水泥旋噴樁施工技術研究

米小強

（甘肅路橋第五公路工程有限責任公司，甘肅 蘭州730030）

1 問題提出

對于大斷面黃土隧道，因其同時具有黃土的濕陷性和穩定性差等因素，造成地基承載力較低，研究應用軟弱地基加固新技術已非常迫切。在甘肅省內，大斷面黃土隧道地基處理水泥旋噴樁施工領域還是空白，沒有成型的施工工藝。

2 應用工程簡介

2.1 工程概況

蘭秦快速路忠和至水阜段付家窯1#隧道位于蘭州市黃河北岸的皋蘭縣忠和鎮付家窯村，隧道穿行黃土山梁，進口布設于黃土沖溝一側山體，付家窯1#隧道總長為1532m，隧道右線起訖樁號YK0+380～YK1+202，全長 822m，左線起訖樁號 ZK0+450～ZK1+160，全長 710m，左右線均為1.4%的縱坡，隧道最大埋深112m，隧道開挖斷面積超過170m2，開挖寬度和高度分別達到17m和13m。

隧道基底地質自上而下依次為：粉質粘土、粉土、細砂，地基承載力[δ]=100～120kPa，設計為高壓旋噴樁進行加固，加固體直徑為0.6米,樁長 6.3～7.2 米，孔位間距為 1.2 米×1.2 米，梅花狀布置。 旋噴樁采用新鮮水泥，加固后復合地基承載力應達到300kPa以上。

2.2 施工組織

根據隧道的具體設計和特點進行實施性施工組織設計，施工通風采用長管路壓入式通風，運輸采用無軌運輸，根據隧道總工期的要求，合理安排，制定有效的措施，以達到質量、安全、工期、環保目標。

施工作業按4條主作業線、3條輔助作業線布置。4條主作業線即開挖作業線、裝渣運輸作業線、噴錨支護作業線、襯砌作業線；3條輔助作業線為通風降塵作業線、注漿作業線、排水作業線。

2.3 旋噴樁加固機理

所謂高壓旋噴樁，就是利用鉆機把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆至土層的預定位置后，以高壓設備使水泥漿液以高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，當能量大、速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒從土體剝離下來，除部分土粒隨水泥漿冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與水泥漿攪拌混合并按一定的漿土比例和質量大小有規律的重新排列。水泥漿凝固后在土中形成一個固結體，從而使地基得到加固。

旋噴時噴嘴以20MPa左右的壓力噴射，同時以一定速度（20～22r/min）旋轉和（15～30cm/min）徐徐提升，形成圓柱狀固結體提高地基的抗剪強度及改善土的變形性質。使其在上部結構荷載直接作用下，不會產生破壞或較大變形；并可形成封閉的帷幕。

3 施工技術方案及質量控制措施

3.1 施工方案選擇

3.1.1 方案選擇

高壓旋噴樁注漿法分為單管法、二重管法、三重管法。從施工過程中來看，單管法施工時，是以水泥漿高速噴射沖擊破壞土體，從單管噴射高壓水泥漿為噴射流；二重管法、三重管法施工時，是以水泥漿、水或壓縮空氣等介質高速噴射沖擊破壞土體，形成噴射流。隧道地基為軟弱沙質黃土層，如在施工過程中排水量較大時，對軟弱土層的物理力學性質起到軟化和泥化的不良作用。因此在傅家窯1#隧道基底加固采用單管法進行地基加固處理。

3.1.2 機具人員配置

機具：MJG-50型錨桿鉆機2臺，GPB-90型高壓注漿泵2臺，WJG-80型制漿機4臺，一千升漿桶1個。

人員：施工負責人1名、技術員1名、機長2名、電工及灌漿工等技術工人8名。

3.1.3 施工參數確定

1）施工技術參數

2）漿液用量計算公式：Q=Hq(1+α)/V

式中：Q為漿液用量（m3）

V為提升速度（m/min）

H為旋噴樁長度（m）

q為單位時間壓漿量（m3/min）

α 為損失系數，一般為 0.1～0.2。

3）施工配合比：水、水泥、速凝劑、膨脹劑摻入比例為：1：1：0.1：0.01。

3.2 施工工藝

3.2.1 施工準備

在隧道基底根據設計圖紙進行測量放樣，釘木樁標出每個旋噴樁的位置。在定孔位時，一定嚴格按照設計放樣定孔位，其誤差不大于2cm，并用木樁固定。在高噴灌漿軸線拐彎處應設固定樁，同時在施工軸線5～10m范圍設控制樁。

3.2.2 鉆機就位

把鉆機移至鉆孔位置，對準孔位用水平尺掌握機臺水平，立軸垂直、墊牢機架、鉆機的垂直度度偏差不不大于1%～%1.5，經技術人員驗測合格后方可開鉆。如發現鉆機傾斜，則停機找平后再開鉆。就位后，首先進行低壓（0.5MPa）射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

3.2.3 鉆機成孔

鉆進過程中，提升速度20cm/min，轉速20r/min，鉆孔位置與設計位置允許偏差不得大于50mm。遇到異常情況及時查明原因，采取相應措施，對地層變化、顆粒大小、硬度等要詳細記錄，鉆孔結束后，由技術人員進行質量檢查，合格后方可移位進行下一個孔的鉆進。

