钢管桩注浆加固隧道地基技术

・６８・　Ｉ。Ｊ　材　Ｓ｝ｃｈｕ叭Ｂｕｉｌｄ　Ｍａｔｅｒｔ口ｔｓ　２０１０年第３期　第３６卷总第１５５期　２０１０年６月　钢管桩注浆加固隧道地基技术　李开军　（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北涿州摘要：本文通过与传统隧道软弱地基处理方法相对　照，着重介绍了隧道软弱地基加固的新工艺——注浆加固，　０７２７５０）　２钢管布置参数的选择及注浆钢管加工　（１）地基加固参数选择与地基地质情况有关，清水隧　通过地基钢管桩注浆，从而有效地控制了地基下沉和围岩　变形，突出了其优越性，同时简述了地基加固施工工艺流　道围岩孔隙率较大和地下水较发育，扩散半径相应较大，　程及工程应用等。　关键词：地基；钢管桩；加固　中图分类号：ＴＵ４７３．１　３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—４０１１（２０１０）０３—００６８—０２　Ｏ前言　清水隧道位于洛湛铁路永岑段第ＹＱ９标段，起止里程　为：ＤＫ４３９＋３４６～ＤＫ４４２＋７８２，全长３　４３６　ｍ，是洛湛铁　路永岑段的控制性工程之一，工程地质为：上覆土层为第　四系冲洪积，坡洪积，坡残积，粉质粘土及软粉质粘土；　下伏地层为奥陶系中统缩尾岭群，石英砂岩夹页岩。地表　水及地下水发育，风化带较厚，对隧道施工有一定影响，　工程地质条件较差，设计文件中Ⅲ级围岩２　２７０　ｍ，ＩＶ级围　岩３９０　ｍ，Ｖ级围岩７７６　ｎｌ，施工难度较大。　当隧道通过通过ＤＫ４３９＋３４６一＋４３７软弱围岩时，由　于隧道基底围岩软弱、破碎，地下水发育，全风化明显等　原因，实测隧道地基承载力小于设计０．２　ＭＰａ，需要对隧道　基底进行处理，消除隧道变形、下沉、边墙挤压等隐患。　传统隧道软弱地基处理方法是：先进行上断面开挖支　护，拉开一段距离后，再进行隧道边墙开挖支护，随后分　段挖除隧道底部软弱围岩，回填片石混凝土，地基承载力　一般均能达到设计要求。但是该方法存在很多弊病：施工　安全环境差，清除软弱围岩后，边墙拱脚出现“悬空”现　象，严重影响施工安全；对周边围岩干扰严重，遇到地下　水丰富地段，开挖后周边围岩随地下水流出形成边墙空腔，　进而边墙滑落引起较大变形或坍塌；处理效果不理想，在　旱季处理的地基到雨季后，由于地下水干扰，往往引起地　基不同程度的下沉，影响运营安全。基于清水隧道的实际　地基情况，采用隧道地基钢管桩注浆加固技术较为合理：　按１　ｍ　ｘ１　ＨＩ梅花型布置中７５　ｍｍ注浆钢管，通过注浆机对　隧道地基围岩注入水泥浆液，固化围岩，提高围岩强度。　１　清水隧道地基加固工艺流程　（１）按设计做好隧道上、下断面的开挖及支护。　（２）注浆准备，包括调试注浆机、配置浆液等。　（３）隧道底部按２　ｍ分段开挖至仰拱底部。　（４）抽除地下水后立即施作仰拱，然后施作仰拱填充。　（５）当填充混凝土强度达到设计强度５０％后，按１　ｉｎ　×１　ｍ梅花型布置注浆钢管。　（６）计算理论注浆量，然后对注浆钢管间隔注浆，达　到理论用量后再持续注浆１分钟即可。　（７）采用高一等级砂浆对注浆孔封闭，防止浆液和地　下水渗出。　（８）进人下一循环作业，见图１。　施工中我们选用的参数为：１　ｍ×１　ｍ梅花型布置，具体布　置见图２。　（２）注浆钢管加工。注浆钢管周边设置注浆孔，注浆　孔直径２　Ｃｍ，每环布置３个注浆孔，纵向间距４０锄，梅花　型布置，具体设置见图３。　