復(fù)雜地質(zhì)下隧道基底工程的旋噴樁施工技術(shù)芻議

熊亞輝

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州072750）

旋噴樁施工技術(shù)起源于高壓噴射注漿法，自20世紀(jì)80年代在我國得到了大力推廣應(yīng)用。大量工程實(shí)例表明，該施工技術(shù)在處理淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土等地質(zhì)基礎(chǔ)中有良好的應(yīng)用效果。因此，我國將旋噴樁施工技術(shù)列入《地基和基礎(chǔ)施工規(guī)范》[1]。該技術(shù)在具體應(yīng)用中，有兩個(gè)工作流程，先鉆孔后噴射，再下鉆噴射，通過充分?jǐn)嚢瑁偈節(jié){土比例均勻一致，保證施工質(zhì)量。高壓旋噴樁所用的材料亦為水泥漿，主要機(jī)理為通過高壓旋轉(zhuǎn)的方式，將水泥漿液噴入土層中，和土體充分混合，形成具有一定強(qiáng)度和承載力的固體，通過相互搭接的方法形成排樁，主要作用是擋土和止水。從施工成本來看，高壓旋噴的施工費(fèi)用大于深層攪拌水泥土樁，但具有設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊、體積更小、機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)等優(yōu)勢，同時(shí)施工噪音較小，不會(huì)對(duì)周圍建筑物造成太大影響，能在空間較小的范圍中良好應(yīng)用。但采用高壓旋噴樁時(shí)，會(huì)排出大量泥漿，處理不當(dāng)會(huì)引起污染。對(duì)地下水流速較大的底層或無填充的巖溶地區(qū)，會(huì)腐蝕土層，并且旋噴時(shí)漿液無法在注漿管周圍凝固，因此這些區(qū)域不適合采用高壓旋噴樁，這也是目前高壓旋噴樁施工亟待改進(jìn)的地方。基于此，本文結(jié)合工程實(shí)例，開展復(fù)雜地質(zhì)下隧道基底工程的旋噴樁施工技術(shù)探討研究分析。

1 工程概況及重難點(diǎn)

1.1 工程概況

王家灣隧道位于陜西省延安市安塞縣王家灣鄉(xiāng)，隧道全長7288米，進(jìn)口里程：DK266+945；出口里程：DK274+233。其中，Ⅲ級(jí)圍巖545米，占7.4%；Ⅳ級(jí)圍巖4105米，占56.3%；Ⅴ級(jí)圍巖2053米，占28.1%；Ⅵ級(jí)圍巖575米，占7.9%；Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖合計(jì)占36%，明洞10米。最大埋深220米，隧道縱坡為人字坡，坡度及坡長依次為5‰/7205m、-4‰/83m，在DK269+500處線路大里程方向右側(cè)和DK271+500線路大里程方向左側(cè)分別設(shè)置1#和2#斜井，其中1#斜井長275米（Ⅳ級(jí)230米，Ⅴ級(jí)45米），2#斜井長293米（均為Ⅴ級(jí)圍巖）。

1.2 工程重難點(diǎn)

第一，王家灣隧道很多地段為濕陷性黃土，力學(xué)形式特殊，承載力難以滿足施工要求，建成后隧道基底會(huì)形成較大的變形。基底除了會(huì)受到壓縮變形的影響外，也會(huì)受濕陷性變形的影響，如果不進(jìn)行有效處理，就會(huì)導(dǎo)致隧道的襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫等質(zhì)量通病，影響車輛行駛的安全性[2]。旋噴樁施工技術(shù)工序繁多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)影響施工總質(zhì)量，并且施工中相互干擾、工期壓力較大，在施工前要切實(shí)做好各項(xiàng)施工計(jì)劃，并按照地質(zhì)預(yù)報(bào)、測量結(jié)果等合理調(diào)整設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)各道工序之間的銜接性，以保證施工質(zhì)量。旋噴樁施工技術(shù)對(duì)質(zhì)量控制的要求較高，要盡量選擇綜合實(shí)力較強(qiáng)的施工隊(duì)伍，并選擇技術(shù)先進(jìn)，性能精良的旋噴樁施工機(jī)械設(shè)備，通過現(xiàn)場工藝試驗(yàn)，優(yōu)化施工方案。

