茂縣隧道進(jìn)口仰拱鋼管樁施工工藝

張學(xué)奎

摘 要：根據(jù)設(shè)計(jì)文件和規(guī)范的相關(guān)要求，我單位于2014年11月25日～12月1日在D8K125+250～D8K125+259段茂縣隧道進(jìn)口隧底進(jìn)行了鋼管樁工藝性試驗(yàn)，驗(yàn)證了鋼管樁錨固段的設(shè)計(jì)指標(biāo)，確定了施工工藝及參數(shù)，具備鋼管樁大規(guī)模施工條件，對今后類似地質(zhì)條件段鋼管柱施工具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：大跨；鋼管樁；加固；注漿

中圖分類號：U457.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0092-03

1 工程概況

1.1 鋼管樁設(shè)計(jì)概況

茂縣隧道進(jìn)口D8K125+250～D8K126+003長753m為三線大跨段，隧道最大開挖尺寸22.07m×14.24m（寬×高），最大開挖斷面積為255.4m2，茂縣隧道進(jìn)口D8K125+250～D8K125+410基底地層主要為第四紀(jì)沖積、洪積卵石土，空隙率約為15%，地基承載力為120-160Kpa，承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)驗(yàn)算值，需要加固補(bǔ)強(qiáng)，設(shè)計(jì)院給出的加固方案是：采用￠76鋼管樁，間距1m*1m，長度6m，注漿采用水泥漿，水灰比為1：1，注漿壓力：1.5～2.0Mpa。

其中：Ⅴ級圍巖680m、Ⅳ級圍巖73m。設(shè)計(jì)采用加強(qiáng)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，按“D段V級圍巖復(fù)合抗震襯砌”支護(hù)。

1.1.1 鋼管樁加固參數(shù)

（1）采用Φ76mm熱軋無縫鋼管，壁厚6mm，管身鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15～20cm，交錯(cuò)布置，鋼管上端100cm范圍不鉆注漿孔作為止?jié){段，底端加工成錐形。鋼管需要連接時(shí)采用螺紋套管連接。

（2）注漿采用水泥漿液，漿液水灰比1：1，水泥采用強(qiáng)度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，注漿壓力1.5～2.0MPa。

1.1.2 鋼管樁注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）注漿壓力逐步升高，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（2.0MPa）并繼續(xù)注漿10min以上。

（2）注漿量與設(shè)計(jì)注漿量大致接近，注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量一般在20～30L/min以下。

1.1.3 鋼管樁注漿效果檢查

鋼管樁注漿后要進(jìn)行注漿效果檢查和評定，不合格者應(yīng)補(bǔ)充鉆孔注漿，檢查要求如下：

（1）對注漿過程中的各種記錄資料綜合分析，檢查注漿壓力和注漿量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）施工前須進(jìn)行試樁試驗(yàn)，試樁數(shù)不小于3根，根據(jù)試樁情況調(diào)整施工工藝和有關(guān)技術(shù)參數(shù)，如注漿壓力、漿液配比、注漿方式等。

（3）施工中，應(yīng)對施工用水及廢漿液進(jìn)行集中引排，防止侵泡土體。

1.2 地質(zhì)情況

D8K125+250～D8K125+410正線進(jìn)口淺埋段隧底的設(shè)計(jì)地質(zhì)情況為卵石土層。

1.3 設(shè)計(jì)試驗(yàn)鋼管樁要求

鋼管樁施工前應(yīng)選擇相同的地層進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，試驗(yàn)樁數(shù)不小于3孔，以驗(yàn)證加固段的設(shè)計(jì)指標(biāo)，確定施工工藝及參數(shù)。每1～15m設(shè)一檢查孔，總檢查孔數(shù)不小于3個(gè)，檢查孔應(yīng)取芯，檢查漿液充填情況，每鉆芯取樣1組3個(gè)試件，做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，要求芯樣平均抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa，鉆孔取芯率不小于60%。

2 試驗(yàn)鋼管樁位置選擇

2.1 試驗(yàn)鋼管位置選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)文件結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況，試驗(yàn)孔設(shè)在D8K125+253～D8K125+259.5仰拱基底，試驗(yàn)鋼管樁采用Φ76無縫鋼花管，共4根，滿足設(shè)計(jì)試驗(yàn)孔數(shù)為不少于3孔的要求。

