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(tuán)地鐵工程有限公司，北京 101116）

0 引言

南水北調(diào)中線工程淅川2標(biāo)段位于河南省淅川縣，渠段起點(diǎn)樁號(hào)為K8+400，終點(diǎn)樁號(hào)為K14+000，總長(zhǎng)5.6km。根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃書的安排，該標(biāo)段主要包括明渠和建筑物兩部分，其中明渠長(zhǎng)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(zhì)勘探小組負(fù)責(zé)地質(zhì)情況的調(diào)查，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，可以確定在該標(biāo)段K13+605～K13+706渠段左岸二級(jí)馬道以上為強(qiáng)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(wěn)定性與安全性，經(jīng)過(guò)充分研究和討論，決定采用注漿鋼管樁對(duì)渠坡進(jìn)行加固。

1 鋼管樁的特點(diǎn)

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(gè)支承面的承載力，提升建筑工程的整體質(zhì)量。相較于其他類型的鋼樁，鋼管樁在承載力、延伸性以及結(jié)合性等諸多方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)：

（1）單樁承載能力高。鋼管樁所采用的鋼材強(qiáng)度大，因而鋼管樁的承載力也較高。

（2）耐沖擊性能好。根據(jù)相關(guān)實(shí)例顯示，鋼管樁能夠打入質(zhì)地較為堅(jiān)硬的支承層，貫入和穿透性能較強(qiáng)，厚度超過(guò)30m 的深厚軟弱地基，鋼管樁也能順利沉入，到達(dá)設(shè)計(jì)的支撐層，并穩(wěn)定發(fā)揮支撐效果[1]。

（3）設(shè)計(jì)靈活。鋼管樁的設(shè)計(jì)原理是一致的，但是設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體地基工程的情況靈活調(diào)整鋼管樁的參數(shù)設(shè)置，以確保每根鋼管樁的樁徑、壁厚符合設(shè)計(jì)要求。

（4）抗橫向力和抗彎能力強(qiáng)。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(shè)計(jì)人員可根據(jù)工程的實(shí)際情況適當(dāng)增大鋼管樁的樁徑和壁厚來(lái)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(diào)整鋼管樁的樁長(zhǎng)。為了適應(yīng)不同的施工要求，滿足起伏不平的支撐層的設(shè)計(jì)要求，施工人員可以根據(jù)施工方案調(diào)整鋼管樁的長(zhǎng)度，最常用的調(diào)整方法為焊接增長(zhǎng)和氣割切短。

（6）結(jié)合性強(qiáng)。為了提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證上下結(jié)構(gòu)共同工作，經(jīng)常需要將鋼管樁與上部承臺(tái)進(jìn)行連接，鋼管樁可以通過(guò)鋼筋和上部結(jié)構(gòu)混凝土快速結(jié)合，以滿足工作需求。

（7）接縫穩(wěn)定安全。數(shù)段鋼管樁可以進(jìn)行拼接，并且接縫的安全系數(shù)高，與母材強(qiáng)度一致。

（8）打樁出土量小。鋼管樁打入施工對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的土方較少，施工安全且快速，效率較高。同時(shí)，鋼管樁適用于小面積場(chǎng)所的施工，且荷載能力好，適用的工程類型較為廣泛。

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

（10）綜合效益高。鋼管樁施工工藝的應(yīng)用不僅可以保證工程質(zhì)量，同時(shí)對(duì)于縮短工期和控制工程造價(jià)也有積極的意義。

2 施工布置及臨時(shí)設(shè)施

2.1 施工便道

現(xiàn)場(chǎng)施工中，渠道開挖和渠道坡面防護(hù)完畢后，K13+605～K13+706施工渠段道路通行困難，應(yīng)開展道路修整疏通作業(yè)，沿著K13+000 處坡頂進(jìn)行修整，直至施工作業(yè)面。根據(jù)施工布置方案，施工便道的寬度為5m，施工平臺(tái)的寬度為7m，以十里廟棄土場(chǎng)為土方轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，采用挖機(jī)和裝載機(jī)將棄土場(chǎng)土方轉(zhuǎn)運(yùn)到設(shè)計(jì)施工便道，素土填筑，并使用挖機(jī)和壓路機(jī)平整路面，最后結(jié)束標(biāo)段內(nèi)膨脹土和高填方段注漿鋼管樁施工后，再挖除素土，轉(zhuǎn)運(yùn)回十里廟棄土場(chǎng)。

