米小強

（甘肅路橋第五公路工程有限責任公司，甘肅 蘭州730030）

1 問題提出

對于大斷面黃土隧道，因其同時具有黃土的濕陷性和穩(wěn)定性差等因素，造成地基承載力較低，研究應用軟弱地基加固新技術已非常迫切。在甘肅省內(nèi)，大斷面黃土隧道地基處理水泥旋噴樁施工領域還是空白，沒有成型的施工工藝。

2 應用工程簡介

2.1 工程概況

蘭秦快速路忠和至水阜段付家窯1#隧道位于蘭州市黃河北岸的皋蘭縣忠和鎮(zhèn)付家窯村，隧道穿行黃土山梁，進口布設于黃土沖溝一側山體，付家窯1#隧道總長為1532m，隧道右線起訖樁號YK0+380～YK1+202，全長 822m，左線起訖樁號 ZK0+450～ZK1+160，全長 710m，左右線均為1.4%的縱坡，隧道最大埋深112m，隧道開挖斷面積超過170m2，開挖寬度和高度分別達到17m和13m。

隧道基底地質自上而下依次為：粉質粘土、粉土、細砂，地基承載力[δ]=100～120kPa，設計為高壓旋噴樁進行加固，加固體直徑為0.6米,樁長 6.3～7.2 米，孔位間距為 1.2 米×1.2 米，梅花狀布置。 旋噴樁采用新鮮水泥，加固后復合地基承載力應達到300kPa以上。

2.2 施工組織

根據(jù)隧道的具體設計和特點進行實施性施工組織設計，施工通風采用長管路壓入式通風，運輸采用無軌運輸，根據(jù)隧道總工期的要求，合理安排，制定有效的措施，以達到質量、安全、工期、環(huán)保目標。

施工作業(yè)按4條主作業(yè)線、3條輔助作業(yè)線布置。4條主作業(yè)線即開挖作業(yè)線、裝渣運輸作業(yè)線、噴錨支護作業(yè)線、襯砌作業(yè)線；3條輔助作業(yè)線為通風降塵作業(yè)線、注漿作業(yè)線、排水作業(yè)線。

2.3 旋噴樁加固機理

所謂高壓旋噴樁，就是利用鉆機把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆至土層的預定位置后，以高壓設備使水泥漿液以高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，當能量大、速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒從土體剝離下來，除部分土粒隨水泥漿冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與水泥漿攪拌混合并按一定的漿土比例和質量大小有規(guī)律的重新排列。水泥漿凝固后在土中形成一個固結體，從而使地基得到加固。

旋噴時噴嘴以20MPa左右的壓力噴射，同時以一定速度（20～22r/min）旋轉和（15～30cm/min）徐徐提升，形成圓柱狀固結體提高地基的抗剪強度及改善土的變形性質。使其在上部結構荷載直接作用下，不會產(chǎn)生破壞或較大變形；并可形成封閉的帷幕。

3 施工技術方案及質量控制措施

3.1 施工方案選擇

3.1.1 方案選擇

高壓旋噴樁注漿法分為單管法、二重管法、三重管法。從施工過程中來看，單管法施工時，是以水泥漿高速噴射沖擊破壞土體，從單管噴射高壓水泥漿為噴射流；二重管法、三重管法施工時，是以水泥漿、水或壓縮空氣等介質高速噴射沖擊破壞土體，形成噴射流。隧道地基為軟弱沙質黃土層，如在施工過程中排水量較大時，對軟弱土層的物理力學性質起到軟化和泥化的不良作用。因此在傅家窯1#隧道基底加固采用單管法進行地基加固處理。

3.1.2 機具人員配置

機具：MJG-50型錨桿鉆機2臺，GPB-90型高壓注漿泵2臺，WJG-80型制漿機4臺，一千升漿桶1個。

人員：施工負責人1名、技術員1名、機長2名、電工及灌漿工等技術工人8名。

3.1.3 施工參數(shù)確定

1）施工技術參數(shù)

2）漿液用量計算公式：Q=Hq(1+α)/V

式中：Q為漿液用量（m3）

V為提升速度（m/min）

H為旋噴樁長度（m）

q為單位時間壓漿量（m3/min）

α 為損失系數(shù)，一般為 0.1～0.2。

3）施工配合比：水、水泥、速凝劑、膨脹劑摻入比例為：1：1：0.1：0.01。

3.2 施工工藝

3.2.1 施工準備

在隧道基底根據(jù)設計圖紙進行測量放樣，釘木樁標出每個旋噴樁的位置。在定孔位時，一定嚴格按照設計放樣定孔位，其誤差不大于2cm，并用木樁固定。在高噴灌漿軸線拐彎處應設固定樁，同時在施工軸線5～10m范圍設控制樁。

3.2.2 鉆機就位

把鉆機移至鉆孔位置，對準孔位用水平尺掌握機臺水平，立軸垂直、墊牢機架、鉆機的垂直度度偏差不不大于1%～%1.5，經(jīng)技術人員驗測合格后方可開鉆。如發(fā)現(xiàn)鉆機傾斜，則停機找平后再開鉆。就位后，首先進行低壓（0.5MPa）射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

3.2.3 鉆機成孔

鉆進過程中，提升速度20cm/min，轉速20r/min，鉆孔位置與設計位置允許偏差不得大于50mm。遇到異常情況及時查明原因，采取相應措施，對地層變化、顆粒大小、硬度等要詳細記錄，鉆孔結束后，由技術人員進行質量檢查，合格后方可移位進行下一個孔的鉆進。

