膨脹土和高填方段注漿鋼管樁施工工藝

賈晉龍

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 101116）

0 引言

南水北調中線工程淅川2標段位于河南省淅川縣，渠段起點樁號為K8+400，終點樁號為K14+000，總長5.6km。根據項目規劃書的安排，該標段主要包括明渠和建筑物兩部分，其中明渠長度為5.6km，建筑物主要包括1座左岸排水建筑物，1座渠系交叉建筑物，6座跨渠橋梁。在施工前，由地質勘探小組負責地質情況的調查，根據地質報告，可以確定在該標段K13+605～K13+706渠段左岸二級馬道以上為強膨脹土段，并且高填方段范圍較大，為了提升膨脹土段和高填方段的穩定性與安全性，經過充分研究和討論，決定采用注漿鋼管樁對渠坡進行加固。

1 鋼管樁的特點

鋼管樁常作為摩擦樁、支承樁等在建筑工程中使用，若選擇鋼管樁作為支承樁，不僅能夠打入較深的支承層，還能有效提升整個支承面的承載力，提升建筑工程的整體質量。相較于其他類型的鋼樁，鋼管樁在承載力、延伸性以及結合性等諸多方面都有明顯的優勢：

（1）單樁承載能力高。鋼管樁所采用的鋼材強度大，因而鋼管樁的承載力也較高。

（2）耐沖擊性能好。根據相關實例顯示，鋼管樁能夠打入質地較為堅硬的支承層，貫入和穿透性能較強，厚度超過30m 的深厚軟弱地基，鋼管樁也能順利沉入，到達設計的支撐層，并穩定發揮支撐效果[1]。

（3）設計靈活。鋼管樁的設計原理是一致的，但是設計人員可以根據具體地基工程的情況靈活調整鋼管樁的參數設置，以確保每根鋼管樁的樁徑、壁厚符合設計要求。

（4）抗橫向力和抗彎能力強。這是由鋼管樁受到水平方向的阻力和斷面剛度而決定的，并且設計人員可根據工程的實際情況適當增大鋼管樁的樁徑和壁厚來提高樁基的抗橫向力和抗彎能力，使鋼管樁能夠承受更大的水平力。

（5）可靈活調整鋼管樁的樁長。為了適應不同的施工要求，滿足起伏不平的支撐層的設計要求，施工人員可以根據施工方案調整鋼管樁的長度，最常用的調整方法為焊接增長和氣割切短。

（6）結合性強。為了提升結構的穩定性，保證上下結構共同工作，經常需要將鋼管樁與上部承臺進行連接，鋼管樁可以通過鋼筋和上部結構混凝土快速結合，以滿足工作需求。

（7）接縫穩定安全。數段鋼管樁可以進行拼接，并且接縫的安全系數高，與母材強度一致。

（8）打樁出土量小。鋼管樁打入施工對周圍地基和建筑物的干擾較小，且鋼管樁開口可以打開，沉入過程中產生的土方較少，施工安全且快速，效率較高。同時，鋼管樁適用于小面積場所的施工，且荷載能力好，適用的工程類型較為廣泛。

（9）加強周圍土體整體穩定性。注漿導管伸入孔底，通過注漿機的持續高壓作用，使土層顆粒間空隙充滿漿液，孔底土層漿液達到飽和后，漿液液面上升并通過鋼管管壁留孔擠出，在鋼管外圍土層不斷滲透使之固結，注漿完成后，再澆筑樁帽鎖住鋼管管頂，最終達到加固的目的。

（10）綜合效益高。鋼管樁施工工藝的應用不僅可以保證工程質量，同時對于縮短工期和控制工程造價也有積極的意義。

2 施工布置及臨時設施

2.1 施工便道

現場施工中，渠道開挖和渠道坡面防護完畢后，K13+605～K13+706施工渠段道路通行困難，應開展道路修整疏通作業，沿著K13+000 處坡頂進行修整，直至施工作業面。根據施工布置方案，施工便道的寬度為5m，施工平臺的寬度為7m，以十里廟棄土場為土方轉運點，采用挖機和裝載機將棄土場土方轉運到設計施工便道，素土填筑，并使用挖機和壓路機平整路面，最后結束標段內膨脹土和高填方段注漿鋼管樁施工后，再挖除素土，轉運回十里廟棄土場。

2.2 施工用電、用水

為了滿足施工的用電和用水需求，施工現場將采用2臺功率為120kW的發電機制電，供施工設備使用，施工用水采用河水和地下水。

3 施工方案及技術措施

3.1 施工準備

3.1.1 施工平臺

在K13+605～K13+706段左岸二級馬道填筑施工作業面，并且為了提升施工效率，采用就近的削坡土方作為填筑材料，挖機配合壓路機平整壓實施工平臺。在施工平臺的四周修建排水溝，加強排水工作。

