林 江

中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司 陜西 西安 710032

我國黃土分布廣泛，厚度較大，覆蓋陜西、山西、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、寧夏等省區(qū)，面積約63萬km2，土層厚度約250～300m。黃土發(fā)育和分布最集中的地區(qū)是黃土高原，形成了河谷多、侵蝕嚴(yán)重的黃土地貌。黃土高原黃土厚度大，表層覆蓋土層疏松多孔，垂直節(jié)理發(fā)育，新黃土遇水易坍塌。一方面，這些都是形成黃土特殊地貌的因素，同時也導(dǎo)致黃土高原地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，滑坡現(xiàn)象更為普遍。

甘肅省黃土丘陵分布廣泛，黃土滑坡災(zāi)害頻繁。黃土小型滑坡不僅經(jīng)常發(fā)生，而且對公路交通設(shè)施和城市居民構(gòu)成安全隱患；此外，還有許多嚴(yán)重的大型黃土滑坡，危害極大。

1 黃土泥巖段施工概況

本工程位于甘肅省天水市清水縣黃門鎮(zhèn)硤口村，泥巖段集中于硤口隧道右線YK106+305-YK106+517，左線ZK106+320-ZK106+534，隧底巖性為風(fēng)積黃土，大孔隙及垂直節(jié)理裂隙較發(fā)育，具有自重濕陷性抗風(fēng)化能力差，遇水易崩解，屬軟巖，地下水不發(fā)育，此段地基承載力較差，因此在右線YK106+305-YK106+517，左線ZK106+320-ZK106+534施做旋噴樁，加固地基，保證隧道的穩(wěn)定性。

2 施工風(fēng)險

根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)旋噴樁施工風(fēng)險影響成樁質(zhì)量的問題，對該段泥巖處理作了一次全面系統(tǒng)的調(diào)查，深入到技術(shù)、機械、材料和現(xiàn)場操作工人。深入分析并統(tǒng)計出各種風(fēng)險因素發(fā)生的頻率等級，如表1。

表1 高壓旋噴樁施工質(zhì)量風(fēng)險評估表

從以上圖表可以看出，“樁體豎直度偏差大”和“噴漿壓力浮動較大”這二個影響因素為中風(fēng)險，是泥巖地質(zhì)影響高壓旋噴樁施工質(zhì)量合格率主要癥結(jié)。只要集中精力將上述二個問題逐一解決即可降低質(zhì)量隱患風(fēng)險。

3 末端影響因素

針對“噴漿壓力浮動較大”和“樁位偏差大”的問題集思廣益，從“人、機、料、法、環(huán)、測”等方面分析末端影響因素，繪制了如下的關(guān)聯(lián)圖1。

4 旋噴樁施工工藝

4.1 高壓旋噴樁應(yīng)用原理

高壓噴射注漿打樁是高壓噴射注漿法的一種基本處理方法。首先用鉆機或其他設(shè)備將安裝在注入管下側(cè)的專用噴嘴放置到預(yù)定的土壤深度，然后用高壓泥漿泵在一定壓力下從噴嘴噴出水泥漿。固化一定時間后，在地下形成圓柱形固化體（即噴射注漿樁），與周圍土壤一起承載荷載，起到加固地基或防滲水的作用。高壓旋噴圍護(hù)樁施工工藝如下圖2。

4.2 區(qū)間支護(hù)參數(shù)設(shè)計

區(qū)間范圍內(nèi)設(shè)計支護(hù)參數(shù)：樁長6m，樁徑0.6m，間距1.2m，梅花形布置；漿液噴嘴2.8mm(兩個)，噴射壓力20MPa，注漿管直徑42mm，鉆頭旋轉(zhuǎn)速度22r/min，漿液流量100L/min；加固后地基承載力不小于250KPa。

4.3 旋噴樁成樁、施工工藝控制

為積累總結(jié)經(jīng)驗，旋噴樁施工前進(jìn)行試樁，根據(jù)實際情況以確定預(yù)定的漿液配比、噴射壓力、噴漿量等技術(shù)參數(shù)。試樁數(shù)量不少于3根，隧道中線1根，左右側(cè)各1根 ，具體位置根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。

表2 旋噴樁施工主要技術(shù)參數(shù)