為保證施工現(xiàn)場干燥，在鉆孔施工前，根據(jù)旋噴樁的軸線，開挖一條深0.2米，寬約1米的泥漿槽，防止泥漿或廢漿液到處溢流。

3.2.4 插管噴射

將噴射臺車移至成孔處，先在地面進行漿、氣試噴，檢查各項工藝參數(shù)符合設計要求后將噴射管下至設計深度。插管過程中為防止泥沙堵塞噴嘴，采用邊射水、邊插管，水壓力不超過1MPa。壓力過大時發(fā)生過孔壁射塌現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場質檢人員檢查認可后方可進行高噴灌漿施工，噴射過程中如遇特殊情況，如漿壓過高或噴嘴堵塞等，應將噴射管提出地面進行處理，處理好后再進行施工。

根據(jù)我國冷鮮肉行業(yè)標準，要求可食用冷鮮肉菌落總數(shù)≤1×106(CFU/g)。從表2中可知，樣品的初始菌落數(shù)為0.006×104(CFU/g)。羊肉貯藏過程中，各處理組菌落總數(shù)均隨時間的延長而上升。

3.2.5 噴漿材料

采用P.S.A32.5普通硅酸鹽水泥拌制，水泥應為新鮮無結塊，通過0.08mm方孔篩的篩余量為≤5%，每批次進場水泥必須有生產(chǎn)廠家產(chǎn)品合格證，并根據(jù)有關規(guī)定進行抽查檢驗。制漿用水必須保證清潔無污染，符合拌制水工砼的要求。

3.2.6 制漿

按設計配合比進行漿液攪制，在制漿過程中應隨時測量漿液比重，每孔高噴灌漿結束后要統(tǒng)計該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機攪制，拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時間不小于30S，一次攪拌使用時間亦控制在4h以內(nèi)。

3.2.7 噴射提升

當噴射管下至設計深度，開始送入符合要求的漿、氣，待注入漿液冒出孔口時，按設計的提升方式及速度自下而上提升，直至提升到設計的終噴高程。

噴射過程中，值班技術人員應隨時檢查各環(huán)節(jié)的運行情況，并根據(jù)具體情況采取下列措施：

2）噴射因故障中斷，應酌情處理：

（1）因機械故障，要盡力縮短中斷時間，及早恢復灌漿；

（2）如中斷時間超過1小時，要采取補救措施；

（3）恢復噴射時，噴射管要多下0.3m，保證凝結體的連續(xù)性。

3.2.8 回灌

噴射結束后，隨即在噴射孔內(nèi)進行靜壓充填灌漿，直到漿面不再下沉為止，保證高噴防滲墻固結后墻頂標高，回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

3.2.9 記錄

現(xiàn)場技術人員應時刻注意檢查水泥漿初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉提升隨度等參數(shù)，與設計要求進行比照，隨時做好記錄，并繪制作業(yè)過程曲線。

噴射施工完畢后，把注漿管等機具設備沖洗干凈，采用水泥漿換成水，在仰拱面上噴射，清除泥漿泵、注漿管內(nèi)、軟管內(nèi)殘存水泥漿。

3.2.10 工藝流程圖

圖1 旋噴樁施工流程圖

3.3 施工質量控制措施

3.3.1 鉆機就位時機座平穩(wěn)，立軸或轉盤與孔位對正，傾角與設計誤差不大于0.5°。

3.3.2 噴射注漿前，先檢查高壓設備管路系統(tǒng)，設備的壓力和排量滿足設計要求，管路系統(tǒng)密封圈良好，各通道和噴嘴無雜物；噴射注漿時，注意開動注漿泵，待估算水泥漿的前鋒流出噴頭后，開始提升注漿管，噴射注漿的孔段與前段搭接0.1m，防止固結體脫節(jié)；噴射注漿作業(yè)后，由于水泥漿析水會出現(xiàn)收縮固結體頂面出現(xiàn)凹穴，所以及時用水泥漿進行補灌，防止鉆孔排出的泥漿雜物流入。

3.3.3 在相鄰兩個孔間開挖排漿溝，形成樁與樁之間的系梁，以提高復核地基總體的承載力。

3.3.4 冒漿處理：在旋噴處理中，有一定數(shù)量的土粒，隨著一部分水泥漿沿著注漿管管壁冒出地面。通過現(xiàn)場試驗員觀察，及時了解土層狀況，噴射的大致效果和噴射參數(shù)的合理性等。冒漿量小于注漿量的20%者為正?，F(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿，技術查明原因，并采取如下措施：

1）若基底黃土空隙過大引起不冒漿，采用在水泥漿中添加速凝劑，縮短固結時間，使水泥漿在一定土層范圍內(nèi)凝固另外在空隙地段增加注漿量，填充完空隙后在繼續(xù)正常施工。

2）冒漿量過大時，一般為有效噴射范圍與水泥漿不相適應，注漿量超過旋噴固結所需的漿量造成的。減少的方法根據(jù)現(xiàn)場的實際情況采取提高噴射壓力、適當縮小噴嘴直徑、控制固結體形狀。

3.4 質量檢驗

本工程旋噴樁施工完成后采用室內(nèi)試驗及荷載試驗兩種方法進行質量檢驗。

室內(nèi)試驗：共制作3組標準試件進行無側限抗壓強度試驗，強度大于設計的2.5MPa為滿足要求。

荷載試驗：有平板靜荷試驗和載荷板試驗兩種，本工程采用靜荷載試驗，試驗結果為單樁承載力300~320kPa，大于設計值300kPa。樁間土的承載力為155～170kPa，大于設計值150MPa，滿足設計要求。

4 結束語

該黃土隧道基底經(jīng)過旋噴樁加固后，隧道仰拱及二次襯砌進行施工作業(yè)以及來往行車期間，已施工區(qū)段的仰拱和二次襯砌未發(fā)生明顯沉降，保證了隧道施工安全，軟土地基加固取得較好的施工效果，為類同項目提供了借鑒。