鋼管樁法在大塘隧道底板軟基處理的應用

馬乃富

(廣西金龍高速公路有限公司，廣西 柳州 545200)

0 引言

近年來，隧道軟基承載力不足而引起的工程事故時有發生，當隧道底板遇到溶巖，特別是成層溶洞發育且不易清除時，采用何種處理方法才能保證隧道底板的施工質量，是現階段隧道軟基處理中的重要問題。本文通過不同施工方案進行比選，最終采用了鋼管樁法施工方案，用以防止隧道整體下沉，并就鋼管樁的具體方案、施工工序及注意事項做了闡述。

1 項目概況

大塘隧道為分離式中隧道，隧道走向約為208°，左線970 m，右線960 m；隧道區屬巖溶叢洼地貌，山體斜坡上陡下緩，大部分基巖出露，進出洞口前為谷地；地層主要是石炭系中統黃龍組灰巖，位于甲伴嶺區域性大斷層影響帶內，山體巖層呈單斜構造，巖層產狀變化較大。左右洞貫通后，在施工過程中發現左洞JK139+495～JK139+555段溶巖極為發育，且JK139+525～JK139+545段初襯因溶巖發育影響而發生下沉。

2 項目地質勘察及安全評價

為了查明隧道底板基巖隱伏巖溶的分布情況，為隧道底板安全評價提供工程地質依據，在隧道左洞JK139+495～JK139+555段開展了以鉆探為主，調查為輔的地質勘察工作。本次勘察沿JK139+510～JK139+554洞中軸線左側2.5 m、右側2.5 m各布鉆孔5個，共10孔，共進尺282.2 m，其中溶洞107.4 m，中風化巖174.8 m；10個鉆孔均遇到溶洞，遇洞率100%，線巖溶率為3.0%～59%，施工所遇溶洞底板埋深1.0～6.6 m，施工開挖遇到溶洞做了回填處理，填充物主要為軟塑～可塑狀黏土混碎石；底板以下鉆探所露溶洞垂直高0.5～13.1 m，洞內多填充可塑～軟塑狀黏土，較為松軟，未充分固結。除本勘察段外，施工所遇到的溶洞以中小溶洞為主，部分溶洞出現涌沙涌水現象，隧址區內巖溶往往由地表的縱深裂隙、落水洞或溶洞等向下延伸至隧道附近時逐漸擴大為溶洞，通過開挖過程中隧道涌水情況來看，各溶洞多與地表溶蝕裂隙連通，雨季地表水多沿裂隙下滲匯集至溶洞內形成溶洞水，水流匯集和消散的時間均較長，水量隨降雨變化較大，但總體水量不大。

勘察段巖溶形態以溶洞、溶蝕裂隙為主，其中溶蝕裂隙、溶洞較發育，特別是溶洞強烈發育，溶洞空間形態多呈漏斗狀，巖體較破碎～較完成，裂隙填充物以鐵質氧化物方解石脈為主。鉆孔揭露地下巖溶底板埋深最大為29.8 m，填充物主要為可塑～軟塑狀黏土。勘察范圍內所揭露溶洞及地下溶洞危及隧道底板的安全，應采取措施對隧道底板進行加固處理。

3 項目施工方案的確定

通過對項目地質的勘察分析可知本項目有巖溶規模較大，且形態復雜多變，空間分布各異，處理難度大等特點，通過對鋼管樁、樁基梁板、高壓旋噴+筏板基礎等方案進行比選，對不同施工方法的對比，認為鋼管樁施工方案更適合本項目的施工。鋼管樁施工方法具有承載能力大、規格多、樁長易調整，浪費少、對周邊影響少、施工速度快、質量有保證以及不易腐蝕等優點。承載力大主要是由于其具有極強的抗壓、抗拉、抗剪強度，在基礎持力層軟弱的前提下也可以發揮其受力特性，提高單樁承載力，減少樁的使用數量。目前常用的鋼管樁直徑多達幾十種規格，可根據地質條件和受力情況的不同，選擇使用一種或幾種不同規格的鋼管樁，充分利用其強度，可焊接或截斷，減少浪費，降低成本。鋼管樁施工過程中大多采用敞口式，在壓樁過程中土體可以進入樁身，進而形成土塞效應，降低表土隆起，減小擾動。鋼管樁每節采用焊接連接，焊后可迅速進行壓樁，施工方便，間歇時間短，強度高，對堅硬土層也可以輕易穿透，減少人工處理的情況。鋼管樁施工所采用的鋼管通常是由廠家制作完成運至施工現場進行焊接，焊接質量易控制，施工操作簡單且其剛性較大，不易彎曲。鋼管樁埋置于基礎之下，不與外界自然環境接觸，且其內壁處于封閉狀態，可不考慮其腐蝕度，對于外側與地下水接觸位置，可通過涂防腐層的做法減少其腐蝕程度。

4 鋼管樁施工流程及工藝

大塘隧道施工分8個區(如圖1)，本文以①區為例詳細敘述鋼管樁施工流程及工藝。

圖1 施工分區示意圖

4.1 施工流程

根據鋼管樁的組合形式，其設計施工流程為：做墊層→鉆孔→清孔→吊放鋼花管→二次清孔→注漿→成樁→清理管內泥漿→28 d 養護→靜載實驗。

4.2 施工工藝

考慮到防止隧道整體下沉，隧道中軸線附近受力相對較小，主要受力范圍集中在拱腳附近范圍的特點，依據JK139+495～JK139+555溶洞段地質縱斷面圖、柱狀圖及工地實際，具體處理方案為：