進(jìn)場前，管道測量完成后，隧道底部應(yīng)挖至設(shè)計水平，無積水和廢渣；同時，必須合理布置工程機械、輸電管線和電力線路的位置。確保施工區(qū)域與主隧道施工逐步分開；樁施工控制點在施工前在全站儀進(jìn)行測量，并撒上白石灰作出標(biāo)記。在復(fù)試線調(diào)試合格后，利用鋼尺和試線對樁位進(jìn)行調(diào)整，保證樁孔中心位移的偏差在50mm以內(nèi)，旋噴樁施工時的回流污泥量大于10%且不超過20%。排入沉淀池的廢物泥，析出的清水可根據(jù)施工情況進(jìn)行二次利用或者無污染排放，沉淀的污泥應(yīng)與礦渣一起運出。

安裝好鉆機后，要對打樁機的垂直度進(jìn)行調(diào)整，保證鉆桿與樁的位置一致，偏差不能超過10mm，鉆孔垂直度誤差要控制在0.3%以內(nèi)。鉆井前，要對空壓機和泥漿泵進(jìn)行調(diào)整，保證設(shè)備正常運行；檢查鉆桿長度，在鉆機側(cè)面用紅漆畫一條深度線，確?？椎组L度與設(shè)計深度相匹配；鉆機建造前在地下進(jìn)行試驗 噴藥，待鉆機正常運行后，開始鉆導(dǎo)向孔。鉆孔時，為保證鉆孔深度的準(zhǔn)確性，應(yīng)該詳細(xì)記錄鉆桿接頭的數(shù)量[1]。

旋噴樁下鉆至一定深度時，要將芯管更換為噴射注漿管，將其安裝至規(guī)定深度。為防止噴漿時堵塞噴嘴，應(yīng)該給噴嘴插上管道。從下向上旋轉(zhuǎn)噴射，同時清洗和釋放污泥。噴涂時，先達(dá)到預(yù)設(shè)的噴霧壓力和漿液噴霧，然后慢慢統(tǒng)一旋轉(zhuǎn)噴嘴，然后逐漸抬起旋轉(zhuǎn)噴嘴，避免旋轉(zhuǎn)噴嘴扭曲和折斷。為保證樁底質(zhì)量，當(dāng)噴嘴下降至設(shè)計深度時，將其旋轉(zhuǎn)至原位約10s，待孔口正常充滿后旋轉(zhuǎn)提升。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不應(yīng)中斷。鉆機折斷時，應(yīng)停止起吊和轉(zhuǎn)動鉆桿，防止斷樁，并立即修理消除故障。

防止旋轉(zhuǎn)噴嘴扭曲和斷裂。在噴頭下降至設(shè)計深度時，可將其在原位旋轉(zhuǎn)10s，待孔口充滿后再旋轉(zhuǎn)提升，如此可以保證樁底的質(zhì)量。鉆桿必須連續(xù)地提升和旋轉(zhuǎn)，若是鉆機折斷，應(yīng)停止提升和旋轉(zhuǎn)，以免造成斷樁，并立即修理，排除故障。為提高樁基質(zhì)量，必須在距樁基1.0m以內(nèi)準(zhǔn)確增加鉆桿注漿和旋噴時間。在旋噴拆除過程中，可根據(jù)不同土層調(diào)整旋噴參數(shù)。

4.4 成樁質(zhì)量檢查

噴射施工質(zhì)量檢查應(yīng)在高壓噴射灌漿完成后一周內(nèi)進(jìn)行，檢查內(nèi)容主要包括加固區(qū)取芯試驗。檢查點數(shù)量為施工灌漿孔數(shù)量的1%，不合格的重新噴涂。檢查點位置為：荷載較大處、樁中心線處、施工異常處。旋噴樁的檢查可通過鉆孔和取芯進(jìn)行。

樁體質(zhì)量一般采用鉆芯取芯法，但考慮到施工中固結(jié)體的鉆芯會破壞樁身整體完整性和穩(wěn)定性，采用復(fù)合地基承載力法進(jìn)行綜合檢測，見圖3。

5 黃土-泥巖接觸面滑坡的影響因素

5.1 地貌條件

黃土丘陵地貌是在地球內(nèi)外力作用下形成的，為黃土泥巖接觸面滑坡的發(fā)育提供了地貌條件。地貌條件是確定邊坡形狀的基礎(chǔ)，直接影響邊坡的穩(wěn)定性。邊坡形狀主要指邊坡高度、坡角、自由狀態(tài)和邊坡剖面形狀。

