周廣宇

摘要： 本文著重介紹了隧道軟弱地基加固的新工藝——注漿加固。該工藝通過地基鋼管樁注漿，從而有效地控制了地基下沉和圍巖變形，突出了其優(yōu)越性。此外還簡述了注漿加固法地基加固施工工藝流程及工程應用實例。

關(guān)鍵詞： 地基鋼管樁注漿加固

Abstract: the paper introduces the weak foundation reinforcement of the tunnel new technology-grouting strengthening. This process through the steel pipe pile foundation grouting, so as to effectively control the foundation sink and surrounding rock deformation, highlighted its advantage. In addition, it also describes the grunting reinforcement method foundation reinforcement construction procedure and examples of engineering application.

Key words: steel pipe pile foundation grouting strengthening

中圖分類號：U45文獻標識碼：A 文章編號：

1 前言

當隧道通過軟弱圍巖時，往往由于隧道基底圍巖軟弱、破碎，地下水發(fā)育，全風化明顯等原因，實測隧道地基承載力小于設計0.15Mpa時，需要對隧道基底進行處理，消除隧道變形、下沉、邊墻擠壓等隱患。

采用對隧道軟弱地基進行注漿從而達到加固地基的工藝目前得到了廣泛的應用。該工藝具有施工準備快、循環(huán)周期短、加固效果理想等諸多優(yōu)點，對于隧道迅速通過地質(zhì)較差圍巖段，保證合同工期以及確保隧道運營安全起到了積極作用。

2隧道地基鋼管樁注漿加固

2.1定義：當隧道地基承載力不能滿足設計要求時，按一定參數(shù)打入一定長度的注漿鋼管，通過注漿機對隧道地基圍巖注入水泥漿液，固化圍巖，提高圍巖強度的施工工藝。

2.2隧道地基加固工藝流程

2.2.1 按設計做好隧道上、下斷面的開挖及支護。

2.2.2 注漿準備，包括調(diào)試注漿機、配置漿液等。

2.2.3隧道底部按1m～3m分段開挖至仰拱底部。

2.2.4 抽除地下水后立即施作仰拱，暫時閉合成環(huán)，仰拱澆注時按設計參數(shù)預留注漿孔（埋設鋼管）。

2.2.5 當仰拱混凝土強度達到設計強度50％后，立即施作仰拱填充。

2.2.6 當填充混凝土強度達到設計強度 50％后，按照前面預埋鋼管位置打入注漿鋼管。

2.2.7 計算理論注漿量，然后對注漿鋼管間隔注漿，當相鄰鋼管有漿液流出后再持續(xù)注漿1分鐘即可。

2.2.8 采用高一等級砂漿對注漿孔封閉，防止?jié){液和地下水滲出。

2.2.9 進入下一循環(huán)作業(yè)。

2.3鋼管布置參數(shù)選擇及注漿鋼管加工

2.3.1 注漿加固參數(shù)選擇與地基地質(zhì)情況有關(guān)，考慮因素總的說來有兩點：一是根據(jù)圍巖的孔隙率，二是根據(jù)地下水發(fā)育情況。當圍巖孔隙率較大和地下水發(fā)育時，擴散半徑相應較大，也就是注漿鋼管間距適當加大，反之注漿鋼管間距縮小。具體施工中間距一般為50cm～100cm，為了使?jié){液比較均勻分布，一般采用梅花型布置。具體布置見圖－1。

圖－1 注漿鋼管布置正面、平面圖

2.3.2 注漿鋼管加工

注漿鋼管周邊設置注漿孔，注漿孔直徑10～20mm，縱向間距20～50cm，具體設置見圖－2。

圖－2 注漿鋼管加工圖

2.4 注漿量理論計算

注漿前，首先應該從理論上計算單根鋼管的注漿量，這樣第一可以避免材料浪費，第二可以防止注漿量過多引起壓力過大，進而影響地基結(jié)構(gòu)。計算理論注漿量，首先取隧道底部原狀圍巖，進行孔隙率β測定，一般軟弱圍巖的孔隙率β為0.10～0.20。我們以1m×1m梅花型布置，所用鋼管樁內(nèi)徑D＝65mm，擴散半徑為r＝0.5m，孔隙率測定為β＝0.15為例，來計算每米鋼管樁的理論注漿量。漿液分為兩部分組成：鋼管內(nèi)殘留量和圍巖內(nèi)滲透量。

殘留量V1＝π×（D/2）2×1＝π×（0.0325）2×1＝0.003m3

滲透量V2＝β×（π×r2×1－V1）×1＝0.15×（π×（0.5）2×1－0.003）＝0.117m3

每米理論注漿量V＝V1＋V2＝0.12m3

根據(jù)鋼管長度，計算出注漿量，在注漿時準確記錄，不要有太大偏差，因為有的時候，設計注漿壓力是偏大的，只能根據(jù)注漿量來控制，否則較大注漿壓力容易引起仰拱及填充上鼓、變形甚至斷裂。