為保證施工現場干燥，在鉆孔施工前，根據旋噴樁的軸線，開挖一條深0.2米，寬約1米的泥漿槽，防止泥漿或廢漿液到處溢流。

3.2.4 插管噴射

將噴射臺車移至成孔處，先在地面進行漿、氣試噴，檢查各項工藝參數符合設計要求后將噴射管下至設計深度。插管過程中為防止泥沙堵塞噴嘴，采用邊射水、邊插管，水壓力不超過1MPa。壓力過大時發生過孔壁射塌現象。

經現場質檢人員檢查認可后方可進行高噴灌漿施工，噴射過程中如遇特殊情況，如漿壓過高或噴嘴堵塞等，應將噴射管提出地面進行處理，處理好后再進行施工。

根據我國冷鮮肉行業標準，要求可食用冷鮮肉菌落總數≤1×106(CFU/g)。從表2中可知，樣品的初始菌落數為0.006×104(CFU/g)。羊肉貯藏過程中，各處理組菌落總數均隨時間的延長而上升。

3.2.5 噴漿材料

采用P.S.A32.5普通硅酸鹽水泥拌制，水泥應為新鮮無結塊，通過0.08mm方孔篩的篩余量為≤5%，每批次進場水泥必須有生產廠家產品合格證，并根據有關規定進行抽查檢驗。制漿用水必須保證清潔無污染，符合拌制水工砼的要求。

3.2.6 制漿

按設計配合比進行漿液攪制，在制漿過程中應隨時測量漿液比重，每孔高噴灌漿結束后要統計該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機攪制，拌制漿液必須連續均勻，攪拌時間不小于30S，一次攪拌使用時間亦控制在4h以內。

3.2.7 噴射提升

當噴射管下至設計深度，開始送入符合要求的漿、氣，待注入漿液冒出孔口時，按設計的提升方式及速度自下而上提升，直至提升到設計的終噴高程。

噴射過程中，值班技術人員應隨時檢查各環節的運行情況，并根據具體情況采取下列措施：

2）噴射因故障中斷，應酌情處理：

（1）因機械故障，要盡力縮短中斷時間，及早恢復灌漿；

（2）如中斷時間超過1小時，要采取補救措施；

（3）恢復噴射時，噴射管要多下0.3m，保證凝結體的連續性。

3.2.8 回灌

噴射結束后，隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直到漿面不再下沉為止，保證高噴防滲墻固結后墻頂標高，回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

3.2.9 記錄

現場技術人員應時刻注意檢查水泥漿初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉提升隨度等參數，與設計要求進行比照，隨時做好記錄，并繪制作業過程曲線。

噴射施工完畢后，把注漿管等機具設備沖洗干凈，采用水泥漿換成水，在仰拱面上噴射，清除泥漿泵、注漿管內、軟管內殘存水泥漿。

3.2.10 工藝流程圖

圖1 旋噴樁施工流程圖

3.3 施工質量控制措施

3.3.1 鉆機就位時機座平穩，立軸或轉盤與孔位對正，傾角與設計誤差不大于0.5°。

3.3.2 噴射注漿前，先檢查高壓設備管路系統，設備的壓力和排量滿足設計要求，管路系統密封圈良好，各通道和噴嘴無雜物；噴射注漿時，注意開動注漿泵，待估算水泥漿的前鋒流出噴頭后，開始提升注漿管，噴射注漿的孔段與前段搭接0.1m，防止固結體脫節；噴射注漿作業后，由于水泥漿析水會出現收縮固結體頂面出現凹穴，所以及時用水泥漿進行補灌，防止鉆孔排出的泥漿雜物流入。

3.3.3 在相鄰兩個孔間開挖排漿溝，形成樁與樁之間的系梁，以提高復核地基總體的承載力。

3.3.4 冒漿處理：在旋噴處理中，有一定數量的土粒，隨著一部分水泥漿沿著注漿管管壁冒出地面。通過現場試驗員觀察，及時了解土層狀況，噴射的大致效果和噴射參數的合理性等。冒漿量小于注漿量的20%者為正常現象，超過20%或完全不冒漿，技術查明原因，并采取如下措施：

1）若基底黃土空隙過大引起不冒漿，采用在水泥漿中添加速凝劑，縮短固結時間，使水泥漿在一定土層范圍內凝固另外在空隙地段增加注漿量，填充完空隙后在繼續正常施工。

2）冒漿量過大時，一般為有效噴射范圍與水泥漿不相適應，注漿量超過旋噴固結所需的漿量造成的。減少的方法根據現場的實際情況采取提高噴射壓力、適當縮小噴嘴直徑、控制固結體形狀。

3.4 質量檢驗

本工程旋噴樁施工完成后采用室內試驗及荷載試驗兩種方法進行質量檢驗。

室內試驗：共制作3組標準試件進行無側限抗壓強度試驗，強度大于設計的2.5MPa為滿足要求。

荷載試驗：有平板靜荷試驗和載荷板試驗兩種，本工程采用靜荷載試驗，試驗結果為單樁承載力300~320kPa，大于設計值300kPa。樁間土的承載力為155～170kPa，大于設計值150MPa，滿足設計要求。

4 結束語

該黃土隧道基底經過旋噴樁加固后，隧道仰拱及二次襯砌進行施工作業以及來往行車期間，已施工區段的仰拱和二次襯砌未發生明顯沉降，保證了隧道施工安全，軟土地基加固取得較好的施工效果，為類同項目提供了借鑒。