFG桩复合地基的设计计算公式具有一定不安全性，指出了二者在计算中材料接触条件的变化，建议在目前阶段借用该设计公式需要考虑的折减项目，并提出折减后的计算公式；

3）考虑到该桩型运用范围还不广泛，建议以后的设计人员和学者加强对其承载力特性的研究，同时完善其沉降计算模式。