寧建安

（甘肅新方位工程咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

武威市永昌鎮(zhèn)和五和鄉(xiāng)基本沒有任何排水收集處理設(shè)施，污水接入自家化糞池或直接散排到地面上，對(duì)環(huán)境和鎮(zhèn)區(qū)的發(fā)展造成極為不利的影響，同時(shí)對(duì)整個(gè)園區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展形成巨大阻礙。隨著武威裝備制造與新能源工業(yè)園區(qū)近幾年的快速發(fā)展，入駐的企業(yè)及工作人口越來越多，對(duì)生活配套設(shè)施的要求不斷增加，產(chǎn)生的污水將對(duì)周圍環(huán)境造成破壞。為完善武威金太陽高新技術(shù)集中區(qū)及武威新能源裝備制造產(chǎn)業(yè)園及永昌鎮(zhèn)、五和鄉(xiāng)集鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施，涼州區(qū)政府建設(shè)武威市涼州區(qū)永昌鎮(zhèn)污水處理工程，以解決兩個(gè)園區(qū)及永昌鎮(zhèn)、五和鄉(xiāng)集鎮(zhèn)污水處理問題。

尾水排放至污水廠以東，距離約8.0km 的石羊河，從地形可知，沿線高程逐漸降低，污水廠位置自然高程為1530m 左右，石羊河附近自然高程為1470m 左右，管網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)重力接入。尾水管道與G3017 金武高速裝備園匝道正交布置，為保證匝道上車輛通行安全以及最大限度的減小對(duì)路基的影響，采用頂管施工工藝，頂管采用DN1500mm 的Ⅲ級(jí)鋼承口鋼筋混凝土管，頂進(jìn)管道中心距現(xiàn)狀地面約3.6m，頂管工作井采用鋼板樁維護(hù)矩形井，尺寸為8m×6m×5m，工作井頂管后座墻采用6m×5m×0.8m 的C30 混凝土，頂管接收井采用鋼板樁維護(hù)矩形井，尺寸為8m×6m×5m。頂管完成后，頂管內(nèi)穿D800 鋼管，鋼管基礎(chǔ)采用C30 混凝土，包封角120°。端頭采用C30 混凝土封堵。下穿匝道部分采用頂管施工，頂管采用DN1500mmⅢ級(jí)鋼承口鋼筋混凝土管，壁厚150mm，頂管長度34m，其中工作井與接收井內(nèi)各外露1m。頂管穿過卵石層，為第四系全新統(tǒng)沖洪積物，青灰色，一般粒徑為4～8cm，最大粒徑為20～30cm，粒徑大于2cm 的顆粒的質(zhì)量占總質(zhì)量的70%，磨圓度較好，母巖類型以石英巖、花崗巖、砂巖為主，充填物以中細(xì)砂為主，含量為25%～30%，局部夾有薄層粉細(xì)砂及粉質(zhì)黏土，偶含漂石，中密～密實(shí)。卵石層無黏聚力，頂進(jìn)過程中塌方嚴(yán)重，阻力過大頂進(jìn)困難且糾偏困難。為有效控制地表沉降，本文采用自進(jìn)式中空錨桿超前深孔注漿加固頂管上半周地層，使松散的卵石層通過水泥-水玻璃漿液膠結(jié)成整體，在頂進(jìn)施工中起到“套拱”的作用，減少超挖，使頂管工程順利推進(jìn)。

2 自進(jìn)式中空錨桿簡(jiǎn)介

由厚壁無縫鋼管制作而成的自進(jìn)式中空錨桿，表面具有標(biāo)準(zhǔn)的螺紋，搭配穿透力強(qiáng)的鉆頭，在一般鑿巖機(jī)械的作用下，可以輕易穿透各類巖石。中空的鉆桿作為錨桿無須拔出，亦可作為注漿通道，集成孔、錨固、注漿等多種功能與一體。高效能的止?jié){塞使注漿能保持較強(qiáng)的注漿壓力，充分地充填空隙，固定破碎巖體，高強(qiáng)度的墊板、螺母可以將深層圍巖應(yīng)力均勻地傳遞到周壁圍巖上，達(dá)到圍巖與錨桿互為支護(hù)的目的。自進(jìn)式中空錨桿如圖1 所示。

圖1 自進(jìn)式中空錨桿

3 自進(jìn)式中空錨桿注漿方案設(shè)計(jì)

針對(duì)松散卵石層無黏聚力，自穩(wěn)能力差，頂進(jìn)過程中坍塌嚴(yán)重的問題，在頂管上半周采用φ51mm 自進(jìn)式中空錨桿鉆進(jìn)成孔。短進(jìn)尺鉆孔注漿施工簡(jiǎn)便快速，由于頂管直徑為1500mm，管內(nèi)不具備施工條件，因此采用一次成孔。單液水泥漿凝結(jié)時(shí)間長，且凝結(jié)時(shí)間難以控制，水泥-水玻璃雙漿液通過添加速凝劑或者緩凝劑等添加劑，按照不同比例的水泥漿和水玻璃相互混合，初凝時(shí)間可控制在十幾秒到幾十分鐘不等，注漿固結(jié)體強(qiáng)度高，結(jié)實(shí)率也比單液水泥漿要高。