开挖、支护边墙　Ｉ　注浆准备　｛　分段开挖隧道基底　Ｉ　施作仰拱及填充　‘　钻　Ｌ布置注浆钢管　Ｉ　注入理论浆液　Ｉ　封闭注浆孔　Ｉ　进入下一循环作业　图１　清水隧道地基加固　图２清水隧道地基加固钢　工艺流程　管桩布置图　图３　清水隧道地基加固钢管桩加工示意图　３注浆量理论计算　注浆前，首先应该从理论上计算单根钢管的注浆量，　这样第一可以避免材料浪费，第二防止注浆量过多引起压　力过大，进而影响地基结构。　计算理论注浆量，首先取隧道底部原状围岩，进行孔　隙率测定，经测定清水隧道进口软弱段Ｂ＝Ｏ．１５，其他参　数为：Ｉ　ｍ×Ｉ　ｉｎ梅花型布置，钢管桩内径＝６５　Ｉｎｌｎ，外径　Ｄ　＝７５　ｍｍ，单根长５　ｍ，扩散半径为ｒ＝０．５　ｍ。浆液分为　两部分组成：钢管内残留量和围岩内渗透量。　残留量Ｖ１＝订×（Ｄｌ／２）　×１＝丌×（０．０３２　５）　×１　＝０．００３　ｍ　；　钢管体Ｖ２＝订ｘ（Ｄ２／２）　ｘ１＝盯ｘ（０．０３７５）　×１　、　，　＝０．００４ｍ　：　渗透量＝ｐ　Ｘ（盯×ｒ２　ｘ１一Ｖ２）＝０．１５　ｘ（１Ｔ　ｘ（０．５）　×１　—０．００４）：０．１１７ｍ　；　每米理论注浆量Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ３＝０．１２　Ｉｎ　；　单根注浆钢管注浆量为：Ｖ４＝０．１２×５＝０．６　ｍ　。　２０１０年第３期　第３６卷总第１５５期　Ｉ。』　材　ｆｃｈ“口ｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎ　￣＾　纪　・６９・　２ＯｌＯ年６月　４注浆压力及顺序控制　清水隧道地基加固注浆压力设计要求控制在０．５　ＭＰａ～　１　ＭＰａ，开始施作注浆时，由于注浆时问没有硬性控制指　标，只靠压力表来确定是否注浆完成，当注浆压力达到０．８　ＭＰａ时，引起仰拱填充出现明显裂纹，我部立即停止注浆，　分析原因如下：　注浆量Ｖ＝０．１２×５＝０．６　ｍ　，通过控制注浆量和采用间隔　注浆来避免仰拱及填充变形，当注浆量达到０．６ｍ　时，注　浆压力约为０．４　ＭＰａ。除注意注浆压力和注浆量外，注浆过　程中要合理安排注浆顺序，采取先中问、后两边的间隔注浆　顺序，这样做的目的一是为了理想的挤压地下软弱围岩向两　边“流动”，使注浆获得比较好的效果。二是尽量减少注浆压　力扩散面，减少对仰拱及填充的挠动，具体顺序见图４。　隧　道　由　隧道基底地下水较为发育，也就形成了仰拱下相对连　通的流体围岩，虽然注浆钢管内径仅为７５　ｍｍ，根据连通　器原理，地下注浆所影响面的压强基本和压力表显示相近，　我们以注浆压力Ｐ＝０．３　ＭＰａ为例，假如影响半径为３　Ｉｎ，　根据压力计算公式Ｆ＝Ｐ×Ｓ计算注浆引起向上压力取为：　Ｆ＝３００　ｋＰａ×竹×９　ｍ　＝８　４８２　ｋＮ　心　线　④　③　③　②　①　②　②　③　③　④　③　②　③　④　③　③　②　①　②　②　③　③　③　④　抵抗来至基底压力的结构主要是三部分构成：　③　②　（１）混凝土自重：按填充５０　ｃｍ厚计算，该范围填充　混凝土重量为：　Ｗ１＝竹×９　ｉｎ　×０．５　ｍ×２　２００　ｋｇ／ｍ　×９．８　Ｎ／ｋｇ　＝３０５　ｋＮ　图４钢管桩注浆顺序示意图　５结束语　随着我国铁路的跨越式发展，为了确保工程质量，确　保运营安全，对隧道软弱地基的处理要求将会更加严格，　因隧道地基钢管桩注浆加固在施工中有着诸多优点，应用　将会更加广泛。在清水隧道进口段钢管桩注浆加固的施工　中，经过以上过程的控制，通过地基承载力检测和围岩量　（２）钢筋受拉所承受的力：钢筋设计规范，单根＋１８钢　筋抗拉力为：　４９０　０００　ｋＰａ×叮Ｔ×０．