2.5注漿壓力控制

設計圖紙的注漿壓力一般控制在0.5Mpa～1Mpa，在實際操作時，這個壓力只能作為參考值，建議主要靠注漿量來判定是否注漿完成，我們舉例說明注漿壓力相對過大的不妥之處：

隧道基底個別地段地下水較為發(fā)育，也就形成了仰拱下相對連通的流體圍巖，雖然注漿鋼管內(nèi)徑僅為65mm，根據(jù)連通器原理，地下注漿所影響面的壓強基本和壓力表顯示相近，我們以注漿壓力P＝0.3Mpa為例，例如影響半徑為3m，根據(jù)壓力計算公式F＝P×S該范圍壓力F＝300Kpa×π×9m2＝8482kN抵抗來至基底壓力的結(jié)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成：

一是混凝土自重：按填充50cm厚計算，該范圍填充混凝土重量為：

W1＝π×9m2×0.5m×2200Kg/ m3×9.8N/Kg＝305kN

二是鋼筋受拉所承受的力：鋼筋設計規(guī)范，單根φ18鋼筋抗拉為：

490000 Mpa×π×0.009m2＝125kN

按單邊3m布置6榀×4根/榀＝24根計算，鋼筋所能承受的拉力W2＝24×125＝3000kN

三是混凝土自身抗拉強度所承受的力：

單邊抗折面積S＝3m×0.5m＝1.5 m2

C20混凝土軸心極限抗拉強度P＝1.72Mpa（根據(jù)混凝土試驗規(guī)范）

W3＝P×S＝1.72×1.5＝2580kN

單邊所能承受的壓力W＝W1＋W2＋W3＝305＋3000＋2580＝5885kN

由上面計算得出:注漿壓力達到0.3Kpa引起的壓力F＝8482kN＞W(wǎng)＝5885kN可以知道，該范圍來自基底的壓力相當大，加上分段處理有很多施工連接縫，連接縫抗拉會受一定影響，當單邊受拉過大時，可以對仰拱及填充造成一定的破壞，甚至引起仰拱及填充斷裂。

2.6 注漿過程控制要點

除了上面提到的要注意注漿壓力和注漿量外，注漿過程中要合理安排注漿順序，盡量采取先中間、后兩邊的間隔注漿順序，這樣做的目的一是為了理想的擠壓地下軟弱圍巖向兩邊“流動”，使注漿獲得比較好的效果。二是盡量減少注漿壓力擴散面，減少對仰拱及填充的擾動。注漿順序見圖－3。

圖－3注漿順序圖

2.7注漿主要材料、設備

材料：水泥漿或雙漿液。

設備：壓力0.1Mpa～1.0Mpa注漿機。

其他材料包括鋼管、套管等,不再敷述。

3 工程實例

清水隧道位于洛湛鐵路永岑段第YQ9標段，工程地質(zhì)為：上覆土層為第四系沖洪積，坡洪積，粉質(zhì)粘土及軟粉質(zhì)粘土；下伏地層為奧陶系中統(tǒng)縮尾嶺群，石英砂巖夾頁巖。地表水及地下水發(fā)育，風化帶較厚，工程地質(zhì)條件較差，對隧道施工有一定影響。洞口段DK439＋346～DK439＋400隧道地基軟弱，地下水十分發(fā)育，設計采用Φ75mm鋼管樁注漿加固，單根長5m，注漿壓力0.5Mpa～1Mpa，提高地基承載力。

開始施作注漿時，由于地下圍巖呈“流體”狀，按照設計注漿壓力進行注漿。注漿時間沒有硬性控制指標，只靠壓力表來確定注漿是否完成，當達到0.8Mpa時，由于壓力過大，引起仰拱填充出現(xiàn)明顯裂紋，我部立即停止注漿，分析原因，然后計算出理論注漿量V＝0.12m3/m×5m＝6 m3，通過控制注漿量和采用間隔注漿。實際施工中，當注漿量達到0.6 m3，一般注漿壓力為0.3Mpa～0.6Mpa，雖然個別注漿孔沒有達到設計注漿壓力，但是根據(jù)孔隙率計算，地下軟弱圍巖固化已經(jīng)滿足設計要求，通過對圍巖進行量測和預壓，圍巖變形得到控制，地基承載力達到設計要求。

4 心得體會

隨著我國道路交通的跨越式發(fā)展，為了確保工程質(zhì)量，確保運營安全，對隧道軟弱地基的處理要求將會更加嚴格，因隧道地基鋼管樁注漿加固在施工中有著諸多優(yōu)點，應用將會更加廣泛。

在施工中，我們只有控制好注漿量和注漿壓力這兩個重點，就能夠加快地基處理速度，提高地基處理的效果。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。