钢管桩内钻孔用清水桩施工工艺
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+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，做無侧限抗压强度试验，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，和效益關键点，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.
