地鐵隧道水泥攪拌樁加固施工試驗(yàn)研究

摘要：在地鐵隧道施工中，針對水泥攪拌樁穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生較大變形的問題，開展地鐵隧道水泥攪拌樁加固施工試驗(yàn)研究。以某地鐵隧道建設(shè)項(xiàng)目為依托，通過樁位測放、工作平臺與樁機(jī)安裝、制配漿液、灌注攪拌與注漿加固等施工工藝，實(shí)現(xiàn)對其加固。為了驗(yàn)證加固施工方案的應(yīng)用效果，開展試驗(yàn)研究。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，加固施工方案的應(yīng)用可以有效降低水泥攪拌樁的變形量，提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；樁位測放；灌注攪拌；地鐵隧道

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加速，地鐵已成為城市發(fā)展的重要組成部分。地鐵隧道工程中，由于地質(zhì)條件和工程環(huán)境復(fù)雜多變，如何保證工程的安全與穩(wěn)定，成為亟待需要解決的問題之一。

水泥攪拌樁加固施工作為一種有效的隧道支護(hù)方法，具有施工簡便、支護(hù)效果良好以及對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用范圍[1]。然而，也存在一些缺點(diǎn)，如施工過程中的攪拌質(zhì)量難以控制，攪拌均勻性有待提高等[2]。因此，針對水泥攪拌樁加固施工的試驗(yàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文以某地鐵隧道建設(shè)項(xiàng)目為依托，對其進(jìn)行水泥攪拌樁加固施工，并結(jié)合得到的施工數(shù)據(jù)分析評價加固施工方案的可行性。

1 工程概況

1.1 工程基本情況

該項(xiàng)目位于某工業(yè)園區(qū)附近，工程主體包含地下通道、現(xiàn)代大道下立交和地下車庫聯(lián)絡(luò)道，共3個部分[3]。在具體施工過程中，基坑平面幾乎與軌道線垂直交叉，基坑剖面示意圖如圖1所示。

圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)選用φ850的SMW工法水泥攪拌樁，以有效提高土壤的穩(wěn)定性。同時，為了進(jìn)一步增強(qiáng)地鐵隧道的穩(wěn)定性，在地鐵隧道兩側(cè)設(shè)置φ850的SMW攪拌隔離樁。在進(jìn)行地鐵隧道上部的基坑開挖時，采用φ850@500三軸攪拌樁工法進(jìn)行加固。這種方法能夠有效地提高土壤的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證地鐵隧道的施工安全和長期穩(wěn)定。

1.2 地質(zhì)狀況

該工程項(xiàng)目施工區(qū)域地質(zhì)條件較差，屬于典型軟弱土層，各土層的基本物理力學(xué)性質(zhì)記錄如表1所示。結(jié)合7GiBxQncEwCxke3dXgUszA==該施工區(qū)域內(nèi)的土層性質(zhì)，為提高地鐵隧道施工穩(wěn)定性，對其進(jìn)行水泥攪拌樁加固施工。

2 水泥攪拌樁加固施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 樁位測放

在水泥攪拌樁加固施工前，要對開挖面進(jìn)行噴混凝土封堵，以避免開挖面塌陷、涌沙以及流泥[4]。在水泥攪拌樁施工中，樁位測量是一個重要環(huán)節(jié)。測量樁位的要點(diǎn)如下：

2.1.1 準(zhǔn)備工作

在施工前，準(zhǔn)備好測量儀器和工具，如全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼卷尺、激光測距儀等。同時，對樁位的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行核對，確保無誤。

2.1.2 確定坐標(biāo)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中給出的樁位坐標(biāo)，使用測量儀器和工具確定樁位的準(zhǔn)確位置。

2.1.3 標(biāo)記位置

在確定樁位位置后，使用明顯的標(biāo)記（如白灰、木樁等）將樁位標(biāo)示清楚。

2.1.4 校核位置并記錄數(shù)據(jù)

在標(biāo)記完樁位后，需要進(jìn)行校核，確保樁位位置準(zhǔn)確無誤?？梢允褂眉す鉁y距儀等工具進(jìn)行校核。將每個樁位的實(shí)際坐標(biāo)記錄在施工記錄本中，以便后續(xù)施工時使用。

