茂县隧道进口仰拱钢管桩施工工艺

1、    茂县隧道进口仰拱钢管桩施工工艺    张学奎摘 要：根据设计文件和规范的相关要求，我单位于2014年11月25日12月1日在d8k125+250d8k125+259段茂县隧道进口隧底进行了钢管桩工艺性试验，验证了钢管桩锚固段的设计指标，确定了施工工艺及参数，具备钢管桩大规模施工条件，对今后类似地质条件段钢管柱施工具有指导意义。关键词：大跨；钢管桩；加固；注浆：u457.3 ：a ：1671-2064（2017）08-0092-031 工程概况1.1 钢管桩设计概况茂县隧道进口d8k125+250d8k126+003长753m为三线大跨段，隧道最大

2、开挖尺寸22.07m×14.24m（宽×高），最大开挖断面积为255.4m2，茂县隧道进口d8k125+250d8k125+410基底地层主要为第四纪冲积、洪积卵石土，空隙率约为15%，地基承载力为120-160kpa，承载力达不到设计验算值，需要加固补强，设计院给出的加固方案是：采用76钢管桩，间距1m*1m，长度6m，注浆采用水泥浆，水灰比为1：1，注浆压力：1.52.0mpa。其中：级围岩680m、级围岩73m。设计采用加强双侧壁导坑法施工，按“d段v级围岩复合抗震衬砌”支护。1.1.1 钢管桩加固参数（1）采用76mm热轧无缝钢管，壁厚6mm，管身钻注浆孔，孔径10

3、16mm，孔间距1520cm，交错布置，钢管上端100cm范围不钻注浆孔作为止浆段，底端加工成锥形。钢管需要连接时采用螺纹套管连接。（2）注浆采用水泥浆液，浆液水灰比1：1，水泥采用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥，注浆压力1.52.0mpa。1.1.2 钢管桩注浆结束标准（1）注浆压力逐步升高，当达到设计终压（2.0mpa）并继续注浆10min以上。（2）注浆量与设计注浆量大致接近，注浆结束时的进浆量一般在2030l/min以下。1.1.3 钢管桩注浆效果检查钢管桩注浆后要进行注浆效果检查和评定，不合格者应补充钻孔注浆，检查要求如下：（1）对注浆过程中的各种记录资料综合分析，检查注

4、浆压力和注浆量是否达到设计要求。（2）施工前须进行试桩试验，试桩数不小于3根，根据试桩情况调整施工工艺和有关技术参数，如注浆压力、浆液配比、注浆方式等。（3）施工中，应对施工用水及废浆液进行集中引排，防止侵泡土体。1.2 地质情况d8k125+250d8k125+410正线进口浅埋段隧底的设计地质情况为卵石土层。1.3 设计试验钢管桩要求钢管桩施工前应选择相同的地层进行无侧限抗压试验，试验桩数不小于3孔，以验证加固段的设计指标，确定施工工艺及参数。每115m设一检查孔，总检查孔数不小于3个，检查孔应取芯，检查浆液充填情况，每钻芯取样1组3个试件，做無侧限抗压强度试验，要求芯样平均抗压强度不小于

5、0.5mpa，钻孔取芯率不小于60%。2 试验钢管桩位置选择2.1 试验钢管位置选择根据设计文件结合现场实际地质情况，试验孔设在d8k125+253d8k125+259.5仰拱基底，试验钢管桩采用76无缝钢花管，共4根，满足设计试验孔数为不少于3孔的要求。2.2 钢管桩试验孔布置图钢管桩试验孔位置如下图1图2所示。3 工艺试验目的3.1 试验验证设计情况是否满足要求验证在地质情况与设计相符时，钢管桩的无侧限抗压强度是否满足要求。3.2 确定钢管桩施工工艺及参数确定施工配合比；确定注浆压力、持续时间、注浆量等；确定施工工艺是否适合现场施工等。4 原材料选择、人员及设备配置4.1 原材料选择（1）

6、钢管桩采用76无缝钢花管，长度按设计长度4米，共4根；钢花管试验报告编号：clzq-07-sqjo-mf-201401128-2；（2）水泥采用北川四星的p·042.5水泥，试验报告编号：clzq-07-sqj0-sn-201401128-1；（3）水为饮用水，试验报告编号：bg-2014-syj-013；（4）水泥净浆配合比为， 水泥：水=1：1，报告编号：clzq-07-sqj0-pl-20141128-11。4.2 人员及设备配置现场管理人员1名，现场技术人员1名，试验人员1名，机械操作人员4名，配合工人4名。采用zsl-70型潜孔钻机钻孔，注浆采用gzjb双液注浆机注浆。5