2 旋噴樁施工技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)下隧道基底工程中的應(yīng)用

2.1 確定施工總方案

本工程 DK271+543～DK271+670段、DK271+730～DK271+790段隧道基底位于素填土、砂質(zhì)新黃土、粉砂、黏質(zhì)新黃土等地基，其地基承載力不足200KPa，為保證施工質(zhì)量，降低施工難度，決定采用旋噴樁施工技術(shù)，鉆孔間距90cm，共840根，樁底深入進(jìn)入風(fēng)化巖石深度不小于1.5m（如圖1所示）。

圖1 旋噴樁平面布置

受到濕陷性黃土及對(duì)施工質(zhì)量要求較高的影響，采用單管法施工，將鉆孔插管合二為一，鉆孔完成后插管也同時(shí)完成。旋噴樁施工技術(shù)具有施工設(shè)備簡單、占地面積小、工期易控制、處理效果好等優(yōu)勢，可有效滿足本工程施工對(duì)地基處理的要求。具體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 旋噴樁施工技術(shù)工藝流程

2.2 試樁和鉆機(jī)就位

為保證成樁率和施工質(zhì)量，要提前進(jìn)行試樁操作，以解決旋噴樁施工技術(shù)工序繁多、質(zhì)量控制難的問題。通過試樁確定如下施工工藝參數(shù)：旋噴樁直徑500mm、間距900mm（呈正三角布置）、壓力22MPa、轉(zhuǎn)速20r/min、漿液配合比1:1、提升速度20cm/min、每延米水泥用量148kg。

為提升旋噴樁施工質(zhì)量，鉆機(jī)就位控制是重中之重，鉆機(jī)就位精度對(duì)整個(gè)旋噴樁施工的質(zhì)量有較大影響。因此，本工程通過以下三個(gè)步驟來保證鉆機(jī)就位的精度：

第一，鉆機(jī)就位由專人指揮。通過水平尺、定位測錘等測量工具來校準(zhǔn)鉆機(jī)，保證鉆機(jī)水平度，導(dǎo)向架和鉆桿要與鉆孔面相互垂直，且傾斜率不超過1.5%，超過要及時(shí)調(diào)整。將鉆機(jī)鉆頭對(duì)準(zhǔn)旋噴樁孔位中心，鉆桿垂直度偏差不超過1%。確定好鉆孔位后用白灰定位，為進(jìn)一步保證鉆孔樁位的精度，同時(shí)使用定位卡，保證了鉆機(jī)定位和設(shè)計(jì)位置的偏差小于5.0cm。鉆機(jī)就位后，要先用0.5MPa進(jìn)行射水試驗(yàn)，以保證噴嘴噴射漿液的通暢性和噴射壓力符合設(shè)計(jì)要求[3]。

2.3 制備漿液和鉆進(jìn)操作

漿液制備質(zhì)量對(duì)工程施工質(zhì)量影響非常大，本工程采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比按1:1配制漿液。在泥漿攪拌中，先倒入水，再倒入水泥，攪拌時(shí)間控制在10～20min。具體制備中要隨時(shí)檢查漿液比重，以保證配比質(zhì)量。制備漿液現(xiàn)場見圖3。

圖3 制備漿液現(xiàn)場

旋噴樁施工技術(shù)工序繁多，任何一道工序出錯(cuò)都會(huì)影響總體質(zhì)量。因此要嚴(yán)格按照施工工藝要求進(jìn)行操作，包括以下三個(gè)步驟：（1）先啟動(dòng)旋噴鉆機(jī)，保證整個(gè)鉆進(jìn)過程邊旋轉(zhuǎn)、邊鉆進(jìn)；為降低鉆進(jìn)阻力，壓力控制在0.5-1.0MPa即可，一邊下管、一邊射水。同時(shí)，為避免鉆進(jìn)過程中發(fā)生卡鉆、粘鉆等問題，在達(dá)到設(shè)計(jì)要求后停止鉆進(jìn)。（2）基底旋噴樁可采用一次成孔方式。如果旋噴時(shí)要連接桿件，需先把輸漿管上的過渡短管卸下，連接到待裝桿尾部后續(xù)桿操作。再旋轉(zhuǎn)鉆桿，促使接口壓縮鉆進(jìn)。通過循序上述步驟，直到鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)位置[4]（基底旋噴樁施工見圖4）。（3）完成第一階段貫入土層后，借助噴射管自身的噴射、振動(dòng)貫入。