需要特別注意的是，在放樣樁位時，需要考慮到施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，如地形、建筑物位置等，確保樁位位置準(zhǔn)確無誤[5]。同時，也需要對測量儀器和工具進(jìn)行檢查和維護(hù)，確保其精度和可靠性。

2.2 工作平臺與樁機(jī)安裝

2.2.1 工作平臺安裝

在安裝工作平臺前，準(zhǔn)備好安裝所需的材料和工具，如木材、鋼材、螺絲等。同時，對工作平臺的圖紙和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行核對，確保無誤。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在工作場地安裝基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)的形式和深度，應(yīng)根據(jù)工作平臺的重量和使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。將支撐架安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，確保支撐架的穩(wěn)定性和承重能力[6]。

將工作平臺安裝在支撐架上，確保工作臺的穩(wěn)定性和水平度。安裝電氣設(shè)備，如電動機(jī)、控制箱等。安裝完成后，對工作平臺進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，確保其正常運(yùn)行并無安全隱患。

2.2.2 樁機(jī)安裝

在樁機(jī)安裝前，需要清理施工場地，確保場地平整、干凈，無障礙物和其他雜物。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，使用測量儀器和工具確定樁位的位置，并在樁位周圍設(shè)置標(biāo)記，以便準(zhǔn)確對位。

將樁機(jī)移動到指定位置，調(diào)整樁機(jī)的水平度和垂直度，確保樁機(jī)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。將樁機(jī)的鉆頭對準(zhǔn)樁位標(biāo)記，誤差不得大于5cm。樁機(jī)就位后，使用固定裝置將樁機(jī)固定在原地，防止樁機(jī)移動或傾倒。

2.3 制配漿液

2.3.1 材料選取

根據(jù)注漿施工要求，選擇合適的水泥種類、標(biāo)號以及水灰比[7]。常用的水泥為普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號為325或425。

2.3.2 水泥用量計(jì)算

水灰比是水泥漿液中的水與水泥的質(zhì)量比，對于不同的注漿工程，水灰比會有所不同。

對于水泥的用量，可結(jié)合下述公式計(jì)算得出：

W=1/（0.015h+0.45δ+0.47） （1）

式（1）中：W表示水泥用量；h表示孔隙率；δ表示水灰比。

根據(jù)水灰比和所需水泥漿液的體積，即可計(jì)算所需的水泥用量。

2.3.3 漿液制配操作要點(diǎn)

將所需的水泥用量準(zhǔn)確稱量出來，其誤差應(yīng)小于5%。準(zhǔn)備制備所需的水量，應(yīng)確保水質(zhì)干凈、無雜質(zhì)。將稱量好的水泥和水加入攪拌機(jī)中，攪拌均勻，直至水泥完全溶解。攪拌好的水泥漿液應(yīng)測定其濃度，確保其符合施工要求。

在使用水泥漿前，要經(jīng)過過濾，同時使用時間不超過4h。配制精細(xì)的水泥漿及穩(wěn)定水泥漿時，宜加減水劑，并使用高速攪拌機(jī)攪拌。攪拌時間由實(shí)驗(yàn)確定，細(xì)漿從配制到使用不得超過2h。

2.4 灌漿攪拌與注漿加固

2.4.1 灌漿攪拌

按照設(shè)計(jì)要求，將攪拌機(jī)提升至指定位置，使攪拌頭對準(zhǔn)樁位標(biāo)記。在攪拌機(jī)提升的同時，向攪拌頭灌注漿液。開啟攪拌機(jī)的攪拌功能，使?jié){液與周圍土體充分混合，同時提升攪拌機(jī)。在攪拌機(jī)提升至設(shè)計(jì)高度后，停止灌注漿液，將攪拌機(jī)重復(fù)攪拌提升，使?jié){液與土體充分混合，直到達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

在灌注和攪拌完成后，清洗攪拌機(jī)和攪拌頭，做好注漿后的維護(hù)和清理工作。注漿后的圍巖或地基表面需要保持平整、干凈，以便后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

2.4.2 注漿加固

通過注漿加固，可以有效地提高隧道結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，防止隧道變形和破壞。注漿壓力是注漿過程中重要的參數(shù)之一，它直接影響到漿液在圍巖或地基中的滲透程度和擴(kuò)散范圍。一般來說，注漿壓力需要根據(jù)圍巖或地基的強(qiáng)度、滲透性以及注漿材料等因素進(jìn)行合理選擇。在實(shí)際施工中，注漿壓力通常在0.5～2.0MPa之間調(diào)整。