7、施工工艺试验结果5.1 工艺流程按“确定孔位钻机就位调整角度钻进、成孔、清孔钢管制作、验收、下管注浆”的工艺流程施工。5.2 钻孔工艺（1）根据设计图纸，测放孔位并用红油漆和桩做好标记，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保钢管桩孔开钻就位纵横误差不得超过±50 mm，高程误差不得超过±100 mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±1.0°。钻机安装要求稳固，施钻过程中应随时检查，现场钻孔如下图3。（2）钻孔过程中填写钢管桩钻孔施工记录表如下图4。（3）用钢尺量测孔外露出的钢管长度，计算孔内

8、钢管长度（误差控制在±50 mm范围内），确保锚固长度。在三根桩之间取出完整的芯样，经监理工程师检验确认后，及时存放好，运输过程中防止破坏。 5.3 注浆工艺注浆材料选用1：1的水泥浆，水泥采用强度等级为p·042.5的普通硅酸盐水泥。钢管桩孔注浆采用孔底注浆法注浆，灌注前采用高压风清孔，排出孔内杂物，然后将注浆管插入距孔底400mm处，浆液自下而上连续灌注，随着浆液的灌进，慢慢拔出注浆管，注浆压力1.52.0mpa，中途不得停浆，待孔口不再排气且孔口浆液溢出浓浆，关闭排气阀，注浆压力逐步升高，当达到设计终压（2.0mpa）并继续注浆10min以上作为注浆结束的标准。如一次

9、注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。注浆量不得少于设计量。注浆结束后，将注浆管、注浆机和注浆套管清洗干净。在养护期内，严禁敲击、摇动钢管。理论注浆量计算：v=×r2-（d1/2）2+（d2/2）2×l为孔隙率，卵石土取15%r为浆液扩散半径，取0.5d1为钢管桩外径，76mmd2为钢管桩内径，64mml为加固深度，5m，初支前为6m经计算：v=0.58m3如考虑10%的浆液损耗，单孔理论浆液消耗为0.64m3试桩结果：60%以上的孔位终压能够达到1.5mpa，单孔平均注浆量约为0.13m3，左侧导坑40根桩消耗水泥80袋，折合水泥浆量约为5.3m3。6 钢管桩

10、无侧限抗压强度检测结果6.1 净浆试块7天抗压强度结果2014年12月1日，水泥浆试件7天抗压强度15.2mpa，强度已达到设计要求的100%，先进行7天无侧限抗压强度试验。6.2 7天无侧限抗压强度检测结果2014年12月1日，根据设计文件进行无侧限抗压试验，在监理工程师现场见证下，由中铁十七局成兰铁路工程指挥部中心试验室检测，试件的抗压强度见报告编号为：clzq-07-sqj0-jy-20141128-1、clzq-07-sqj0-jy-20141128-2、clzq-07-sqj0-jy-20141128-3、clzq-07-sqj0-jy-20141128-4（试验报告4份）；强度分别

11、为：0.5mpa； 0.6mpa；0.5mpa；0.6mpa等。结果均满足设计芯样平均抗压强度不小于0.5mpa；监理工程师现场见证，钻孔取芯率不小于60%的要求。7 最终确定的试验参数7.1 试验参数最终确定结果（1）钢管长度按设计长度施工，采用76无缝钢花管；（2）水泥浆：水灰比为1：1；（3）采用zsl-70型钻神潜孔钻机钻孔，注浆采用gzjb双液注浆机注浆；（4）注浆压力1.52.0mpa，达到2mpa，持续压力10min以上。7.2 施工工艺最终确定结果施工工艺：按“确定孔位钻机就位调整角度钻进、成孔、清孔钢管制作、验收、下管注浆”的工艺流程施工。8 工艺优化针对试桩过程中存在以上问

12、题，我们进行了工艺优化。（1）技术员首先进行整体布控，逐个标记，保证孔位准确，孔位布置如图5。（2）技术员通过现场做实验，准确掌握封孔锚固剂的初凝和终凝时间，再浆锚固剂拌合成软塑状态，逐个封孔，待终凝后再进行注浆。经现场实验，本批奥鑫ax-3锚固剂的终凝时间为30-40min，即注浆时间至少在封孔40min后进行。（3）采用钻一个孔封一个孔，然后再注浆避免了窜孔，减少了浆液浪费。另外按照水泥浆：水玻璃=1：0.2的比例加入水玻璃，每盘加入20kg水玻璃，凝结时间为60s，加快浆液凝结，减少了浆液浪费。（4）在进浆孔加设注浆管，浆液直接进入桩底，置换出泥浆，改善注浆的效果，注浆过程如图6。工艺优化后，右侧导坑90%以上的孔位终压能够达到1.5mpa，单孔注浆量大约为0.08m3，46根桩消耗水泥61袋，折合成水泥浆约为4m3。减少了水泥浆的浪费，同时提高了合格率。9 结语注浆作为施工变更点，和效益關键点，为此注浆施工工艺值