馬乃富

(廣西金龍高速公路有限公司，廣西 柳州 545200)

0 引言

近年來，隧道軟基承載力不足而引起的工程事故時(shí)有發(fā)生，當(dāng)隧道底板遇到溶巖，特別是成層溶洞發(fā)育且不易清除時(shí)，采用何種處理方法才能保證隧道底板的施工質(zhì)量，是現(xiàn)階段隧道軟基處理中的重要問題。本文通過不同施工方案進(jìn)行比選，最終采用了鋼管樁法施工方案，用以防止隧道整體下沉，并就鋼管樁的具體方案、施工工序及注意事項(xiàng)做了闡述。

1 項(xiàng)目概況

大塘隧道為分離式中隧道，隧道走向約為208°，左線970 m，右線960 m；隧道區(qū)屬巖溶叢洼地貌，山體斜坡上陡下緩，大部分基巖出露，進(jìn)出洞口前為谷地；地層主要是石炭系中統(tǒng)黃龍組灰?guī)r，位于甲伴嶺區(qū)域性大斷層影響帶內(nèi)，山體巖層呈單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀變化較大。左右洞貫通后，在施工過程中發(fā)現(xiàn)左洞JK139+495～JK139+555段溶巖極為發(fā)育，且JK139+525～JK139+545段初襯因溶巖發(fā)育影響而發(fā)生下沉。

2 項(xiàng)目地質(zhì)勘察及安全評價(jià)

為了查明隧道底板基巖隱伏巖溶的分布情況，為隧道底板安全評價(jià)提供工程地質(zhì)依據(jù)，在隧道左洞JK139+495～JK139+555段開展了以鉆探為主，調(diào)查為輔的地質(zhì)勘察工作。本次勘察沿JK139+510～JK139+554洞中軸線左側(cè)2.5 m、右側(cè)2.5 m各布鉆孔5個，共10孔，共進(jìn)尺282.2 m，其中溶洞107.4 m，中風(fēng)化巖174.8 m；10個鉆孔均遇到溶洞，遇洞率100%，線巖溶率為3.0%～59%，施工所遇溶洞底板埋深1.0～6.6 m，施工開挖遇到溶洞做了回填處理，填充物主要為軟塑～可塑狀黏土混碎石；底板以下鉆探所露溶洞垂直高0.5～13.1 m，洞內(nèi)多填充可塑～軟塑狀黏土，較為松軟，未充分固結(jié)。除本勘察段外，施工所遇到的溶洞以中小溶洞為主，部分溶洞出現(xiàn)涌沙涌水現(xiàn)象，隧址區(qū)內(nèi)巖溶往往由地表的縱深裂隙、落水洞或溶洞等向下延伸至隧道附近時(shí)逐漸擴(kuò)大為溶洞，通過開挖過程中隧道涌水情況來看，各溶洞多與地表溶蝕裂隙連通，雨季地表水多沿裂隙下滲匯集至溶洞內(nèi)形成溶洞水，水流匯集和消散的時(shí)間均較長，水量隨降雨變化較大，但總體水量不大。

勘察段巖溶形態(tài)以溶洞、溶蝕裂隙為主，其中溶蝕裂隙、溶洞較發(fā)育，特別是溶洞強(qiáng)烈發(fā)育，溶洞空間形態(tài)多呈漏斗狀，巖體較破碎～較完成，裂隙填充物以鐵質(zhì)氧化物方解石脈為主。鉆孔揭露地下巖溶底板埋深最大為29.8 m，填充物主要為可塑～軟塑狀黏土?？辈旆秶鷥?nèi)所揭露溶洞及地下溶洞危及隧道底板的安全，應(yīng)采取措施對隧道底板進(jìn)行加固處理。

