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茂县隧道进口仰拱钢管桩施工工艺

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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+250~D8K125+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

中图分类号:U457.3 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)08-0092-03

1 工程概况

1.1 钢管桩设计概况

茂县隧道进口D8K125+250~D8K126+003长753m为三线大跨段,隧道最大开挖尺寸22.07m×14.24m(宽×高),最大开挖断面积为255.4m2,茂县隧道进口D8K125+250~D8K125+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:1.5~2.0Mpa。

其中:Ⅴ级围岩680m、Ⅳ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Φ76mm热轧无缝钢管,壁厚6mm,管身钻注浆孔,孔径10~16mm,孔间距15~20cm,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1.5~2.0MPa。

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20~30L/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+250~D8K125+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1~15m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o侧限抗压强度试验,要求芯样平均抗压强度不小于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+253~D8K125+259.5仰拱基底,试验钢管桩采用Φ76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)钢管桩采用Φ76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

①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。

②采用ZSL-70型潜孔钻机钻孔,注浆采用GZJB双液注浆机注浆。

5 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1.5~2.0MPa,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={β×〔πr2-π(D1/2)2〕+π(D2/2)2}×L

β为孔隙率,卵石土取15%

r为浆液扩散半径,取0.5

D1为钢管桩外径,76mm

D2为钢管桩内径,64mm

L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Φ76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1.5~2.0MPa,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P键点,为此注浆施工工艺值得我们施工技术人员更加深入的研究,总结出有利于质量,有利于进度,有利于成本的施工工艺,为今后的注浆施工创效益。

参考文献

[1]余振全,编著.钢管桩的设计与施工[M].北京地震出版社.

[2]刘万春.谈客运专线隧道溶洞处理基底钢管桩施工技术[J].山西建筑,2014,40(10):189-190.

[3]李韵.浅析隧道地基钢管桩注浆加固处理技术[J].低碳世界,2015(2):216-217.