2.2 鋼管樁試驗(yàn)孔布置圖

鋼管樁試驗(yàn)孔位置如下圖1圖2所示。

3 工藝試驗(yàn)?zāi)康?/p>

3.1 試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)情況是否滿足要求

驗(yàn)證在地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)相符時(shí)，鋼管樁的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是否滿足要求。

3.2 確定鋼管樁施工工藝及參數(shù)

確定施工配合比；確定注漿壓力、持續(xù)時(shí)間、注漿量等；確定施工工藝是否適合現(xiàn)場施工等。

4 原材料選擇、人員及設(shè)備配置

4.1 原材料選擇

（1）鋼管樁采用Φ76無縫鋼花管，長度按設(shè)計(jì)長度4米，共4根；鋼花管試驗(yàn)報(bào)告編號：CLZQ-07-SQJO-MF-201401128-2；

（2）水泥采用北川四星的P·042.5水泥，試驗(yàn)報(bào)告編號：

CLZQ-07-SQJ0-SN-201401128-1；

（3）水為飲用水，試驗(yàn)報(bào)告編號：BG-2014-SYJ-013；

（4）水泥凈漿配合比為， 水泥：水=1：1，報(bào)告編號：

CLZQ-07-SQJ0-PL-20141128-11。

4.2 人員及設(shè)備配置

①現(xiàn)場管理人員1名，現(xiàn)場技術(shù)人員1名，試驗(yàn)人員1名，機(jī)械操作人員4名，配合工人4名。

②采用ZSL-70型潛孔鉆機(jī)鉆孔，注漿采用GZJB雙液注漿機(jī)注漿。

5 施工工藝試驗(yàn)結(jié)果

5.1 工藝流程

按“確定孔位→鉆機(jī)就位→調(diào)整角度→鉆進(jìn)、成孔、清孔→鋼管制作、驗(yàn)收、下管→注漿”的工藝流程施工。

5.2 鉆孔工藝

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，測放孔位并用紅油漆和樁做好標(biāo)記，準(zhǔn)確安裝固定鉆機(jī)，并嚴(yán)格認(rèn)真進(jìn)行機(jī)位調(diào)整，確保鋼管樁孔開鉆就位縱橫誤差不得超過±50 mm，高程誤差不得超過±100 mm，鉆孔傾角和方向符合設(shè)計(jì)要求，傾角允許誤差位±1.0°，方位允許誤差±1.0°。鉆機(jī)安裝要求穩(wěn)固，施鉆過程中應(yīng)隨時(shí)檢查，現(xiàn)場鉆孔如下圖3。

（2）鉆孔過程中填寫《鋼管樁鉆孔施工記錄表》如下圖4。

（3）用鋼尺量測孔外露出的鋼管長度，計(jì)算孔內(nèi)鋼管長度（誤差控制在±50 mm范圍內(nèi)），確保錨固長度。在三根樁之間取出完整的芯樣，經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)確認(rèn)后，及時(shí)存放好，運(yùn)輸過程中防止破壞。

5.3 注漿工藝

注漿材料選用1：1的水泥漿，水泥采用強(qiáng)度等級為P·042.5的普通硅酸鹽水泥。鋼管樁孔注漿采用孔底注漿法注漿，灌注前采用高壓風(fēng)清孔，排出孔內(nèi)雜物，然后將注漿管插入距孔底400mm處，漿液自下而上連續(xù)灌注，隨著漿液的灌進(jìn)，慢慢拔出注漿管，注漿壓力1.5～2.0MPa，中途不得停漿，待孔口不再排氣且孔口漿液溢出濃漿，關(guān)閉排氣閥，注漿壓力逐步升高，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（2.0MPa）并繼續(xù)注漿10min以上作為注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。如一次注不滿或注漿后產(chǎn)生沉降，要補(bǔ)充注漿，直至注滿為止。注漿量不得少于設(shè)計(jì)量。

注漿結(jié)束后，將注漿管、注漿機(jī)和注漿套管清洗干凈。在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，嚴(yán)禁敲擊、搖動鋼管。