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(xiàn)場(chǎng)將采用2臺(tái)功率為120kW的發(fā)電機(jī)制電，供施工設(shè)備使用，施工用水采用河水和地下水。

3 施工方案及技術(shù)措施

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 施工平臺(tái)

在K13+605～K13+706段左岸二級(jí)馬道填筑施工作業(yè)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(jī)配合壓路機(jī)平整壓實(shí)施工平臺(tái)。在施工平臺(tái)的四周修建排水溝，加強(qiáng)排水工作。

3.1.2 機(jī)具和材料準(zhǔn)備

（1）鉆機(jī)1臺(tái)，注漿泵3套，灰漿攪拌機(jī)1臺(tái)，發(fā)電機(jī)2 臺(tái)；（2）勞動(dòng)保護(hù)用品；（3）防護(hù)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(diǎn)控制

3.2.1 鋼管樁加工

（1）注漿鋼管樁規(guī)格。根據(jù)工程需要，該標(biāo)段膨脹土和高填方段注漿鋼管樁采用9m長(zhǎng)的20#結(jié)構(gòu)用熱軋無(wú)縫鋼管，并且嚴(yán)格控制鋼管尺寸與質(zhì)量，確保鋼管樁徑為89mm，壁厚5.5mm，質(zhì)量性能符合施工要求。

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

（3）對(duì)中架。對(duì)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(jí)鋼筋，鋼筋綁扎松緊適度，將對(duì)中架穩(wěn)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(guò)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(nèi)部，對(duì)此，應(yīng)在鋼管底部焊接鐵板進(jìn)行封閉，并采用膠帶封住縫隙。同時(shí)，還應(yīng)注意在鋼管底部安裝底托架，底托架采用直徑為22mm的二級(jí)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(gè)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(huán)，將其作為壓蓋下面的密封圈。

3.2.2 鉆孔

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施鉆孔，確?？孜痪珳?zhǔn)[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(shí)，應(yīng)對(duì)鋼管進(jìn)行清理[3]，除凈表面鐵銹，并采用質(zhì)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(yè)時(shí)漿液滲流到鋼管內(nèi)部。如果在沉入鋼管過(guò)程中鋼管管壁上纏繞的膠帶出現(xiàn)磨損和破裂，應(yīng)重新進(jìn)行纏繞。如有需要可以采用補(bǔ)充鋼管進(jìn)行搭接，增加鋼管樁樁長(zhǎng)。

3.3 注漿施工要點(diǎn)控制

注漿作業(yè)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(guò)注漿管先注入適量清水，清洗鉆孔內(nèi)部的殘?jiān)?，并將其排出?/p>

（2）注入水泥漿。嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室確定的目標(biāo)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(shí)，結(jié)束一次注漿作業(yè)。值得注意的是，一次注漿壓力應(yīng)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(shí)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(jìn)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(zhǔn)備好的水泥袋或者棉紗沿著鋼管向孔口方向進(jìn)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?jǐn)嚢韬?，灌注到距離孔口1.5m 的位置，嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，混合漿液凝固后再采用水泥漿液進(jìn)行封孔。

3.3.2 二次分段劈裂注漿

（1）一次注漿作業(yè)結(jié)束后做好養(yǎng)生管理工作，養(yǎng)生時(shí)間不得低于12h，12h后對(duì)一次注漿進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后即可開始二次劈裂注漿作業(yè)，實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的二次劈裂注漿作業(yè)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(yè)需要用到專門的注漿管，因而根據(jù)出漿長(zhǎng)度選擇長(zhǎng)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(yīng)在管身最下面一節(jié)鋼管距離管頭0.5m的位置布設(shè)第一個(gè)注漿孔，注漿孔的孔徑為5mm，布設(shè)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(dāng)出現(xiàn)如下情況中之一時(shí)即停止注漿：①孔口周圍或邊坡地表出現(xiàn)冒漿；②注漿壓力持續(xù)過(guò)大，注漿量不增加或增加很少；③注漿時(shí)間超過(guò)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(yè)。

（5）完成注漿作業(yè)后，施工人員及時(shí)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(xù)使用。

3.3.3 施工現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)

