超前小导管注浆在挖孔桩施工中的应用

超前小导管注浆在挖孔桩施工中的应用

智凯毅

中铁六局太原铁路建设有限公司 山西 太原 030000

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摘要：挖孔桩是一种应用广泛的施工技术，既可用于桥涵基础，又可用于山体及路基路堑边坡防护。当挖孔桩周围土体松散、极易坍塌且含水量较少、水压力较小时，可采用超前注浆小导管对挖孔桩附近土体进行固结，防止桩孔在开挖过程中出现坍塌，此方法适用于各类不良土体的防护，保证施工中的安全。本文以大同县新增到发线工程既有线涵洞接长挖孔桩防护施工为背景，就超前小导管注浆进行挖孔桩周围土体加固的方法作论述，仅供同类施工参考。

关键词：超前小导管；注浆；挖孔桩

1  工程概况

大同县站新增到发线工程设计接长涵洞两座，其中K40+577为1-6.0m立交框架涵接长6.26米（中间部分接长1.22m，右侧接长5.04m），K42+222为2-3.0m盖板箱涵右侧接长4.06米，均采用挖孔桩对既有线路进行加固，挖孔桩每根长度13米，基底换填三七灰土。现场开挖发现，K40+577涵洞既有线路基填料为砂卵石，直径较大、级配不连续，稳定性差，挖孔桩施工过程中极易出现坍孔，导致护壁外侧路基填料坍空，影响营业线路基稳定，任其发展将会造成既有线路基下沉，危及行车安全。

为防止挖孔桩施工过程中出现塌孔，避免营业线路基下沉，决定采用超前小导管注浆工艺，使既有线路基土体在开挖前固结，对营业线路基土体进行加固，注浆参数通过现场试验确定。

2  注浆区域水文地质特征

本工程注浆区域为既有铁路路基边坡，路基填料为砂卵石土，土体骨架颗粒为圆形及椭圆形卵石，粒径8～30cm，含量60～70%，空隙中填充以中、粗砂为主，含少量细砂，级配不连续，松散、无粘性，压实性差，开挖时易垮塌。填料透水性极好，浸水可从路基边坡泄水孔中顺利排出，桩孔开挖过程中少有积水现象，开挖出的土料呈干燥-半湿润状态。

3  施工技术方法及措施

3.1现场施工准备

（1）现场调查，熟悉图纸，对施工段的电力设备尤其是地下电缆位置进行现场调查，并与设备管理单位联系做好保护措施。

（2）挖孔桩施工前测定桩位及高程，平整场地做到“三通一平”并做好防护。

（3）安排1名有资质有经验有责任心的防护员担任线路防护工作。在挖孔桩作业现场设防护员1名，并设驻站联络员1名，在大同县站驻站，驻站联络员随时掌握列车动态并与现场施工人员保持随时联络沟通。

（4）施工前组织所有参加施工人员进行施工安全、工机具使用，挖孔施工要领培训，责任落实到人。制定合理作业时间，施工器具，材料不得侵限，接到来车信息及时下道避车，井内挖土要及时抽排地下水，深度大于10m时要强制送风。

3.2  主要施工流程

平整场地→放桩位→第一节桩孔开挖→第一节砼护壁浇筑→钻孔安插超前小导管→小导管注浆→在护壁上标注标高及十字轴线→设置垂直运输架、安装或卷扬机、吊土桶，开挖第二节桩身→复核桩孔直径、垂直度→拆第一节模板、第二节支模板、第二节护壁浇筑→重复第二节注浆超前小导管、开挖、支模板、浇筑护壁工序，循环施工直至设计标高→检查持力层→对挖孔桩直径、标高、持力层进行检查验收→清除虚土、排除孔底积水（若有）→安装钢筋笼、灌注混凝土。

3.3 护壁施工

（1）挖孔作业采用人工分节开挖，分节支护。对于土层开挖采用人工持尖镐、铁锹进行开挖；如遇三七灰土或树根采用风镐和电锯破碎开挖，桩孔桩开挖直径为设计桩径加2倍的护壁厚度。