3 項(xiàng)目施工方案的確定

通過對項(xiàng)目地質(zhì)的勘察分析可知本項(xiàng)目有巖溶規(guī)模較大，且形態(tài)復(fù)雜多變，空間分布各異，處理難度大等特點(diǎn)，通過對鋼管樁、樁基梁板、高壓旋噴+筏板基礎(chǔ)等方案進(jìn)行比選，對不同施工方法的對比，認(rèn)為鋼管樁施工方案更適合本項(xiàng)目的施工。鋼管樁施工方法具有承載能力大、規(guī)格多、樁長易調(diào)整，浪費(fèi)少、對周邊影響少、施工速度快、質(zhì)量有保證以及不易腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。承載力大主要是由于其具有極強(qiáng)的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度，在基礎(chǔ)持力層軟弱的前提下也可以發(fā)揮其受力特性，提高單樁承載力，減少樁的使用數(shù)量。目前常用的鋼管樁直徑多達(dá)幾十種規(guī)格，可根據(jù)地質(zhì)條件和受力情況的不同，選擇使用一種或幾種不同規(guī)格的鋼管樁，充分利用其強(qiáng)度，可焊接或截?cái)?，減少浪費(fèi)，降低成本。鋼管樁施工過程中大多采用敞口式，在壓樁過程中土體可以進(jìn)入樁身，進(jìn)而形成土塞效應(yīng)，降低表土隆起，減小擾動。鋼管樁每節(jié)采用焊接連接，焊后可迅速進(jìn)行壓樁，施工方便，間歇時(shí)間短，強(qiáng)度高，對堅(jiān)硬土層也可以輕易穿透，減少人工處理的情況。鋼管樁施工所采用的鋼管通常是由廠家制作完成運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行焊接，焊接質(zhì)量易控制，施工操作簡單且其剛性較大，不易彎曲。鋼管樁埋置于基礎(chǔ)之下，不與外界自然環(huán)境接觸，且其內(nèi)壁處于封閉狀態(tài)，可不考慮其腐蝕度，對于外側(cè)與地下水接觸位置，可通過涂防腐層的做法減少其腐蝕程度。

4 鋼管樁施工流程及工藝

大塘隧道施工分8個區(qū)(如圖1)，本文以①區(qū)為例詳細(xì)敘述鋼管樁施工流程及工藝。

圖1 施工分區(qū)示意圖

4.1 施工流程

根據(jù)鋼管樁的組合形式，其設(shè)計(jì)施工流程為：做墊層→鉆孔→清孔→吊放鋼花管→二次清孔→注漿→成樁→清理管內(nèi)泥漿→28 d 養(yǎng)護(hù)→靜載實(shí)驗(yàn)。

4.2 施工工藝

考慮到防止隧道整體下沉，隧道中軸線附近受力相對較小，主要受力范圍集中在拱腳附近范圍的特點(diǎn)，依據(jù)JK139+495～JK139+555溶洞段地質(zhì)縱斷面圖、柱狀圖及工地實(shí)際，具體處理方案為：

鋼管樁分為A型與B型，A型有效直徑≥15 cm，內(nèi)置φ89×5 mm鋼花管；B型有效直徑≥10 cm，內(nèi)置φ42×4 mm鋼花管(見圖2)。鋼花管應(yīng)嵌入樁頂墊臺30 cm，其中A型樁樁端應(yīng)入完整基巖0.5 m，樁底完整基巖≥5 m，B型樁樁端應(yīng)入完整基巖0.5 m(見圖3)。采用靜載試驗(yàn)對鋼管樁進(jìn)行承載試驗(yàn)，試驗(yàn)樁數(shù)不少于總樁數(shù)的0.2%，其中A型樁單樁承載力≥478 kN，B型樁≥192 kN，復(fù)合地基承載力≥350 kPa。

(1)墊層。初期支護(hù)拱腳采用Ⅰ18工字鋼縱梁連接，工字鋼底部采用240 mm×10 mm鋼板連接。工字鋼布置于初支型鋼及鋼板中心區(qū)，初支型鋼及鋼板與鋼縱梁的連接采用雙側(cè)角焊縫焊接，焊縫尺寸為8 mm。澆注墊臺時(shí)，工字鋼縱梁澆入墊臺中。

(2)鉆孔。從現(xiàn)場臨時(shí)仰拱標(biāo)高處鉆孔，鉆孔應(yīng)根據(jù)布控平面與現(xiàn)有地面的鉆孔關(guān)系進(jìn)行放樣鉆孔。A型有效直徑≥15 cm，B型有效直徑≥10 cm。施工時(shí)采用隔樁施作等方式，減少施工對已施作鋼管樁的影響。鋼花管處理區(qū)外的淺層黏土以M7.5漿砌片石換填，換填區(qū)采用風(fēng)鉆、潛孔鉆進(jìn)行鉆孔，驗(yàn)證底部基巖厚度，鉆孔間距≤1.5 m×2 m(縱向×橫向)，遇到特殊情況，及時(shí)報(bào)告相關(guān)單位。待第一批鉆孔完成并鋼管樁安裝注漿后，再施工剩下的鋼管樁。鉆孔達(dá)到要求后，高壓清孔，最后進(jìn)行放管(見圖4)。