鋼管樁分為A型與B型，A型有效直徑≥15 cm，內置φ89×5 mm鋼花管；B型有效直徑≥10 cm，內置φ42×4 mm鋼花管(見圖2)。鋼花管應嵌入樁頂墊臺30 cm，其中A型樁樁端應入完整基巖0.5 m，樁底完整基巖≥5 m，B型樁樁端應入完整基巖0.5 m(見圖3)。采用靜載試驗對鋼管樁進行承載試驗，試驗樁數不少于總樁數的0.2%，其中A型樁單樁承載力≥478 kN，B型樁≥192 kN，復合地基承載力≥350 kPa。

(1)墊層。初期支護拱腳采用Ⅰ18工字鋼縱梁連接，工字鋼底部采用240 mm×10 mm鋼板連接。工字鋼布置于初支型鋼及鋼板中心區，初支型鋼及鋼板與鋼縱梁的連接采用雙側角焊縫焊接，焊縫尺寸為8 mm。澆注墊臺時，工字鋼縱梁澆入墊臺中。

(2)鉆孔。從現場臨時仰拱標高處鉆孔，鉆孔應根據布控平面與現有地面的鉆孔關系進行放樣鉆孔。A型有效直徑≥15 cm，B型有效直徑≥10 cm。施工時采用隔樁施作等方式，減少施工對已施作鋼管樁的影響。鋼花管處理區外的淺層黏土以M7.5漿砌片石換填，換填區采用風鉆、潛孔鉆進行鉆孔，驗證底部基巖厚度，鉆孔間距≤1.5 m×2 m(縱向×橫向)，遇到特殊情況，及時報告相關單位。待第一批鉆孔完成并鋼管樁安裝注漿后，再施工剩下的鋼管樁。鉆孔達到要求后，高壓清孔，最后進行放管(見圖4)。

圖2 A、B型斷面示意圖

(a)A型管側面

(b)B型管側面

圖4 布孔平面示意圖

(3)放鋼花管。鋼花管長度應達到臨時仰拱標高之上，在鋼花管外徑外側投放細石骨料，粒徑為5～15 mm，填灌前用水沖洗，填灌體積不小于計算體積的0.9倍，從鋼花管進行壓漿。鋼花管注漿孔直徑為8 mm，間距30 cm，梅花型布置，樁頭做成圓錐型，圓錐長度為20 cm，樁尾50 cm范圍內不必開孔(見圖5)。

圖5 鋼花管開孔示意圖

(4)注漿。注漿時應控制注漿壓力，使漿液均勻上冒，直至泛出樁頭，注漿起始壓力≥1 MPa，終壓為2～2.5 MPa，注漿材料采用MC-20超細水泥漿及M30水泥砂漿，超細水泥漿水灰比為1∶0.5，水泥砂漿灰漿比為1∶0.1，水灰比為1∶0.5，加入0.25%的減水劑，施工時先采用MC20超細水泥進行注漿加固樁周巖土，超細水泥漿應有良好的和易性，注漿擴散半徑≥0.5 m，然后注入M30水泥砂漿填充鋼花管及碎石，實際注漿參數以現場試驗為準。注意施工前進行漿液室內配合比試驗以及施工工藝試驗，試樁數量應根據試樁效果增減，并根據試樁結果確定注漿壓力、水灰比、漿液配合比等各項參數。

(5)養護。施工完成并達到一定強度后，清除二襯仰拱標高最低點下80 cm厚，切割鋼花管樁頭至設計平面。接著在底層鋪設30 cm的級配良好的碎石，碎石直徑≤3 cm。鋪設墊層后，澆注C30混凝土墊臺，墊臺內設置2層φ16 mm鋼筋網，間距25 cm×25 cm，凈保護層5 cm。

4.3 注意事項

(1)施工中應對檢測數據進行分析，并上報相關責任方。

(2)施工中發現拱腳有較大收斂，應在未施工區施加上層臨時橫撐，必要時在施工區施加上層臨時橫撐。

(3)未施工區嚴禁拆除已施加的臨時仰拱。

(4)施工過程中，應對施工角度、樁位位置等進行復查。

(5)應對樁的均勻性、樁身強度、單樁承載力及復合地基承載力等進行檢驗并對樁間土取芯，檢查漿液擴散半徑。施工過程及檢驗應符合《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2012)、《既有建筑地基基礎加固技術規范》(JTJ123-2012)、《建筑地基基礎設計規范》(JB50007-2011)等相關規范的要求。

(6)每5 m布置一個監測斷面。

(7)對于鉆孔深度與地質縱斷面及柱狀圖差別較大的，應向下鉆至完整基巖5 m深，并做好記錄，及時告知相關責任方。

(8)造孔過程中，若出現塌孔，則應調整施工方法，采用跟管鉆進工藝。

5 結語

綜上所述，本文結合大塘隧道工程實例，對隧道板底軟基處理方法的選用、施工工藝以及施工注意事項進行分析。該隧道試運營已超半年，通過現場觀察情況看，隧道整體穩定，沒有沉降、錯臺、路面損壞或結構破壞等病害的發生，由此可見鋼管樁法在隧道板底軟基處理的應用是可行的。