（2）孔体每开挖0.8米必须施工护壁，护壁采用C30砼。采用内齿式护壁，每节高度0.8米,护壁采用钢模板,模板要求加固牢固、严密不漏浆,混凝土厚度为15cm。

（3）护壁上下搭接5~10cm，以保证护壁有效的支撑, 挖孔桩上一节护壁钢筋要埋入下一节护壁内至少20cm。

（4）浇灌护壁砼时，用敲击模板、木棒捣实方法，孔水淹没模板时不得灌注砼。根据土质情况，混凝土掺入速凝剂，以便尽快达到设计强度要求。护壁出现漏水现象时，立即采取堵塞和导流措施，防止外部水经过护壁流入孔内，保证护壁混凝土强度及安全。

（5）护壁砼的内模拆除，模板拆除应在混凝土强度大于2.5MPa以上方可拆模，使砼有一定强度，以能挡土。

（6）当第一节护壁砼拆模后，把十字轴线标注在护壁上，使用水准仪把相对水平标高画记在护壁内，作为确定桩的深度和桩顶标高及控制桩孔位置和垂直度及的依据。

（7）施工人员必须熟悉所挖孔的地质情况，并经常检查，观察土层的变化，当遇到流沙、大量地下水等影响挖土安全时，要立即采取有效防护措施后，才能继续施工。

（8）有渗水时，应先用水泵及时将孔内积水抽出，在进行施工。

（9）当孔壁有沙层时，应降低每节护壁高度，加快混凝土凝固速度。

3.4 超前小导管注浆施工工艺

（1）除第一节外，每循环需超前小导管注浆固结后方可开挖，开挖深度0.7m，采用定型钢模板浇筑护壁；随挖随支护确保施工安全，避免塌孔。

（2）超前注浆小导管采用无缝热轧钢管，直径φ42

mm，壁厚3.5mm，单根长1.0m，在前端设置注浆孔，孔径8mm，孔间距10cm，呈梅花形布置，尾端设置长度35cm的止浆段。

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（3）小导管横向成环形布置，每根桩横断面环向布置6根，环向间距42cm，注浆小导管如图1所示。

（4）每根桩开孔1.5m浇筑护壁并达到一定强度后，在距孔底30cm位置护壁上钻孔安设超前小导管注浆，小导管前部向桩孔外侧倾斜，轴线与竖直方向夹角为15～30°（水平夹角105～120°），以后每循环搭接长度为30cm，直至成孔，每孔六环注浆管。

图2 小导管注浆步骤示意图（单位cm）

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（5）小导管的采用钻孔打入法将进行安设，孔径比小导管大3～5mm。然后将小导管穿入既有路基土体，采取用锤击或钻机顶入，顶入长度为0.7m，即与上一循环搭接长度为30cm，用高压风管将管内杂物进行清理。

（6）安设小导管后，采用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，防止坍孔及注浆时浆液喷出。

（7）小导管应做压水试验，管路连接是否严密，机械设备是否运转正常。

（8）注浆过程中要随时观察注浆泵排浆量的变化及注浆压力，分析小导管注浆情况，防止漏浆、跑浆、堵管。技术员现场盯控，记录注浆全过程，便于分析小导管注浆效果。

（9）水泥浆水灰比、注浆压力、注浆时间按表1中组合，现场做注浆试验，通过开挖过程中既有路基土体的稳定情况判别注浆效果，并从中选择安全可靠、经济合理的方案。

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每种方案利用现场未成孔挖孔桩现场组织实施，详细记录注浆量，工作过程，注浆12个小时后通过对下一循环挖孔桩开挖，如孔壁卵石被水泥浆固结紧密，无塌孔现象，则视为处理效果有效。

表1  注浆参数组合

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现场随机选择4根桩，按注浆参数组合先后顺序分别做注浆试验，注浆12小时后开挖检验注浆效果，若开挖过程中桩孔周围土体稳定、未坍塌，说明注浆效果良好，方案可行；若开挖过程中出现塌孔现象，说明方案不可行。经现场开挖检验，四种注浆参数组合下开挖效果表2所示。