水泥水玻璃雙漿液通過中空錨桿體注入卵石層后，水玻璃可與土層中碳酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硅膠，水泥與土顆粒及土層中其他填充物膠結(jié)，同時(shí)水玻璃可促使水泥早凝，避免沉淀、析水，保證漿液和易性、可注性，充分利用水玻璃溶液黏度低、可注性好、來源廣泛、無污染、造價(jià)低的特點(diǎn)和超細(xì)水泥粒徑小、可灌性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，注漿液通過土層中孔隙，起劈裂和滲流充填作用，所經(jīng)之處均與土層牢固膠結(jié)，提高圍巖自穩(wěn)能力[1]。故而采用水泥-水玻璃雙液超前深孔注漿加固土層，再進(jìn)行頂管施工。注漿孔布置如圖2 所示。

圖2 注漿孔布置

一般，利用一定的壓力使?jié){液填充卵石層，并排擠孔隙中的自由水和氣體，這種方法稱為靜壓滲透法，該方法可以基本上不改變?cè)瓲钔恋慕Y(jié)構(gòu)和體積（砂性土注漿的結(jié)構(gòu)原理），所用注漿壓力相對(duì)較小[2]。滲透注漿容許注漿壓力按照1.0MPa 進(jìn)行計(jì)算，漿液擴(kuò)散半徑根據(jù)馬格球形擴(kuò)散理論的簡(jiǎn)化公式[3-5]計(jì)算，如式（1）所示。

式中：R——漿液擴(kuò)散半徑，cm；k——地層滲透系數(shù)，cm/s；h——注漿壓力水頭，cm；r——注漿管半徑，cm；t——注漿持續(xù)時(shí)間，s；β——漿液相對(duì)黏度；n——地層孔隙率。計(jì)算參數(shù)取值及結(jié)果如表1 所示。

表1 漿液擴(kuò)散半徑計(jì)算

漿液擴(kuò)散半徑50cm，孔間距宜為漿液擴(kuò)散半徑的0.8～1.7 倍，取40cm，環(huán)間距宜為孔間距的0.8～1.0 倍，取35cm，入射角度為斜向上1°。

注漿量按照式（2）[6]計(jì)算。

式中：Q——注漿量，m3；e——土體孔隙比；R——漿液擴(kuò)散半徑，m；h——注漿段的長度，m；α——有效注漿系數(shù)；β——損失系數(shù)，可取0.3～0.5。

注漿量計(jì)算參數(shù)取值及結(jié)果如表2 所示。

表2 注漿量計(jì)算

注漿加固應(yīng)采用注漿壓力與注漿量雙控，注漿壓力1.0MPa，單孔注漿量8.48m3，以填充卵石空隙為宜，待漿液固化后再進(jìn)行頂管施工。

4 自進(jìn)式中空錨桿注漿技術(shù)施工工藝

4.1 鉆進(jìn)成孔

施工時(shí)應(yīng)在場(chǎng)地附近先進(jìn)行鉆孔注漿試驗(yàn)，掌握鉆進(jìn)參數(shù)，確定漿液配合比、注漿方法和工藝，檢測(cè)漿液充填效果，修正注漿壓力、注漿量等參數(shù)。試驗(yàn)鉆孔深度應(yīng)大于設(shè)計(jì)孔深，并全孔取芯詳細(xì)記錄地層分層情況以及地層特性。試驗(yàn)注漿時(shí)應(yīng)對(duì)孔口進(jìn)行封閉，由低壓、較大注入量開始，至終壓、較小注入量結(jié)束。測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)放線工作，標(biāo)定注漿孔位，要求孔位偏差為±3cm，入射角度偏差不大于1°。鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆桿的垂直度，對(duì)準(zhǔn)孔位后，鉆機(jī)不得移位，也不得隨意升降。根據(jù)試驗(yàn)孔獲得的鉆進(jìn)參數(shù)，緩慢勻速鉆進(jìn)，同時(shí)監(jiān)測(cè)地表沉降情況，出現(xiàn)較大沉降或者沉降數(shù)據(jù)突變時(shí)，應(yīng)立即停鉆，分析原因后再進(jìn)行施工。每鉆進(jìn)一段，檢查一段，及時(shí)糾偏。鉆孔和注漿順序由外向內(nèi)，同一圈各孔應(yīng)間隔施工，避免注漿孔互相影響，而且后施工的注漿孔能起到補(bǔ)充加強(qiáng)先施工的注漿孔的作用。