００９　ｍ　＝１２５　ｋＮ　按单边３　ｍ布置６榀×４根／榀＝２４根计算，钢筋所能　承受的拉力Ｗ２＝２４×１２５＝３　０００　ｋＮ　（３）？昆凝土自身抗拉强度所承受的力：　单边抗折面积Ｓ＝３ｍ×０．５ｍ＝１．５ｍ　Ｃ２０混凝土轴心极限抗拉强度Ｐ＝１．７２　ｋＰａ　Ｗ３＝Ｐ×Ｓ＝１．７２×１．５＝２　５８０　ｋＮ　测，地基承载力达到设计要求，可以得出：隧道地基钢管　桩注浆加固主要从围岩孔隙率和地下水发育情况着手，计　算理论注浆量，通过控制注浆量和注浆顺序，来避免出现　因压力过大引起仰拱变形的情况。　参考文献：　［ＩＤ：５８８０］　单边所能承受的压力Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＝３０５＋３　０００　＋２　５８０＝５　８８５　ｋＮ　由上面计算得出：在地下水发育情况下，注浆压力达　到０．３　ｋＰａ时引起的压力Ｆ：８　４８２　ｋＮ＞Ｗ＝５　８８５　ｋＮ，单边　受拉过大时，可以对仰拱及填充造成一定的破坏，甚至引　起仰拱及填充变形、断裂。通过分析，我部先计算出理论　［１］隧道设计规范．　［２］洛湛铁路专用图．　［３］　铁路工程混凝土设计规范．　［４］　铁路桥梁工程混凝土设计规范　（上接第６７页）　（２）确保了砂浆强度。在前期施工中，因施工单位偷　工减料，影响了砂浆的强度；砂浆试块的制作和养护方法　７不均匀沉降危害综合处理措施成效及经济效益　前期工程由于施工单位的疏忽和缺少一定的预防措施，　也不当，不到养护期就提前使用。在后期施工中，加强了　原材料的进场验收，严禁将不合格的材料用于建筑工程上。　对计量器具也进行了检测，并对计量工作派专人监控。　（３）确保了砖的强度，砌体组砌形式采用了一顺一丁，　上下顺砖错缝的砌筑法，大大提高了砌筑墙体的整体性，　当利用半砖时，将半砖分散砌于墙中。　６．２．４沉降检测　造成了地基的不均匀沉降，给工厂带来了重大的损失，针　对前期工程的补救措施使注塑一车间停止了继续沉降，让　工厂及时止损。而在后期工程中，对工程的各个方面均布　设了较为严密周到的预防措施，利用较少的资金投入取得　了良好的建筑成效，也给工厂带来了良好的经济和社会效　益。后期工程于２００６年３月全部完工并投入使用，至今没　有出现明显的沉降危害，这有力说明了预防措施得力是保　证建筑质量和使用安全的有效途径。然后业主投入大量资　金对建筑物之问的空地进行了园林式的绿化，使工厂环境　在后期工程施工期间，施工单位严格按照设计要求及　规范标准埋设了专用水准点和沉降观测点。主体结构施工　阶段，每结构层沉降观测不少于一次；主体结构封顶后，　优化；业主重视产品质量，使该厂的产品质量达到了国际　化水准，吸引了大量的外商，工厂运营情况良好。　［ｉＯ：５７６６］　参考文献　沉降观测２个月不少于一次。监理单位也进行了检查复测，　并将资料列入了工程质量评估内容中。　６．２．５地下水观测　严格控制地下水开采量，工厂在运行期注塑车间冷却　水采取循环用水，并用地表渗透方式进行人工地下水回灌，　［１］　江见鲸，龚晓南，王元清，等．建筑工程事故分析与处理［Ｍ］．　北京：中国建筑工业出版社，１９９８．　［２］曾国熙．地基处理手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９５．　［３］阎明礼．地基处理技术［Ｍ］．北京：中国环境出版社。１９９８．　保证了地下水水位的长期稳定，并设立观测井进行监测。