3.1.2 機具和材料準備

（1）鉆機1臺，注漿泵3套，灰漿攪拌機1臺，發電機2 臺；（2）勞動保護用品；（3）防護頭罩、防塵口罩等；（4）P·O42.5R水泥、水玻璃。

3.2 漿鋼管施工要點控制

3.2.1 鋼管樁加工

（1）注漿鋼管樁規格。根據工程需要，該標段膨脹土和高填方段注漿鋼管樁采用9m長的20#結構用熱軋無縫鋼管，并且嚴格控制鋼管尺寸與質量，確保鋼管樁徑為89mm，壁厚5.5mm，質量性能符合施工要求。

（2）管壁注漿孔。采用鉆孔的方式開設注漿孔，減少開孔對鋼管管壁的破壞，注漿孔具體開設位置為鋼管距離底端1m至距離頂端1m的范圍內，每一個斷面開設一個注漿孔，直徑為4～5mm。

（3）對中架。對中架安裝在鋼管的外壁，間距為3m，成組安裝，采用直徑為10mm的一級鋼筋，鋼筋綁扎松緊適度，將對中架穩定牢固地安裝在鋼管管壁上。

（4）鋼管底蓋與底托架。在鋼管樁注漿過程中，漿液容易從一次注漿管和底部封蓋的間隙中滲流到鋼管內部，對此，應在鋼管底部焊接鐵板進行封閉，并采用膠帶封住縫隙。同時，還應注意在鋼管底部安裝底托架，底托架采用直徑為22mm的二級鋼筋制作，人工焊接成“U”形底托架。

（5）管頂密封壓蓋。采用厚度為5mm的鋼板制作圓形鋼管管頂壓蓋，壓蓋的直徑為13cm，并在壓蓋中間開一個直徑大于22mm 的鉆孔，方便22mm 的鋼管穿入。再選擇一塊厚度為3mm的硬橡膠皮加工制作成圓環，將其作為壓蓋下面的密封圈。

3.2.2 鉆孔

嚴格按照設計要求實施鉆孔，確保孔位精準[2]，孔徑為0.13m，孔深為9.2m，控制鉆孔偏差不得超出5cm的安全允許范圍，鉆孔垂直度偏差不得超出1%。

3.2.3 鋼管樁入孔

在打入鋼管時，應對鋼管進行清理[3]，除凈表面鐵銹，并采用質量良好的專用膠帶螺旋緊密纏繞在鋼管管壁上，避免一次注漿作業時漿液滲流到鋼管內部。如果在沉入鋼管過程中鋼管管壁上纏繞的膠帶出現磨損和破裂，應重新進行纏繞。如有需要可以采用補充鋼管進行搭接，增加鋼管樁樁長。

3.3 注漿施工要點控制

注漿作業共分兩步完成，即一次常壓注漿和二次劈裂注漿。

3.3.1 一次常壓注漿

（1）洗孔。鋼管樁沉入支撐層后，可通過注漿管先注入適量清水，清洗鉆孔內部的殘渣，并將其排出。

（2）注入水泥漿。嚴格按照實驗室確定的目標配比方案制備漿液，漿液水灰比為0.5。從孔底向上灌注水泥漿液，直至孔口流出的漿液為純水泥漿時，結束一次注漿作業。值得注意的是，一次注漿壓力應保持在0.3MPa以下。

（3）封孔。封孔的根本目的是避免二次劈裂注漿時水泥漿液從鋼管管壁和孔壁縫隙流出，以保證注漿效果。在進行封孔前，先將鋼管外圍0.5m左右深的土層清除，清理半徑比管徑大15～20cm，接著采用準備好的水泥袋或者棉紗沿著鋼管向孔口方向進行封閉，直至填塞到孔口以下2m 的范圍，施工人員使用鋼釬將水泥或棉紗振搗緊密。最后制備水玻璃溶液和水泥漿液，水玻璃溶液中水玻璃∶水=1.0∶0.5，水泥漿液的水灰比為0.45∶1，繼而將水玻璃溶液和水泥漿液按1～0.5:0.6的比例制備為水泥-水玻璃雙漿液，倒入攪拌容器充分攪拌后，灌注到距離孔口1.5m 的位置，嚴格按照施工規范進行作業，混合漿液凝固后再采用水泥漿液進行封孔。

3.3.2 二次分段劈裂注漿

（1）一次注漿作業結束后做好養生管理工作，養生時間不得低于12h，12h后對一次注漿進行質量驗收，驗收合格后即可開始二次劈裂注漿作業，實驗室規定的二次劈裂注漿作業的水泥漿的水灰比為0.7～0.8∶1。