4.2 漿液配比及制備

水泥-水玻璃雙液漿一般按照體積比來進(jìn)行配置，根據(jù)試驗(yàn)孔漿液凝結(jié)時(shí)間、注漿固結(jié)體的強(qiáng)度等資料，選定最佳配合比。

水泥-水玻璃雙液注漿材料應(yīng)根據(jù)漿液配比進(jìn)行計(jì)量，水泥等固相材料采用質(zhì)量稱量法進(jìn)行計(jì)量，水泥漿應(yīng)攪拌均勻，應(yīng)根據(jù)水泥-水玻璃雙液注漿漿液配比對(duì)集中制備的水泥漿的水灰比進(jìn)行調(diào)整，水玻璃宜在使用前加水稀釋備用，漿液自制備至用完的時(shí)間不應(yīng)超過其初凝時(shí)間[6]。

4.3 注漿

注漿次序由兩側(cè)對(duì)稱向中間、自下而上逐孔進(jìn)行注漿。注漿方式采取全段一次注漿，即一次鉆至設(shè)計(jì)全深，一次完成注漿。注漿質(zhì)量應(yīng)采用注漿量和注漿壓力雙控。注漿過程中嚴(yán)格控制注漿壓力，認(rèn)真觀察土體情況，由于漿液的進(jìn)入，引起地層變化，封閉強(qiáng)度較低的位置，可能會(huì)出現(xiàn)冒漿，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行封堵，降低注漿壓力，必要時(shí)采取間歇注漿的方式，確保漿液有效的注入地層。注漿過程中壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓，或者注漿壓力未達(dá)到終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的2 倍，可結(jié)束單孔注漿。

4.4 檢測(cè)

利用注漿體內(nèi)鉆孔，以壓力、注水等辦法測(cè)定土層的滲透系數(shù)，或者鉆取巖芯，觀察漿液充填情況，達(dá)不到要求需補(bǔ)充注漿，檢查孔的數(shù)目每環(huán)設(shè)2～3 個(gè)。

4.5 頂進(jìn)施工

頂管施工段需兩個(gè)井，分別為頂管工作井和頂管接收井，根據(jù)地質(zhì)情況，頂管工作井和接收井均宜采用鋼板樁支護(hù)，鋼板樁采用25#鋼板和20#工字鋼加工制做，頂管工作井尺寸為8m×6m×5m，頂管接收井尺寸為8m×6m×5m。工作井和操作井開挖深度超過3m時(shí)，采用放臺(tái)，土方轉(zhuǎn)運(yùn)、二次開挖的方法施工，采用槽鋼和工字鋼焊接成鋼板樁支護(hù)，安全可靠。當(dāng)工作井安全支護(hù)完成后，進(jìn)行導(dǎo)軌安裝。根據(jù)提前確定好的中線放入坑內(nèi)兩端，然后將標(biāo)高轉(zhuǎn)入坑內(nèi)，根據(jù)兩點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)軌鋪設(shè)安裝，嚴(yán)格控制導(dǎo)軌的中心位置和高程。導(dǎo)軌安裝完畢后，用C30 混凝土進(jìn)行導(dǎo)軌固定及坑底鋪設(shè)，以免在施工過程中，導(dǎo)軌移位變形。導(dǎo)軌安裝完畢后，進(jìn)行后靠背安裝，6m×5m×0.8m 的后座墻采用C30 混凝土澆注完后，養(yǎng)護(hù)72h，然后采用枕木和5cm 厚鋼板雙層鋪設(shè)，確?？勘车氖芰Υ笥陧敼艿氖芰?，嚴(yán)格控制后靠背、洞口墻的水平度和垂直度。頂管、千斤頂、后背作用點(diǎn)確保在同一軸線上，保證導(dǎo)向準(zhǔn)確。工作井內(nèi)設(shè)備安裝完畢，檢查確認(rèn)各部件處于良好狀態(tài)，即可進(jìn)行試頂。首先校驗(yàn)設(shè)備的水平及垂直標(biāo)高是否準(zhǔn)確無誤，合格后即可頂進(jìn)工具頭，然后安放2m 長的Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管，再次測(cè)量標(biāo)高，確定無誤后進(jìn)行試頂，待調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)后即可正常頂進(jìn)施工。在施工過程中，做到勤挖勤頂勤測(cè)，加強(qiáng)監(jiān)控。安裝頂鐵，啟動(dòng)液壓千斤頂，將管子推進(jìn)一定距離，停止油泵，添加頂鐵，重復(fù)以上步驟，直至需要安裝下一節(jié)管子為止。

5 結(jié)語

自進(jìn)式中空錨桿超前深孔注漿技術(shù)成功應(yīng)用于頂管工程，使松散的卵石層通過水泥-水玻璃漿液膠結(jié)成整體，在頂進(jìn)施工中起到“套拱”的作用，減少超挖，有效控制地表沉降，加快施工速度。