圖4 基底旋噴樁施工

2.4 旋噴操作

旋噴施工前要先全面檢查各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的工作性能，保證旋噴機(jī)的壓力、排量等符合設(shè)計(jì)要求，保證各部件密封裝置良好。仔細(xì)清理管道和噴水，避免存在雜物。同時(shí)，進(jìn)行高壓射水試驗(yàn)，確認(rèn)壓力、流量等施工參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求再進(jìn)行旋噴操作。對(duì)旋噴時(shí)間、用漿量、冒漿情況、壓力變化等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，超過允許范圍要立即停止旋噴，待問題徹底解決后再重新施工。

旋噴管鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)位置后要立即停止施工，將泥漿泵工作壓力提升到設(shè)計(jì)值（22MPa），持續(xù)旋噴30s，促使水泥和周圍土質(zhì)充分?jǐn)嚢琛Ｈ缓蠓聪蛐D(zhuǎn)均勻提升注漿管，旋噴轉(zhuǎn)速控制在20r/min左右，提升速度控制在20cm/min左右。當(dāng)旋噴管提升到樁頂位置時(shí)，從樁頂以下1.0m位置開始，降低提升速度，旋噴3-6s后再提升到0.5m位置，直到樁頂停止施工，旋噴高度要超出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5m左右[5]。

如果旋噴操作發(fā)生故障，要立即停止旋噴，避免發(fā)生斷樁問題。同時(shí)對(duì)故障根源進(jìn)行排除，待問題徹底解決后再重新旋噴。如果停機(jī)時(shí)間過長，則要在原樁位置做補(bǔ)樁處理。

2.5 廢棄漿液和補(bǔ)漿處理

為避免發(fā)生廢棄漿液浸泡拱腳和撐子面影響施工質(zhì)量，本工程在旋噴樁施工平臺(tái)前端設(shè)置了一道排漿溝，促使?jié){液及時(shí)流出隧道，進(jìn)行集中處理[6]。每根旋噴樁施工完成后，要用高壓水對(duì)管道、設(shè)備等進(jìn)行集中處理，以保證管道中不留殘?jiān)?，清洗完成后再重新移到下一樁位上施工?/p>

旋噴樁施工完成后，漿液具有析水作用，這是客觀存在且很難從根本上得到規(guī)避。因此旋噴樁會(huì)發(fā)生不同程度的收縮，從而導(dǎo)致樁體頂部發(fā)生凹陷，此時(shí)需用水漿比1：1的水泥做補(bǔ)漿處理。

3 施工體會(huì)

第一，旋噴樁施工前要進(jìn)行試樁操作，且試樁根數(shù)不少于3根，以確定施工技術(shù)參數(shù)，包括鉆進(jìn)速度、旋噴壓力、旋轉(zhuǎn)速度、提升壓力等。第二，開工前為有效控制施工中可能遇到的重難點(diǎn)，要切實(shí)做好技術(shù)交底工作，并按照施工質(zhì)量及工程進(jìn)度要求，定期開展質(zhì)量控制專題會(huì)議，以解決施工中遇到的各種問題，保證施工工序順利開展[7]。第三，鉆孔前要對(duì)孔位精度進(jìn)行多次復(fù)核，包括孔位、孔距、鉆機(jī)水平度、垂直度等。鉆進(jìn)過程中盡量避免鉆機(jī)劇烈振動(dòng)，以保證鉆進(jìn)垂直度。當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，要及時(shí)檢測孔深、傾斜率等，保證旋噴樁施工各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，隧道基底工程地基條件復(fù)雜且施工范圍有限，傳統(tǒng)處理技術(shù)存在較多局限，無法滿足施工要求。而旋噴樁施工技術(shù)，設(shè)備占地面積較小、施工靈活，可滿足隧道基底工程施工的各項(xiàng)要求，既能提升基底加固處理質(zhì)量，也不會(huì)對(duì)周圍土地造成較大擾動(dòng)，施工質(zhì)量及安全性得到較大提升，值得大范圍推廣應(yīng)用。