在黃土丘陵區(qū)，由于特殊的地貌條件，邊坡坡度一般在10°～20°左右。在上部覆蓋黃土、下部覆蓋泥巖的“雙層非均質(zhì)”邊坡結(jié)構(gòu)中，由于黃土-泥巖接觸面傾角也在10°～20°左右，接觸區(qū)易形成軟弱結(jié)構(gòu)面。因此，在黃土-泥巖接觸滑坡的研究中，應(yīng)特別注意地貌條件的作用。

5.2 巖土性質(zhì)

巖土性質(zhì)的差異是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的基本因素。不同的巖土具有不同的變形破壞模式。由于各種巖土的親水性、礦物組成和抗風(fēng)化能力差異較大，一些巖土容易發(fā)生滑坡。黃土丘陵區(qū)上覆第四系黃土、新近系和古近系泥質(zhì)巖是易發(fā)生滑坡的巖土體，構(gòu)成黃土丘陵區(qū)滑坡的滑動層。這類巖土抗剪性差，水敏性強，遇水易軟化，進(jìn)一步降低土體強度。因此，黃土丘陵區(qū)黃土-泥巖接觸面邊坡穩(wěn)定性較差，在外界因素的影響下極易失穩(wěn)和滑動。

5.3 水的作用

水對黃土-泥巖界面邊坡穩(wěn)定性影響顯著，主要表現(xiàn)在軟化、洗刷、浮選、靜水壓力和動水壓力等方面。水的軟化作用主要表現(xiàn)為水分活度降低巖土強度； 水的沖刷使坡腳和滑面脫離；浮力會降低斜坡的有效重量。有利于邊坡穩(wěn)定； 靜水壓力通常充滿水。自由面不利于邊坡穩(wěn)定,由于多種水源的綜合作用，造成邊坡失穩(wěn)的因素很多，包括地下水、降水、灌溉等[2]。

5.4 地震與人為因素

地震對黃土-泥巖接觸邊坡的穩(wěn)定性影響很大。在水平地震力作用下，法向壓力降低，滑動力增大，邊坡易發(fā)生滑動。在強烈振動的影響下，也會使地震帶附近的巖土發(fā)生松動破壞，對邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成潛在威脅。

人為因素對黃土-泥巖接觸面邊坡穩(wěn)定性的影響也是顯著的。在生產(chǎn)和生活中，人工削坡不好、施工不當(dāng)造成排水不暢、土木工程破壞自然邊坡平衡等都會造成邊坡穩(wěn)定性失穩(wěn)和破壞。

6 高壓旋噴樁在黃土泥巖接觸面滑坡防治中的應(yīng)用

6.1 前期工作準(zhǔn)備

提前準(zhǔn)備項目資金和相關(guān)材料。建筑材料的使用將影響建筑的整體工程設(shè)計，因此必須仔細(xì)考慮建筑材料的選擇。擬選用的基層水泥主要為普通硅酸鹽水泥，質(zhì)量較好，滲透率一般在26%左右。

改善建筑物的環(huán)境衛(wèi)生保護(hù)設(shè)施。保證了公路周邊的暢通，供水管道可隨時為周邊人員提供充足的生活用水、用電，滿足供電需求。施工期間，場地內(nèi)的建筑地基必須干燥平整，地面雜草必須完全清除。

6.2 施工第二階段

灌漿準(zhǔn)備。通常使用水泥漿，澆筑前需將水泥漿攪拌均勻，確保內(nèi)部空氣完全排除。

鉆頭準(zhǔn)備。漿料攪拌器安裝好后，在正常循環(huán)期間將其位置調(diào)整到所需量，然后固定。噴射緩沖塊是預(yù)先手動調(diào)試的，鉆機通過每個鉆頭的噴嘴自動正確對準(zhǔn)每個塊中射流的預(yù)留位置，正確調(diào)整緩沖塊的射流傾角和射流角度，將三個射流塊均勻壓平，然后進(jìn)行鉆機測試由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)試，包括從油井內(nèi)部到鉆井點的間隔鉆孔距離，從油井內(nèi)部到開采點鉆尖的鉆頭間隙尺寸和鉆孔長度，以及最大進(jìn)入深度鉆頭從油井內(nèi)部到采點深部，保證鉆機在油井內(nèi)二次鉆進(jìn)時，能準(zhǔn)確有效地鉆進(jìn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

