APP下载

微型钢管桩在某隧道病害处治中的应用

2017-11-09

山西交通科技 2017年1期
关键词:浆液钢管注浆

王 勇

(山西路桥集团榆和高速公路有限公司,山西 太原 030001)

1 工程概况

某隧道设计为左右线分离式。左线洞体全长964.0 m,进口段里程桩号为ZK22+898,洞口底板设计高程为682.879 m;出口段里程桩号为ZK23+862,洞口底板设计高程为692.211 m;洞体最大埋深102.140 m,位于ZK22+546。右线洞体全长939.0 m,进口段里程桩号为K14+911,洞口底板设计高程为683.131 m;出口段里程桩号为K23+850,洞口底板设计高程为692.162 m;洞体最大埋深101.098 m,位于K15+556;隧道总体走向呈东西向为81°。

2 隧道病害现状

2.1 隧道病害现状

某高速公路2015年建成通车,2016年6月中旬发现左线ZK23+380-ZK23+450段路面中线附近断断续续出现裂缝,裂缝宽度为1~5 mm,裂缝两侧局部有轻微的错台。此时该段衬砌上未发现裂缝。

2.2 隧道病害监测

为了判断裂缝发展情况,采取了3种监测方案:a)路面裂缝采用了石膏封闭;b)两侧拱脚设置沉降监测点;c)该段衬砌做周边收敛测量。

2.3 隧道病害监测结果

2016年7月中旬隧道养护人员发现涂抹的石膏均已不同程度地开裂,且原本沿隧道中线附近断断续续分布的裂缝已发展形成一条长约70 m的连续裂缝。隧道两侧边墙上出现了环向裂缝,裂缝的范围开始扩大。监测结果表1显示,隧道左侧拱脚平均下沉5.18 mm,最大下沉6.4 mm,右侧拱脚下沉5.56 mm,最大7.3 mm。周边收敛变化较小。

表1 变形监测数据一览表 mm

3 隧道病害勘察

经过1个月的监测,监测数据显示隧道仍在下沉,病害仍在发展,急需对隧道病害进行处治。处治前对病害进行了勘察。

3.1 钻探设备及孔位布置

本次采用干钻的方式进行取芯,仪器设备为XY-150型+取土器。钻孔位置在某隧道左线ZK23+453、ZK23+438、ZK23+423、ZK23+408、ZK23+393、ZK23+378处路面中线的右侧,距离隧道中心线1.20 m。

3.2 钻探结果

根据钻孔芯样显示(见图1所示):a)路面下0~0.8 m为沥青路面及混凝土;b)路面下 0.8~1.35 m为碎石土层,成分为石灰岩,次棱角状;c)路面下1.35~2.50 m为基岩层,泥岩,砖红色,岩芯呈短柱状,强度极低。

图1 某隧道左线ZK23+408(行车道)处芯样照片

3.3 地质概况

隧址区地下水类型主要有松散层孔隙水、基岩裂隙水及岩溶裂隙水。

松散层孔隙水,以上层滞水为主,由于二叠系地层之上覆盖有第四系中更新统(Q2apl)冲积形成粉质黏土层,该层构成局部隔水层,地表接受大气降水补给,在有局部隔水层处形成上层滞水,没有隔水层的地方则直接下渗进入二叠系地层中。该上层滞水含水层规模极有限,径流途径短易于排泄,故富水性差。

二叠系基岩裂隙水,该地下水含水层主要为砂岩裂隙水,富水性较差,主要补给通道为上部第四系覆盖层下渗,加之局部有采空区存在,故地下水多汇集至采空区,对隧道影响较小。

石炭系岩溶裂隙水含水层主要为石炭系上统太原组(C3t)灰岩,富水性差,上部补给有限,不易形成积水,对隧道影响较小。

4 病害原因

某隧道ZK23+380—ZK23+450段设计为五级围岩,设计有仰拱。钻探的结果分析,路面产生的原因如下:

a)仰拱下部浮渣(碎石土)过多。推测是在施工过程中,现场管理不到位,仰拱浇筑前,未将仰拱底部的浮渣清除干净。

b)浮渣遇水软化。某隧道的裂隙水主要为地表水,2016年进入夏季后,雨期较长,且雨水较多,大量的地表水下渗进入了隧道,导致仰拱下部的浮渣软化,承载力降低。

c)本段围岩主要为泥岩,强风化,强度低,遇水后强度更低。由于以上原因,隧道的底部承载力过低,导致隧道不均匀沉降。

5 病害处治总体方案

在综合考虑某隧道病害特点、产生原因及危害程度的基础上,考虑所要采取治理工程措施的合理性、经济性、可实施性等方面因素后,对某隧道病害路段基底采用竖向微型钢管桩加固。竖向钢管桩采用梅花状布置,隧道路面中心线两侧各纵向布置3列,分别距路面中心线1.2 m、2.2 m、3.2 m,纵向间距1.0 m,桩长6.0 m(图2)。此外,采用斜向微型钢管桩对隧道两侧拱脚处围岩进行加固,斜向钢管桩与最外侧竖直微型钢管桩交叉布置,纵向间距1.0 m,桩长9.0 m。微型钢管桩钻孔直径146 mm,采用40号钢管,壁厚6 mm;注浆料为M35纯水泥浆。

