旋噴樁在重慶主排水隧道施工中的運用

重慶城建控股（集團）有限責任公司 重慶 400016

正文：

前言：旋噴加固支護的技術是利用帶有噴嘴的鉆機將注漿管鉆進至需要加固的土層位置后，用高壓設備使?jié){液或水波璃以20～70Mpa的高壓射流從噴嘴中噴射進入到噴嘴周邊土體，同時將鉆桿向上提升，漿液與土顆粒通過高壓進行攪拌混合 ，并通過物理、化學變化形成不同形狀的膠結體，以達到防滲和加固土體的目的。隧道旋噴樁預加固機理是在隧道洞頂開挖面上方，合理布置鉆孔間距，鉆井施工，鉆孔深度達到設計長度，高壓泵輸送高壓泥漿，鉆頭旋轉，同時提升，從鉆頭噴嘴，使泥漿，高速射流切割在沙子下，土壤的混合漿的射流作用下混合，最后轉化為噴射注漿缸，環(huán)之間的聯(lián)鎖相鄰氣缸，形成在開挖表面完整性更好的旋轉噴霧列，由于高壓射流在混凝土周圍具有擠壓和滲透作用，砂土、土體周圍固結的物理力學性能得到明顯改善。

1 工程概況

主城排水隧道的斷面為3.0m×3.0m，進出口段均通過沿江公路回填土層，該段沿江公路屬回填路基，回填填料級配較差 ，回填物雜亂而且松散，填筑壓實度低，地質情況極不穩(wěn)定，進出口段在近期發(fā)生多次垮塌。尤其在掘進至出口段K14+393時 ，隧道頂部突然發(fā)生大面積垮塌，隧道頂部覆蓋層全部垮空并出現(xiàn)冒頂，冒頂范圍為K14+392～K14+386。經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)φ500自來水管和φ325天然氣管道正好位于塌方區(qū)內，且由于土方段回填不密實，導致洞頂路面、及附近結構物都出現(xiàn)明顯裂紋，路面沉降值較大，隧道的垮塌已經(jīng)對隧道上部道路及構建筑物的安全造成嚴重威脅。

2 成因分析

隧道沿江邊公路正下方而建，該段公路施工時是采用的路肩墻，路基范圍內均是采用的回填方式，但是該段沿江公路回填 質量較差，回填料不符合要求，雜亂而且松散，地質情況極不穩(wěn)定，施工過程中擾動了回填土，這部份土體整體性差，基本無 自承能力，在開挖區(qū)周邊無法形成穩(wěn)定的承載環(huán)，開挖中應力釋放形成失穩(wěn)狀態(tài)，導致開挖隧道時垮塌嚴重。

3 固結支護方案

加固軟土地基主要是利用鉆機鉆至需要加固的設計地層后，采用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆頭處的特殊噴嘴，讓鉆頭邊旋轉邊提升，噴嘴將高壓噴射水泥漿液噴向四周土體，邊旋轉邊沖擊漿液與土體進行攪拉起混合，使周邊破壞的土體跟水泥漿液混合而形成柱狀的固結體。根據(jù)該段路基不同的地質情況和隧道冒項對己施工段及后期施工段的不同情況分別采用以下方案：加固K14+396～K14+393已支護段的方案：該段已經(jīng)進行了初次襯砌，根據(jù)該段發(fā)生垮塌的情況，其拱頂回填不密實，通過地面壓漿方式對頂部回填不密實區(qū)進行固結，設置注漿孔共計5個。對K14+393～K14+383垮塌加強段的固結方案：1）布置孔徑φ110，間距為@0.8m×0.8m梅花形，每排布7根，其中隧道兩側及軸線位置為旋噴樁，K14+393由于是本次垮塌起點部位，該排7根全部設為旋噴樁，其余為注漿孔；2）對兩側壁邊孔采用旋噴樁施工，形成φ500～600mm的素砼樁墻加固隧道兩側，樁長原則上為自隧道底標高以下1.5m（若遇巖石，鉆孔至巖面線起算）至頂標高以上1.0～1.5m，懸噴長度約7.5-8m；軸線位置的旋噴樁樁長為頂標高極其以上3m范圍。旋噴樁頂部以上部分空孔采用C10細石混凝土充填。 3）施工順序：先進行鉆孔作業(yè)，至旋噴樁頂位置，開始進行旋噴樁施工，最后進行空孔充填施工。對K14+383-K14+332和 K14+160-K14+210土方加固段的固結方案：除鉆孔間距變?yōu)锧0.8m×1.2m，其余均同K14+393～K14+383段。隧道上部旁邊 有一棟3層的辦公樓，在靠近辦公樓的隧道外側縱向10m范圍（共計9根）內按間距1.2m增設一排旋噴樁，樁長同側壁旋噴樁 ，樁徑φ500～600mm對其進行加固。布孔原則：按照平面圖進行鉆孔放線，如遇管線及構筑物不便施工時，現(xiàn)場作適當調整 。

4 施工方法與工藝

4.1 旋噴樁施工

1）工藝流程：鉆機就位調整鉆機角度鉆孔插管試噴高壓噴射注漿噴射結束拔管泥漿排放處理

2）技術措施：本工程采用單管旋噴注漿法施工，要點如下：因施工地質為雜填土，極易被水泡和擾動垮蹋，因此在成孔時 采用ZT-100鉆機使用硬質合金鉆頭鉆進成孔，嚴格控制冷卻循環(huán)用水水量，并低速鉆進，同時注意鉆孔的垂直度，防止偏差 過大，鉆孔位置與設計位置的偏差不得大于50mm，旋噴管的傾斜度控制在1.5%以內。漿液配制：旋噴樁采用純水泥漿，配比 為C/W=1：0.8，嚴格加水配料，控制漿液濃度，并攪拌均勻。噴射注漿技術參數(shù)：壓力20Mpa，轉速：20轉/分，提速 200～250mm/分，流量70～120L/分，注漿管外徑φ42mm。