（2）劈裂注漿管制作。二次劈裂注漿作業需要用到專門的注漿管，因而根據出漿長度選擇長度適中的鍍鋅鋼管，并且保證鍍鋅鋼管的管壁厚度為2～2.5mm，管徑為22mm。若使用管接頭連接，應在管身最下面一節鋼管距離管頭0.5m的位置布設第一個注漿孔，注漿孔的孔徑為5mm，布設形式為梅花形。

（3）注意觀察、記錄注漿量和孔口壓力表壓力變化，當出現如下情況中之一時即停止注漿：①孔口周圍或邊坡地表出現冒漿；②注漿壓力持續過大，注漿量不增加或增加很少；③注漿時間超過45min（漿液初凝）；④孔口密封沖開。

（4）為了保證注漿效果，鋼管樁采用間隔分段注漿的方式，間距不得低于10m，完成上一段鋼管的劈裂注漿后即可提升注漿管，開始下一段劈裂注漿作業。

（5）完成注漿作業后，施工人員及時接入清水，清洗注漿泵與注漿管，以免水泥漿液凝固，影響注漿泵和注漿管的后續使用。

3.3.3 施工現場恢復

完成膨脹土和高填方段的注漿鋼管樁施工作業后，挖機再次入場，挖除施工作業面，并由自卸車將廢棄土方轉運到十里廟棄土場，修補因鉆孔作業而破壞的渠道坡面，并恢復施工現場。

4 注意事項

（1）在正式制備水泥漿液和開展注漿作業時，施工人員應對入場的施工材料進行規格和質量檢查，確保其與施工要求一致。遵照實驗室目標配比方案制備水泥漿液，水泥要在攪拌桶里被充分攪拌，攪拌時間不得低于3min，如果因為某一施工流程出現滯后或突然遭遇異常而導致漿液攪拌時間大于30min，制備的漿液不得用于注漿，應妥善處理。施工人員要嚴格按照施工方案和有關施工規程開展鉆孔、注漿及封孔作業，并加強質量與安全管理，全過程動態跟蹤施工，重點檢查鉆孔孔徑和孔深，測量鋼管長度、厚度和管徑，控制注漿壓力，以保障施工質量。

（2）加強施工規劃，編制科學合理的施工方案，反復查驗審核施工圖紙并做好風險管理，對施工過程中可能會遭遇的問題進行模擬，制定緊急預案，進而保障工程施工安全、質量、進度等各項目標。

（3）成孔前，用水平尺校正鉆機的水平度，給正式成孔創設良好的條件。鉆進期間，進尺每達到200mm后及時測量1次鉆頭。采用Ф89鋼管作為注漿管，除頂端2m外（作為止漿段），剩余部分均每隔1200mm 鉆1 處注漿孔，以便注漿施工的順利進行，下管前先用透明膠帶封閉，以免雜物進入其中。經過加壓后，在壓力的作用下促使水泥漿沖破膠帶，以便流入孔內，有效填充周圍土體間的縫隙。水泥漿液的質量必須得到保證，通過充分地攪拌，得到均勻性較好的材料，攪拌3min后開始注漿。施工期間注重對樁長、水泥用量、水灰比各項關鍵參數的檢測，將實測結果與設計要求做對比分析，判斷是否滿足要求，若有不合理之處則及時調整。其中，樁長以測量的方法獲得，每完成10根樁的施工后及時核實水泥用量，水灰比則用比重計檢測。

（4）鋼管樁施工時，復核孔深、注漿管長度，同時加強對樁頂、樁底標高的檢測與控制。對于設置在兩端的樁體，要求其樁位偏差≤1/3樁徑，中間部分則≤1/2樁徑，還需滿足垂直度≤1/1000樁長的要求。鉆進期間加強檢查，若出現塌孔，隨即將鉆具向上提起，待其脫離孔底后向孔內輸入高濃度的膨潤土泥漿，通過此方法維持水頭壓力的合理性，以免塌孔。鉆進至設計深度后提起鉆泵，注入清水，此時檢測孔口流出泥漿中的鉆渣含量，直至其滿足要求為止。提鉆時需小心細致，避免鉆頭碰觸孔壁，并在此期間及時補入清水。

5 結束語

綜上所述，注漿鋼管樁規格多樣，優勢突出，是一種新型的深基礎處理技術，具有改善基礎地基、降低地基沉降和提升地基承載力的優點。在南水北調中線淅川段工程膨脹土和高填方段渠坡加固施工中，不僅要把控對注漿鋼管樁施工工藝的技術要點，還要重視施工注意事項。該項目的實踐證明：在膨脹土和高填方路段中應用注漿鋼管樁施工工藝能夠有效達到對土基改良加固的目標，保證支撐效果，該工藝值得大力推廣應用。