完成膨脹土和高填方段的注漿鋼管樁施工作業(yè)后，挖機(jī)再次入場(chǎng)，挖除施工作業(yè)面，并由自卸車將廢棄土方轉(zhuǎn)運(yùn)到十里廟棄土場(chǎng)，修補(bǔ)因鉆孔作業(yè)而破壞的渠道坡面，并恢復(fù)施工現(xiàn)場(chǎng)。

4 注意事項(xiàng)

（1）在正式制備水泥漿液和開展注漿作業(yè)時(shí)，施工人員應(yīng)對(duì)入場(chǎng)的施工材料進(jìn)行規(guī)格和質(zhì)量檢查，確保其與施工要求一致。遵照實(shí)驗(yàn)室目標(biāo)配比方案制備水泥漿液，水泥要在攪拌桶里被充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間不得低于3min，如果因?yàn)槟骋皇┕ち鞒坛霈F(xiàn)滯后或突然遭遇異常而導(dǎo)致漿液攪拌時(shí)間大于30min，制備的漿液不得用于注漿，應(yīng)妥善處理。施工人員要嚴(yán)格按照施工方案和有關(guān)施工規(guī)程開展鉆孔、注漿及封孔作業(yè)，并加強(qiáng)質(zhì)量與安全管理，全過(guò)程動(dòng)態(tài)跟蹤施工，重點(diǎn)檢查鉆孔孔徑和孔深，測(cè)量鋼管長(zhǎng)度、厚度和管徑，控制注漿壓力，以保障施工質(zhì)量。

（2）加強(qiáng)施工規(guī)劃，編制科學(xué)合理的施工方案，反復(fù)查驗(yàn)審核施工圖紙并做好風(fēng)險(xiǎn)管理，對(duì)施工過(guò)程中可能會(huì)遭遇的問(wèn)題進(jìn)行模擬，制定緊急預(yù)案，進(jìn)而保障工程施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度等各項(xiàng)目標(biāo)。

（3）成孔前，用水平尺校正鉆機(jī)的水平度，給正式成孔創(chuàng)設(shè)良好的條件。鉆進(jìn)期間，進(jìn)尺每達(dá)到200mm后及時(shí)測(cè)量1次鉆頭。采用Ф89鋼管作為注漿管，除頂端2m外（作為止?jié){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(jìn)行，下管前先用透明膠帶封閉，以免雜物進(jìn)入其中。經(jīng)過(guò)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(nèi)，有效填充周圍土體間的縫隙。水泥漿液的質(zhì)量必須得到保證，通過(guò)充分地?cái)嚢?，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(duì)樁長(zhǎng)、水泥用量、水灰比各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)，將實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求做對(duì)比分析，判斷是否滿足要求，若有不合理之處則及時(shí)調(diào)整。其中，樁長(zhǎng)以測(cè)量的方法獲得，每完成10根樁的施工后及時(shí)核實(shí)水泥用量，水灰比則用比重計(jì)檢測(cè)。

（4）鋼管樁施工時(shí)，復(fù)核孔深、注漿管長(zhǎng)度，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)樁頂、樁底標(biāo)高的檢測(cè)與控制。對(duì)于設(shè)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(zhǎng)的要求。鉆進(jìn)期間加強(qiáng)檢查，若出現(xiàn)塌孔，隨即將鉆具向上提起，待其脫離孔底后向孔內(nèi)輸入高濃度的膨潤(rùn)土泥漿，通過(guò)此方法維持水頭壓力的合理性，以免塌孔。鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后提起鉆泵，注入清水，此時(shí)檢測(cè)孔口流出泥漿中的鉆渣含量，直至其滿足要求為止。提鉆時(shí)需小心細(xì)致，避免鉆頭碰觸孔壁，并在此期間及時(shí)補(bǔ)入清水。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，注漿鋼管樁規(guī)格多樣，優(yōu)勢(shì)突出，是一種新型的深基礎(chǔ)處理技術(shù)，具有改善基礎(chǔ)地基、降低地基沉降和提升地基承載力的優(yōu)點(diǎn)。在南水北調(diào)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(duì)注漿鋼管樁施工工藝的技術(shù)要點(diǎn)，還要重視施工注意事項(xiàng)。該項(xiàng)目的實(shí)踐證明：在膨脹土和高填方路段中應(yīng)用注漿鋼管樁施工工藝能夠有效達(dá)到對(duì)土基改良加固的目標(biāo)，保證支撐效果，該工藝值得大力推廣應(yīng)用。