贾晋龙

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 101116）

0 引言

南水北调中线工程淅川2标段位于河南省淅川县，渠段起点桩号为K8+400，终点桩号为K14+000，总长5.6km。根据项目规划书的安排，该标段主要包括明渠和建筑物两部分，其中明渠长度为5.6km，建筑物主要包括1座左岸排水建筑物，1座渠系交叉建筑物，6座跨渠桥梁。在施工前，由地质勘探小组负责地质情况的调查，根据地质报告，可以确定在该标段K13+605～K13+706渠段左岸二级马道以上为强膨胀土段，并且高填方段范围较大，为了提升膨胀土段和高填方段的稳定性与安全性，经过充分研究和讨论，决定采用注浆钢管桩对渠坡进行加固。

1 钢管桩的特点

钢管桩常作为摩擦桩、支承桩等在建筑工程中使用，若选择钢管桩作为支承桩，不仅能够打入较深的支承层，还能有效提升整个支承面的承载力，提升建筑工程的整体质量。相较于其他类型的钢桩，钢管桩在承载力、延伸性以及结合性等诸多方面都有明显的优势：

（1）单桩承载能力高。钢管桩所采用的钢材强度大，因而钢管桩的承载力也较高。

（2）耐冲击性能好。根据相关实例显示，钢管桩能够打入质地较为坚硬的支承层，贯入和穿透性能较强，厚度超过30m 的深厚软弱地基，钢管桩也能顺利沉入，到达设计的支撑层，并稳定发挥支撑效果[1]。

（3）设计灵活。钢管桩的设计原理是一致的，但是设计人员可以根据具体地基工程的情况灵活调整钢管桩的参数设置，以确保每根钢管桩的桩径、壁厚符合设计要求。

（4）抗横向力和抗弯能力强。这是由钢管桩受到水平方向的阻力和断面刚度而决定的，并且设计人员可根据工程的实际情况适当增大钢管桩的桩径和壁厚来提高桩基的抗横向力和抗弯能力，使钢管桩能够承受更大的水平力。

（5）可灵活调整钢管桩的桩长。为了适应不同的施工要求，满足起伏不平的支撑层的设计要求，施工人员可以根据施工方案调整钢管桩的长度，最常用的调整方法为焊接增长和气割切短。

（6）结合性强。为了提升结构的稳定性，保证上下结构共同工作，经常需要将钢管桩与上部承台进行连接，钢管桩可以通过钢筋和上部结构混凝土快速结合，以满足工作需求。

（7）接缝稳定安全。数段钢管桩可以进行拼接，并且接缝的安全系数高，与母材强度一致。

（8）打桩出土量小。钢管桩打入施工对周围地基和建筑物的干扰较小，且钢管桩开口可以打开，沉入过程中产生的土方较少，施工安全且快速，效率较高。同时，钢管桩适用于小面积场所的施工，且荷载能力好，适用的工程类型较为广泛。

（9）加强周围土体整体稳定性。注浆导管伸入孔底，通过注浆机的持续高压作用，使土层颗粒间空隙充满浆液，孔底土层浆液达到饱和后，浆液液面上升并通过钢管管壁留孔挤出，在钢管外围土层不断渗透使之固结，注浆完成后，再浇筑桩帽锁住钢管管顶，最终达到加固的目的。

（10）综合效益高。钢管桩施工工艺的应用不仅可以保证工程质量，同时对于缩短工期和控制工程造价也有积极的意义。

2 施工布置及临时设施

2.1 施工便道

现场施工中，渠道开挖和渠道坡面防护完毕后，K13+605～K13+706施工渠段道路通行困难，应开展道路修整疏通作业，沿着K13+000 处坡顶进行修整，直至施工作业面。根据施工布置方案，施工便道的宽度为5m，施工平台的宽度为7m，以十里庙弃土场为土方转运点，采用挖机和装载机将弃土场土方转运到设计施工便道，素土填筑，并使用挖机和压路机平整路面，最后结束标段内膨胀土和高填方段注浆钢管桩施工后，再挖除素土，转运回十里庙弃土场。

2.2 施工用电、用水

为了满足施工的用电和用水需求，施工现场将采用2台功率为120kW的发电机制电，供施工设备使用，施工用水采用河水和地下水。

3 施工方案及技术措施

3.1 施工准备

3.1.1 施工平台

在K13+605～K13+706段左岸二级马道填筑施工作业面，并且为了提升施工效率，采用就近的削坡土方作为填筑材料，挖机配合压路机平整压实施工平台。在施工平台的四周修建排水沟，加强排水工作。