圖2 A、B型斷面示意圖

(a)A型管側(cè)面

(b)B型管側(cè)面

圖4 布孔平面示意圖

(3)放鋼花管。鋼花管長度應(yīng)達(dá)到臨時(shí)仰拱標(biāo)高之上，在鋼花管外徑外側(cè)投放細(xì)石骨料，粒徑為5～15 mm，填灌前用水沖洗，填灌體積不小于計(jì)算體積的0.9倍，從鋼花管進(jìn)行壓漿。鋼花管注漿孔直徑為8 mm，間距30 cm，梅花型布置，樁頭做成圓錐型，圓錐長度為20 cm，樁尾50 cm范圍內(nèi)不必開孔(見圖5)。

圖5 鋼花管開孔示意圖

(4)注漿。注漿時(shí)應(yīng)控制注漿壓力，使?jié){液均勻上冒，直至泛出樁頭，注漿起始壓力≥1 MPa，終壓為2～2.5 MPa，注漿材料采用MC-20超細(xì)水泥漿及M30水泥砂漿，超細(xì)水泥漿水灰比為1∶0.5，水泥砂漿灰漿比為1∶0.1，水灰比為1∶0.5，加入0.25%的減水劑，施工時(shí)先采用MC20超細(xì)水泥進(jìn)行注漿加固樁周巖土，超細(xì)水泥漿應(yīng)有良好的和易性，注漿擴(kuò)散半徑≥0.5 m，然后注入M30水泥砂漿填充鋼花管及碎石，實(shí)際注漿參數(shù)以現(xiàn)場試驗(yàn)為準(zhǔn)。注意施工前進(jìn)行漿液室內(nèi)配合比試驗(yàn)以及施工工藝試驗(yàn)，試樁數(shù)量應(yīng)根據(jù)試樁效果增減，并根據(jù)試樁結(jié)果確定注漿壓力、水灰比、漿液配合比等各項(xiàng)參數(shù)。

(5)養(yǎng)護(hù)。施工完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后，清除二襯仰拱標(biāo)高最低點(diǎn)下80 cm厚，切割鋼花管樁頭至設(shè)計(jì)平面。接著在底層鋪設(shè)30 cm的級配良好的碎石，碎石直徑≤3 cm。鋪設(shè)墊層后，澆注C30混凝土墊臺，墊臺內(nèi)設(shè)置2層φ16 mm鋼筋網(wǎng)，間距25 cm×25 cm，凈保護(hù)層5 cm。

4.3 注意事項(xiàng)

(1)施工中應(yīng)對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并上報(bào)相關(guān)責(zé)任方。

(2)施工中發(fā)現(xiàn)拱腳有較大收斂，應(yīng)在未施工區(qū)施加上層臨時(shí)橫撐，必要時(shí)在施工區(qū)施加上層臨時(shí)橫撐。

(3)未施工區(qū)嚴(yán)禁拆除已施加的臨時(shí)仰拱。

(4)施工過程中，應(yīng)對施工角度、樁位位置等進(jìn)行復(fù)查。

(5)應(yīng)對樁的均勻性、樁身強(qiáng)度、單樁承載力及復(fù)合地基承載力等進(jìn)行檢驗(yàn)并對樁間土取芯，檢查漿液擴(kuò)散半徑。施工過程及檢驗(yàn)應(yīng)符合《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)、《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》(JTJ123-2012)、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JB50007-2011)等相關(guān)規(guī)范的要求。

(6)每5 m布置一個監(jiān)測斷面。

(7)對于鉆孔深度與地質(zhì)縱斷面及柱狀圖差別較大的，應(yīng)向下鉆至完整基巖5 m深，并做好記錄，及時(shí)告知相關(guān)責(zé)任方。

(8)造孔過程中，若出現(xiàn)塌孔，則應(yīng)調(diào)整施工方法，采用跟管鉆進(jìn)工藝。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合大塘隧道工程實(shí)例，對隧道板底軟基處理方法的選用、施工工藝以及施工注意事項(xiàng)進(jìn)行分析。該隧道試運(yùn)營已超半年，通過現(xiàn)場觀察情況看，隧道整體穩(wěn)定，沒有沉降、錯臺、路面損壞或結(jié)構(gòu)破壞等病害的發(fā)生，由此可見鋼管樁法在隧道板底軟基處理的應(yīng)用是可行的。