理論注漿量計(jì)算：

V={β×〔πr2-π（D1/2）2〕+π（D2/2）2}×L

β為孔隙率，卵石土取15%

r為漿液擴(kuò)散半徑，取0.5

D1為鋼管樁外徑，76mm

D2為鋼管樁內(nèi)徑，64mm

L為加固深度，5m，初支前為6m

經(jīng)計(jì)算：V=0.58m3

如考慮10%的漿液損耗，單孔理論漿液消耗為0.64m3

試樁結(jié)果：60%以上的孔位終壓能夠達(dá)到1.5Mpa，單孔平均注漿量約為0.13m3，左側(cè)導(dǎo)坑40根樁消耗水泥80袋，折合水泥漿量約為5.3m3。

6 鋼管樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果

6.1 凈漿試塊7天抗壓強(qiáng)度結(jié)果

2014年12月1日，水泥漿試件7天抗壓強(qiáng)度15.2MPa，強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的100%，先進(jìn)行7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

6.2 7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果

2014年12月1日，根據(jù)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，在監(jiān)理工程師現(xiàn)場見證下，由中鐵十七局成蘭鐵路工程指揮部中心試驗(yàn)室檢測，試件的抗壓強(qiáng)度見報(bào)告編號為：CLZQ-07-SQJ0-JY-20141128-1、CLZQ-07-SQJ0-JY-20141128-2、CLZQ-07-SQJ0-JY-20141128-3、CLZQ-07-SQJ0-JY-20141128-4（試驗(yàn)報(bào)告4份）；強(qiáng)度分別為：0.5MPa； 0.6MPa；0.5MPa；0.6MPa等。結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)芯樣平均抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa；監(jiān)理工程師現(xiàn)場見證，鉆孔取芯率不小于60%的要求。

7 最終確定的試驗(yàn)參數(shù)

7.1 試驗(yàn)參數(shù)最終確定結(jié)果

（1）鋼管長度按設(shè)計(jì)長度施工，采用Φ76無縫鋼花管；

（2）水泥漿：水灰比為1：1；

（3）采用ZSL-70型鉆神潛孔鉆機(jī)鉆孔，注漿采用GZJB雙液注漿機(jī)注漿；

（4）注漿壓力1.5～2.0MPa，達(dá)到2MPa，持續(xù)壓力10min以上。

7.2 施工工藝最終確定結(jié)果

施工工藝：按“確定孔位→鉆機(jī)就位→調(diào)整角度→鉆進(jìn)、成孔、清孔→鋼管制作、驗(yàn)收、下管→注漿”的工藝流程施工。

8 工藝優(yōu)化

針對試樁過程中存在以上問題，我們進(jìn)行了工藝優(yōu)化。

（1）技術(shù)員首先進(jìn)行整體布控，逐個(gè)標(biāo)記，保證孔位準(zhǔn)確，孔位布置如圖5。

（2）技術(shù)員通過現(xiàn)場做實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確掌握封孔錨固劑的初凝和終凝時(shí)間，再漿錨固劑拌合成軟塑狀態(tài)，逐個(gè)封孔，待終凝后再進(jìn)行注漿。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，本批奧鑫AX-3錨固劑的終凝時(shí)間為30-40min，即注漿時(shí)間至少在封孔40min后進(jìn)行。

（3）采用鉆一個(gè)孔封一個(gè)孔，然后再注漿避免了竄孔，減少了漿液浪費(fèi)。另外按照水泥漿：水玻璃=1：0.2的比例加入水玻璃，每盤加入20Kg水玻璃，凝結(jié)時(shí)間為60S，加快漿液凝結(jié)，減少了漿液浪費(fèi)。

（4）在進(jìn)漿孔加設(shè)注漿管，漿液直接進(jìn)入樁底，置換出泥漿，改善注漿的效果，注漿過程如圖6。

工藝優(yōu)化后，右側(cè)導(dǎo)坑90%以上的孔位終壓能夠達(dá)到1.5Mpa，單孔注漿量大約為0.08m3，46根樁消耗水泥61袋，折合成水泥漿約為4m3。減少了水泥漿的浪費(fèi)，同時(shí)提高了合格率。

9 結(jié)語

注漿作為施工變更點(diǎn)，和效益關(guān)鍵點(diǎn)，為此注漿施工工藝值得我們施工技術(shù)人員更加深入的研究，總結(jié)出有利于質(zhì)量，有利于進(jìn)度，有利于成本的施工工藝，為今后的注漿施工創(chuàng)效益。

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