除此之外，注漿流量和時間也會影響到注漿的效果。流量過小，會導(dǎo)致漿液無法充分滲透到圍巖或地基中，影響加固效果。流量過大，會導(dǎo)致漿液過度擴(kuò)散，浪費(fèi)材料且不易控制注漿范圍。根據(jù)實(shí)際情況，流量通常在5～10L/min之間調(diào)整，注漿時間通常在30min至2h之間調(diào)整。

在注漿過程中，需要對注漿壓力、流量、時間等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和記錄。這些數(shù)據(jù)可以反映注漿過程中的實(shí)際情況，為后續(xù)的施工提供參考。例如，監(jiān)測注漿壓力，有利于判斷漿液在圍巖或地基中的擴(kuò)散情況。記錄注漿時間，有利于掌握注漿過程中的整體精度。

在注漿完成后，要及時進(jìn)行維護(hù)和清理工作，防止雜物、泥土等污染物對隧道結(jié)構(gòu)造成影響。同時，要對施工現(xiàn)場進(jìn)行清理，確保施工環(huán)境整潔、安全。

3 試驗(yàn)與結(jié)果分析討論

為了驗(yàn)證上述加固施工方案的應(yīng)用效果，通過對施工后水泥攪拌樁的變形情況進(jìn)行分析，進(jìn)一步評價該加固施工方案的可行性。

選擇5個加固后的水泥攪拌樁，分別編號為F-Ⅰ、F-Ⅱ、F-Ⅱ、F-Ⅳ、F-Ⅴ，檢測記錄水泥攪拌樁5m深位置上的變形量，得到的結(jié)果記錄如表2所示。

根據(jù)施工質(zhì)量要求，水泥攪拌樁施工完成后，累計(jì)變形量不得超過5mm。結(jié)合表2中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，施工前期、中期和后期變形量均沒有超過0.55mm，累計(jì)變形量沒有超過1.20mm，滿足項(xiàng)目施工質(zhì)量要求。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析可知，上述加固施工方案可以有效提高水泥攪拌樁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

綜上所述，水泥攪拌樁加固施工方案不僅能夠保證施工的質(zhì)量和效率，同時也能有效控制施工成本。因此，我們有理由相信這種加固施工方案在其他類似項(xiàng)目中也能取得良好的效果。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實(shí)例項(xiàng)目，闡述了地鐵隧道水泥攪拌樁加固施工的實(shí)施方法，并開展現(xiàn)場試驗(yàn)，分析其實(shí)際應(yīng)用效果和可行性。

水泥攪拌樁作為一種有效的隧道加固方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而仍存在一些局限性，如攪拌材料的選擇和配比、施工過程中的質(zhì)量控制等問題需要進(jìn)一步研究。未來研究方向包括：優(yōu)化水泥攪拌樁的施工工藝和控制方法，提高其均勻性和穩(wěn)定性；研究不同地質(zhì)條件下的適用性；加強(qiáng)數(shù)值模擬和理論分析等方面的工作，為地鐵隧道工程建設(shè)提供更加完善的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 章定文，曾彪，劉涉川，等.考慮膠結(jié)損傷的水泥土攪拌樁加固路堤破壞特征[J].中國公路學(xué)報(bào)，2023，36（10）：131-141.

[2] 陳政.基于水泥攪拌樁的軟土地基加固技術(shù)分析[J].重慶建筑，2023，22（10）：41-44.

[3] 馮永軍.水泥攪拌樁在蓮溝閘地基加固處理中的質(zhì)量控制[J].治淮，2023，（10）：47-48+51.

[4] 董光輝.三軸攪拌樁加固作用下地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性探討[J].建設(shè)監(jiān)理，2023，（7）：73-77.

[5] 賴義良.市政道路建設(shè)工程中水泥土攪拌樁加固地基施工技術(shù)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2023，（16）：117-120.

[6] 楊立，谷亞陸，汪明，等.某高速公路水泥攪拌樁加固軟基沉降分析[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，30（3）：58-62.

[7] 朱兆榮，周垣，吳紅剛，等.水泥攪拌樁加固風(fēng)積沙地基液化模型試驗(yàn)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2023，40（5）：25-31.