3.1.2 机具和材料准备

（1）钻机1台，注浆泵3套，灰浆搅拌机1台，发电机2 台；（2）劳动保护用品；（3）防护头罩、防尘口罩等；（4）P·O42.5R水泥、水玻璃。

3.2 浆钢管施工要点控制

3.2.1 钢管桩加工

（1）注浆钢管桩规格。根据工程需要，该标段膨胀土和高填方段注浆钢管桩采用9m长的20#结构用热轧无缝钢管，并且严格控制钢管尺寸与质量，确保钢管桩径为89mm，壁厚5.5mm，质量性能符合施工要求。

（2）管壁注浆孔。采用钻孔的方式开设注浆孔，减少开孔对钢管管壁的破坏，注浆孔具体开设位置为钢管距离底端1m至距离顶端1m的范围内，每一个断面开设一个注浆孔，直径为4～5mm。

（3）对中架。对中架安装在钢管的外壁，间距为3m，成组安装，采用直径为10mm的一级钢筋，钢筋绑扎松紧适度，将对中架稳定牢固地安装在钢管管壁上。

（4）钢管底盖与底托架。在钢管桩注浆过程中，浆液容易从一次注浆管和底部封盖的间隙中渗流到钢管内部，对此，应在钢管底部焊接铁板进行封闭，并采用胶带封住缝隙。同时，还应注意在钢管底部安装底托架，底托架采用直径为22mm的二级钢筋制作，人工焊接成“U”形底托架。

（5）管顶密封压盖。采用厚度为5mm的钢板制作圆形钢管管顶压盖，压盖的直径为13cm，并在压盖中间开一个直径大于22mm 的钻孔，方便22mm 的钢管穿入。再选择一块厚度为3mm的硬橡胶皮加工制作成圆环，将其作为压盖下面的密封圈。

3.2.2 钻孔

严格按照设计要求实施钻孔，确保孔位精准[2]，孔径为0.13m，孔深为9.2m，控制钻孔偏差不得超出5cm的安全允许范围，钻孔垂直度偏差不得超出1%。

3.2.3 钢管桩入孔

在打入钢管时，应对钢管进行清理[3]，除净表面铁锈，并采用质量良好的专用胶带螺旋紧密缠绕在钢管管壁上，避免一次注浆作业时浆液渗流到钢管内部。如果在沉入钢管过程中钢管管壁上缠绕的胶带出现磨损和破裂，应重新进行缠绕。如有需要可以采用补充钢管进行搭接，增加钢管桩桩长。

3.3 注浆施工要点控制

注浆作业共分两步完成，即一次常压注浆和二次劈裂注浆。

3.3.1 一次常压注浆

（1）洗孔。钢管桩沉入支撑层后，可通过注浆管先注入适量清水，清洗钻孔内部的残渣，并将其排出。

（2）注入水泥浆。严格按照实验室确定的目标配比方案制备浆液，浆液水灰比为0.5。从孔底向上灌注水泥浆液，直至孔口流出的浆液为纯水泥浆时，结束一次注浆作业。值得注意的是，一次注浆压力应保持在0.3MPa以下。

（3）封孔。封孔的根本目的是避免二次劈裂注浆时水泥浆液从钢管管壁和孔壁缝隙流出，以保证注浆效果。在进行封孔前，先将钢管外围0.5m左右深的土层清除，清理半径比管径大15～20cm，接着采用准备好的水泥袋或者棉纱沿着钢管向孔口方向进行封闭，直至填塞到孔口以下2m 的范围，施工人员使用钢钎将水泥或棉纱振捣紧密。最后制备水玻璃溶液和水泥浆液，水玻璃溶液中水玻璃∶水=1.0∶0.5，水泥浆液的水灰比为0.45∶1，继而将水玻璃溶液和水泥浆液按1～0.5:0.6的比例制备为水泥-水玻璃双浆液，倒入搅拌容器充分搅拌后，灌注到距离孔口1.5m 的位置，严格按照施工规范进行作业，混合浆液凝固后再采用水泥浆液进行封孔。

3.3.2 二次分段劈裂注浆

（1）一次注浆作业结束后做好养生管理工作，养生时间不得低于12h，12h后对一次注浆进行质量验收，验收合格后即可开始二次劈裂注浆作业，实验室规定的二次劈裂注浆作业的水泥浆的水灰比为0.7～0.8∶1。