3）旋噴施工要點：嚴格控制樁位、樁身長度及樁頂樁底位置；噴前仔細檢查高壓設備和管路系統(tǒng)，其壓力、流量是否滿足要求，注漿管及噴嘴內的雜物必須清理干凈，接頭密封良好；在插管和噴身過程中，當噴管插入預定深度后由下而上進行噴射作業(yè)，技術人員認真檢查漿液初凝時間、壓力、旋轉提升速度、注漿流量等參數(shù)是否符合設計要求，并隨時做好記錄。注意防 止噴管被堵，拆安注漿管時動作要快；噴射時嚴格保證旋轉和提升的連續(xù)性，拆卸鉆桿繼續(xù)旋噴時注意鉆桿搭接的長度最少不低于0.2m。在噴射注漿過程中，隨時觀察冒漿情況，以及土層情況，分析噴射注漿效果和噴射參數(shù)是否合理。當冒漿量超過注漿20%或完全不冒漿時應查明原因并采取相應措施，若填方段有較大空隙引起不冒漿，在漿液中摻和適量速凝劑或增大注漿量；如冒漿過大可減少注漿量或加快提升速度和回轉速度。噴射注漿作業(yè)后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度收縮，使固結體頂部出現(xiàn)凹穴，及時用水灰比為C/W=1：08的水泥漿進行補灌，同時防止其它鉆孔排除的泥土或雜物進入。

4.2 壓漿施工：壓漿采用單管頂壓式

1）施工工藝流程：鉆孔定位成孔插管安裝止?jié){塞壓漿拔管，器械清洗。

2）技術措施及施工要點：用ZT-100鉆機、硬質合金鉆頭，清水正循環(huán)、筒式鉆具成孔。施工采用小水量、低轉速成孔以防止鉆孔垮塌，施工確保鉆孔的垂直度（垂直偏差小于1.5%），嚴格控制鉆孔深度。成孔達到要求深度后，迅速插管安裝止?jié){塞進行壓漿。漿液配制：壓漿材料采用水泥+粉煤灰，水泥：粉煤灰=1：0.5，配制嚴格按配合比配料，用高速攪拌機攪拌均 勻后才能開始壓注。并在注漿過程中不停頓地緩慢攪拌，漿體在泵送前應經(jīng)過篩網(wǎng)過濾。壓漿泵為3D-5/40三缸高壓泵，壓漿 參數(shù)為流量：7～10L/S，壓力：2.5～3.0Mpa。壓漿時漿液濃度先稀后稠，定時觀測并記錄吸漿量和泵壓，并根據(jù)實際情況 及時調整壓漿和漿液濃度，當壓漿量較大時，采用間歇式注漿法和稠漿施工或在漿液中加入1～2%的速凝劑。壓漿深度：垮塌 加固段平均8.0m，其余段平均壓漿長度3m。單孔壓漿結束標準：在壓漿孔的壓漿末期，泵壓逐漸升高，當泵量小于7L/S時管 壓在2.5～3Mpa，穩(wěn)定10～15分，可結束該孔的注漿施工；當注入一定漿量，孔口壓力不小于0.5Mpa，若出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時，即可結束該孔的注漿施工。注漿完后，對于壓漿孔位以上部分空孔采用C10混凝土充填。

5 旋噴樁施工質量控制及注意事項

5.1 工藝參數(shù)確定

旋噴樁施工前，在冒頂附近選擇了一塊地質相近地塊進行試樁試驗 ，以確定適合本項目旋噴樁的工藝參數(shù)。

5.2 漿液過濾

制漿時，利用過濾篩將漿液中的雜質過濾掉，過濾后的漿液抽到貯漿桶備用;

5.3 噴漿 壓力控制

高壓泵將漿液通過高壓輸送設備輸送到鉆桿，通過噴嘴將漿液噴入土體形成旋噴柱體，壓力的大小對直接樁徑的大小起決定性作用。通過調整高壓泵的的參數(shù)來獲取不同的壓力 ，壓力應大于試樁時所確定的壓力。

5.4 噴嘴提升速及轉速的控制

噴嘴提升速度及旋轉速度直接影響旋噴樁體樁體的質量，施工時做到小于設計參數(shù)，過程做到連續(xù)。拆卸鉆桿時，保證搭接長度不小于10cm，以免出現(xiàn)斷樁。

5.5 冒漿量控制

旋噴過程中，部分漿液會從鉆桿與土體的間隙溢出，溢出漿液噴入土體后會置換部分土體，形成的廢漿控制在漿液總量20%以內。

5.6 樁徑的控制

樁徑的大小影響因素有：地質情況、噴漿壓力、轉速、提升速度，通過現(xiàn)場取樣分析土體的相關指標，并通過控制噴漿壓力、轉速、提升速度等指標來控制樁徑的大小及成樁量。

6 施工效果

通過旋噴注漿后的土體固結效果非常明顯，在后期的隧道開挖中可以清楚的看到形成的樁體及固結環(huán)，開挖斷面周圍圍巖 的自承力大大增強，開挖后初期支護前能形成有效的承載結構，在隧道的掘進中沒有再次生塌陷，為保證隧道的掘進起到了至 關重要的作用。通過這樣的固結處理方案達到了技術上可行、施工工藝簡單，費用上投入少，加固處理的工期短、社會影響小的效果。