泥漿應(yīng)進(jìn)行噴涂并防水。試噴：安裝高壓鉆機和專用高壓空氣噴射器后，首先要進(jìn)行高壓噴淋試驗。無質(zhì)量問題后再試噴，對準(zhǔn)訓(xùn)練好的孔后高壓噴。噴射：安裝用于噴涂水泥混凝土漿的電機應(yīng)放置在深孔中。養(yǎng)護(hù)后，應(yīng)向內(nèi)或向外連續(xù)噴射水泥混凝土漿液[3]。電機飛速運作時，應(yīng)特別注意電機高壓自動噴射器的平均壓力大于平均值，且流動均勻。低于此平均壓力的泥漿和泥漿空氣，及時了解壓力和泥漿氣流的情況。如果高壓噴射器噴出的水泥混凝土漿液全部被孔口完全堵住并沿此方向快速流動，則執(zhí)行高壓自動旋轉(zhuǎn)直噴電機，將所有水泥混凝土漿液緩慢旋轉(zhuǎn) 360°，反復(fù)旋轉(zhuǎn)，使水泥混凝土充分凝固后，完全形成旋轉(zhuǎn)方向的射流運動形狀，通過高壓攪拌，使水泥混凝土體與所有水泥漿料均勻結(jié)合，使其固結(jié)成為一種具有高硬度、高運動強度和穩(wěn)定運動過程的結(jié)構(gòu)，在水泥的基礎(chǔ)上起著重要的強度作用。

7 旋噴質(zhì)量檢查內(nèi)容

做好質(zhì)量測試工作是項目質(zhì)量保證的重要組成部分，在施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)鋼筋混凝土頂部孔洞過多或過少，造成機械損傷。只要治療到位，就會開對癥藥，及時去除，才能保證順利生長。旋噴固結(jié)體直接壓印在地層中，屬于隱蔽工程，與其他基礎(chǔ)處理工程不同，旋噴樁體的質(zhì)量無法直接看到，需要采用科學(xué)實用的檢測手段來鑒別加固.質(zhì)量控制的主要內(nèi)容如下。

（1）固結(jié)體的完整性和一致性；

（2）固結(jié)體體的有效直徑；

（3）固結(jié)體垂直度；

（4）固結(jié)體的強度特性（包括軸壓、水平壓、抗酸堿、抗凍、抗樁等）；

（5）固結(jié)體腐蝕和耐久性等。

旋噴質(zhì)量檢驗時間可分為施工前檢驗和施工后檢驗。在施工前，對設(shè)計所需鋼筋混凝土的設(shè)計主要是通過現(xiàn)場噴淋試驗來確定是否是設(shè)計中使用的旋轉(zhuǎn)噴量規(guī)的選擇。是否合適，綜合車身質(zhì)量是否能滿足設(shè)計要求。如果某些指標(biāo)不符合設(shè)計要求，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣頋M足旋噴質(zhì)量的設(shè)計要求。

施工后檢驗一般在旋噴施工過程中或一段時間內(nèi)進(jìn)行，以確定旋噴施工質(zhì)量，至少要進(jìn)行兩次檢查，必須配備檢測設(shè)備。聯(lián)合作業(yè)過程中地質(zhì)條件復(fù)雜、現(xiàn)象異常的地區(qū)。

如果測試不合格，應(yīng)對錯誤位置采取進(jìn)一步的噴涂或有效的糾正措施，然后進(jìn)行質(zhì)量檢查。

8 結(jié)語

綜上所述，旋噴樁施工技術(shù)具有諸多優(yōu)點和特殊性，在實際隧道施工中得到廣泛應(yīng)用。充分利用該隧道施工技術(shù)，可有效縮短施工時間，增加多處水處理深度，且不會造成嚴(yán)重沉降。因此，在隧道施工過程中，要合理運用旋噴樁施工技術(shù)，全面提高施工強度和施工安全，從而提高工程整體質(zhì)量，交付良好的隧道運輸服務(wù)。