（2）劈裂注浆管制作。二次劈裂注浆作业需要用到专门的注浆管，因而根据出浆长度选择长度适中的镀锌钢管，并且保证镀锌钢管的管壁厚度为2～2.5mm，管径为22mm。若使用管接头连接，应在管身最下面一节钢管距离管头0.5m的位置布设第一个注浆孔，注浆孔的孔径为5mm，布设形式为梅花形。

（3）注意观察、记录注浆量和孔口压力表压力变化，当出现如下情况中之一时即停止注浆：①孔口周围或边坡地表出现冒浆；②注浆压力持续过大，注浆量不增加或增加很少；③注浆时间超过45min（浆液初凝）；④孔口密封冲开。

（4）为了保证注浆效果，钢管桩采用间隔分段注浆的方式，间距不得低于10m，完成上一段钢管的劈裂注浆后即可提升注浆管，开始下一段劈裂注浆作业。

（5）完成注浆作业后，施工人员及时接入清水，清洗注浆泵与注浆管，以免水泥浆液凝固，影响注浆泵和注浆管的后续使用。

3.3.3 施工现场恢复

完成膨胀土和高填方段的注浆钢管桩施工作业后，挖机再次入场，挖除施工作业面，并由自卸车将废弃土方转运到十里庙弃土场，修补因钻孔作业而破坏的渠道坡面，并恢复施工现场。

4 注意事项

（1）在正式制备水泥浆液和开展注浆作业时，施工人员应对入场的施工材料进行规格和质量检查，确保其与施工要求一致。遵照实验室目标配比方案制备水泥浆液，水泥要在搅拌桶里被充分搅拌，搅拌时间不得低于3min，如果因为某一施工流程出现滞后或突然遭遇异常而导致浆液搅拌时间大于30min，制备的浆液不得用于注浆，应妥善处理。施工人员要严格按照施工方案和有关施工规程开展钻孔、注浆及封孔作业，并加强质量与安全管理，全过程动态跟踪施工，重点检查钻孔孔径和孔深，测量钢管长度、厚度和管径，控制注浆压力，以保障施工质量。

（2）加强施工规划，编制科学合理的施工方案，反复查验审核施工图纸并做好风险管理，对施工过程中可能会遭遇的问题进行模拟，制定紧急预案，进而保障工程施工安全、质量、进度等各项目标。

（3）成孔前，用水平尺校正钻机的水平度，给正式成孔创设良好的条件。钻进期间，进尺每达到200mm后及时测量1次钻头。采用Ф89钢管作为注浆管，除顶端2m外（作为止浆段），剩余部分均每隔1200mm 钻1 处注浆孔，以便注浆施工的顺利进行，下管前先用透明胶带封闭，以免杂物进入其中。经过加压后，在压力的作用下促使水泥浆冲破胶带，以便流入孔内，有效填充周围土体间的缝隙。水泥浆液的质量必须得到保证，通过充分地搅拌，得到均匀性较好的材料，搅拌3min后开始注浆。施工期间注重对桩长、水泥用量、水灰比各项关键参数的检测，将实测结果与设计要求做对比分析，判断是否满足要求，若有不合理之处则及时调整。其中，桩长以测量的方法获得，每完成10根桩的施工后及时核实水泥用量，水灰比则用比重计检测。

（4）钢管桩施工时，复核孔深、注浆管长度，同时加强对桩顶、桩底标高的检测与控制。对于设置在两端的桩体，要求其桩位偏差≤1/3桩径，中间部分则≤1/2桩径，还需满足垂直度≤1/1000桩长的要求。钻进期间加强检查，若出现塌孔，随即将钻具向上提起，待其脱离孔底后向孔内输入高浓度的膨润土泥浆，通过此方法维持水头压力的合理性，以免塌孔。钻进至设计深度后提起钻泵，注入清水，此时检测孔口流出泥浆中的钻渣含量，直至其满足要求为止。提钻时需小心细致，避免钻头碰触孔壁，并在此期间及时补入清水。

5 结束语

综上所述，注浆钢管桩规格多样，优势突出，是一种新型的深基础处理技术，具有改善基础地基、降低地基沉降和提升地基承载力的优点。在南水北调中线淅川段工程膨胀土和高填方段渠坡加固施工中，不仅要把控对注浆钢管桩施工工艺的技术要点，还要重视施工注意事项。该项目的实践证明：在膨胀土和高填方路段中应用注浆钢管桩施工工艺能够有效达到对土基改良加固的目标，保证支撑效果，该工艺值得大力推广应用。