表2  试验效果验证表

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由表2可知，注浆参数组合1、2、3三种方案均可行，但组合3具有水灰比较低、注浆压力较小、注浆时间较短等优势，在经济上相对合理。因此选择组合3作为最终注浆参数，即水灰比0.8:1，注浆压力0.1MPa，注浆时间8min。注浆完成12个小时后方可进行挖孔桩开挖。

每孔挖孔桩成孔后，为防止地表浅层1.5m范围内有局部路基填料疏松或隐性小塌腔，在地表挖空桩四周选择4～6孔，垂直打入1.0m长注浆导管进行浅层注浆，注浆压力同孔内注浆压力，注浆时间按孔内注浆时间的1/2～2/3进行控制。

3.5 钢筋笼的制作与安放

（1）钢筋笼制作在钢筋加工场内按照技术交底分节制作，运至施工现场。

（2）钢筋焊接严格按照技术交底施工，确保钢筋的型号、位置、数量正确，然后焊接钢筋。钢筋交叉点应用铁丝绑扎结实，必要时，也可用点焊焊牢。箍筋的末端应向内弯曲，箍筋转角与钢筋的交接点均应绑扎牢固。箍筋的接头纵向方向交叉布置。绑扎用的铁丝要向里弯，不得伸向保护层内。

（3）钢筋笼分节进行焊接，3m-5m一节，主筋采取单面搭接焊，焊缝长度为10d。主筋间距偏差为±0.5d，箍筋间距偏差为±20mm，加强筋间距偏差为±20mm。桩径不得小于设计桩径且不得大于设计桩径50mm。钢筋骨架直径偏差为±20mm，钢筋骨架垂直度偏差为1%,钢筋笼长度偏差为±100mm。同一截面的钢筋搭接率不超过50%。

（4）桩身钢筋主筋为D20的螺纹钢，箍筋采用D10mm钢筋。钢筋笼在钢筋加工场内加工绑扎成型，桩孔已作封底处理合格后，将钢筋笼放入孔内。纵向钢筋长度不够的钢筋或为方便绑扎而切断的钢筋，均需接长，接头应分置，在结构应力小的部位，交错布置，错开长度符合设计要求，纵向钢筋连接采用搭接焊连接，搭接长度满足规范要求。

（5）钢筋放入孔桩时必须专人指挥，现场防护人员及时和驻站联络人员联系确认后，开始下笼，严防侵入营业线限界。

3.6 桩基灌注混凝土

桩身采用C25砼，拌合站集中拌合，罐车运输，混凝土到现场后，利用人工翻斗车或人工抬运的方式送至孔口位置。砼要垂直灌注孔内，分层连续灌注，第一层厚不超过1.5m，其后分层浇筑，每层厚度不超过1.0m。砼入桩孔后，采用插入式振动棒均匀振捣，插点按梅花形布置，插点间距不超过30cm，振捣时应快插慢拔，保证振捣均匀。由于人工孔内振捣有困难，可在混凝土中掺高效减水剂，使砼坍落度控制在18-22cm，利用砼坍落度下沉力使之密实。要严格控制挖孔桩顶面的高度，严禁超高。

3.7  沉降及位移观测

为了检验注浆工艺的有效性，应进行挖孔桩周围土体的沉降及位移观测。本案例沿既有线路基设置沉降及位移观测桩，定期观测，当既有路基出现较大沉降或位移时立即停止施工，并立刻回填桩孔。经观测，位移及沉降均符合安全规定。孔口浅表层注浆孔如图3所示，位移与沉降观测表如表3所示。

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图3孔口浅表层注浆孔示意图（单位

cm）

表3 声屏障挖孔桩位移与沉降观测记录表

3.8 效果验证

按照《铁路工程基桩检测技术规程》(TB/10218-2019)的要求，采用声波透射法对大同县站增建到发线工程框架涵防护桩，全部基桩桩身完整性进行检测，所检基桩所有测点声学参数正常，接收波形正常，测点波形无畸变，测点的声参量无异常，桩基完整性良好，属I类桩。             