图2 微型桩横断面布置图(单位:cm)

6 施工方案

6.1 处治范围

某隧道路面开裂段起讫桩号为ZK23+380-ZK23+450,为保证处治效果,微型钢管桩处治时沿隧道纵向两侧各延伸10 m,即处治范围为ZK23+370-ZK23+460。

竖直向钻孔沿隧道纵向共布设6列,横向间距1.0 m,纵向间距1.0 m,梅花型布设,共544个钻孔,2 176延米。斜向钻孔与两侧最外侧竖向钻孔同列交叉布置,纵向间距1.0 m,共180个钻孔,1 080延米。

6.2 施工工艺

6.2.1 铣刨路面

铣刨隧道路面层15 cm。

6.2.2 放线定位

采用全站仪将设计孔位放样在铣刨后的路面上,用油漆标记,孔位放样偏差不超过10 cm。

6.2.3 成孔

采用液压风动潜孔钻机配合空压机成孔,成孔口径150 mm以上,钻杆垂直度偏差不大于1%;钻进至设计深度,经现场工程师确认后方可终孔,钻孔施工质量验收实测项目见表2。

表2 钻孔施工质量验收实测项目

6.2.4 钢管制安

钢管焊接采用两面帮焊,焊接要饱满、稳固,型钢连接要笔直,不得弯曲。制作完成的钢管桩采用钻机沉入钻孔,注浆管沿钢管桩安设并一同沉入孔内。

6.2.5 注浆

6.2.5.1 注浆材料

注浆材料采用325硅酸盐水泥及35~40 Be的中性水玻璃。浆液为水泥+水玻璃的双液浆,可加入适量抗渗剂,当遇到注浆量较大时,可先用粗骨料填充。根据压水试验,适当选择浆液的浓度及水玻璃的用量。水灰比采用1∶0.75~1,水玻璃用量一般是水泥浆重量的25%~30%,这样就控制了凝胶时间。具体水玻璃的用量可在施工中根据实际情况进行调整。

注浆施工质量验收实测项目见表3。

表3 注浆施工质量验收实测项目

6.2.5.2 注浆压力

由孔底慢慢注浆,控制注浆压力在0.5 MPa以内。当浆液返出孔口时,停止注浆;浆液初凝后,对管内和外侧人工徐徐补浆,使管内外浆液充填饱满[1]。中线两侧的微型注浆管压力不宜过大,防止其进入中央排水管。

6.2.6 路面恢复

按照原设计指标恢复路面。

6.2.7 施工要求

a)注浆孔按设计位置放线,利用钻机成孔,成孔与注浆应间隔1孔进行。注浆浆液配合比严格按设计的要求进行。施工过程中严格控制注浆压力,注浆压力不大于0.5 MPa。

b)充填注浆的关键首先是对浆液配合比现场的调整及注浆技术,这些环节的处理好坏直接影响注浆及堵水的质量。

c)控制单位注入量,当遇到注浆量较大时,可先用粗骨料填充再用浆液加固。

d)控制注浆压力及浆液扩散半径,能确保原浇筑混凝土质量,有效达到充填密实之作用。

e)钻孔注浆结束后,待浆液凝固后,切除外漏注浆管,并用高强抗渗水泥浆封孔、并振捣密实、与洞壁齐平。

f)微型钢管桩的直径、壁厚等必须满足设计要求。对于长度9 m的钢管桩需两根钢管焊接时,钢管的焊接必须满足相关技术规范的要求,同时焊接完后,经过现场监理工程师的确认后才能下管。

g)注浆全部完成后,漏在外部的钢管必须完全切除,再重新铺设沥青混凝土。

7 结论及建议

a)某隧道病害段采用微型钢管桩进行处治,经过近半年的监测,路面未再出现裂缝,衬砌上的裂缝未再继续发展。

b)本方案可在同类隧道病害中进行应用,但是钢管桩的直径、现场布置应根据病害的实际情况进行确定。

c)隧道设计、施工阶段对隧址区存在膨胀岩、遇水岩石强度降低的区域,开挖后,建议对隧道底部的岩体进行注浆加固或者加深仰拱的厚度,防止运营期隧道下沉,导致衬砌开裂等病害的发生。

猜你喜欢

浆液钢管注浆
胰腺实性浆液性囊腺瘤1例
脱硫系统用浆液循环泵汽蚀分析
微型钢管桩在基坑支护工程中的应用
浅探输变电钢管结构的连接方法
建筑工程注浆技术的应用
误诊为中心性浆液性脉络膜视网膜病变的孤立性脉络膜血管瘤1例
ACS6000中压传动系统在钢管轧制中的应用
注浆技术在房建施工中的应用
新型复合注浆材料研发与应用
基于PLC的钢管TIG焊机控制系统