4 施工要点及安全卡控措施

（1）施工过程中应密切观察压力表指针位置，当示数突然变大时应立即停止注浆，并仔细检查管路及注浆孔是否堵塞，发现问题立即处理，防止爆管或浆液溅出污染道床。

（2）现场储备足够数量的砂袋，当桩孔出现坍塌时应立即停止施工，并用砂袋迅速回填桩孔。

（3）遇到流动性淤泥或流砂时，应迅速用砂土回填桩孔控制坍孔，再将制作好的钢护筒安放至塌孔的桩孔内，钢护筒长度大于塌孔高度0.5m以上，直径小于桩径8-10cm。随着回填砂土开挖，钢护筒自然下落，直至安全土层。

（4）下孔作业前必须抽干孔内积水，作业时施工人员必须撤离孔内，抽水完成后，先检查已断开电源后再进行孔内作业。

（5）下孔作业前必须对孔内气体进行检测，凡发现有毒气体含量超过允许值或氧气含量达不到要求值时，应立即停止作业，进行除毒、充氧，重新检测，达到要求后方可恢复作业。

（6）下孔作业前应对孔口周边和桩孔护壁进行检查，若有地面沉降或护壁变形等异常情况必须及时汇报、处理、确保安全后方可入孔作业。

（7）孔内及孔周边作业人员呐喊和监护人员，必须佩戴好安全防护用品，并挂设好。

（8）井孔第一节护壁必须高出地面25cm以上。必须及时运走挖出的土方，桩孔周围2m范围内，禁止堆放土方余渣。

（9）井孔周边必须设置防护围栏，围栏经过钢筋牢固焊制，高度不低于1m。

（10）严禁酒后作业，严禁在孔内抽烟，严禁在孔内使用明火。

（11）孔深挖到超过人身高时，外运大块石时，作业人员应从桩孔内撤离至地面。

（12）孔内作业人员连续作业不应超过4小时。

（13）挖孔时必须及时护壁，严禁只挖深不及时护壁，护壁长不得超过1m，并根据地质情况缩减。护壁厚度严禁随意减少。

（14）井孔内上下传递物和工具时，严禁抛掷，必须用吊绳系牢传递。

（15）井下作业时，必须设专人做井上监护。

（16）作业人员应观测孔内一切动态，如异味气体、护壁变形、涌水等不良预兆时，应迅速撤离并及时报告。

（17）已开挖好的成孔或正在开挖的桩孔作业停止的桩基，必须安装封闭围栏或安装牢固的盖板孔（网）。根据施工安排依次开挖灌注，挖桩时应间隔开挖，相邻排跳挖最小净距不得小于4.5m。

（18）在开挖前，项目部组织对营业线路基边坡上的光电缆进行探测，对影响挖孔桩施工的光电缆进行迁改或保护，光电缆改迁或有效保护后才能进行人工挖孔作业。

（19）每日施工前，项目部施工管理人员必须对现场作业人员进行班前安全教育并做好记录，班前安全教育由项目安全总监负责。

（20）定期对运输架、电动葫芦、手摇架、吊绳等作业工具进行检查，确保运输架不侵入铁路限界影响行车。

5  结束语

本文以大同县新增到发线工程既有线涵洞接长挖孔桩防护施工为背景，就超前小导管注浆进行挖孔桩周围土体加固的方法进行论述，研究确定了适用于砂卵石地层注浆配合比及止浆条件，保证了挖孔桩施工及铁路运营安全，值得同类型工程借鉴，确保施工安全。

参考资料

[1]大秦铁路大同县站增建到发线工程设计图纸；

[2]《中国铁路太原局集团有限公司建设部关于公布建设部2019年度重大、较大、一般安全风险库的通知》(太建安质函[2019] 11号)；

[3]现行《铁路工程建设标准规范目录》文件中相关的规范、标准、规程、规则；

[4]《中国铁路太原局集团有限公司铁路营业线施工安全管理实施细则》（太铁师〔2018〕332号。

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