黃土泥巖交界面施工技術控制分析

林 江

中鐵十七局集團第二工程有限公司 陜西 西安 710032

我國黃土分布廣泛，厚度較大，覆蓋陜西、山西、內蒙古、甘肅、青海、寧夏等省區，面積約63萬km2，土層厚度約250～300m。黃土發育和分布最集中的地區是黃土高原，形成了河谷多、侵蝕嚴重的黃土地貌。黃土高原黃土厚度大，表層覆蓋土層疏松多孔，垂直節理發育，新黃土遇水易坍塌。一方面，這些都是形成黃土特殊地貌的因素，同時也導致黃土高原地質災害頻繁發生，滑坡現象更為普遍。

甘肅省黃土丘陵分布廣泛，黃土滑坡災害頻繁。黃土小型滑坡不僅經常發生，而且對公路交通設施和城市居民構成安全隱患；此外，還有許多嚴重的大型黃土滑坡，危害極大。

1 黃土泥巖段施工概況

本工程位于甘肅省天水市清水縣黃門鎮硤口村，泥巖段集中于硤口隧道右線YK106+305-YK106+517，左線ZK106+320-ZK106+534，隧底巖性為風積黃土，大孔隙及垂直節理裂隙較發育，具有自重濕陷性抗風化能力差，遇水易崩解，屬軟巖，地下水不發育，此段地基承載力較差，因此在右線YK106+305-YK106+517，左線ZK106+320-ZK106+534施做旋噴樁，加固地基，保證隧道的穩定性。

2 施工風險

根據復雜地質旋噴樁施工風險影響成樁質量的問題，對該段泥巖處理作了一次全面系統的調查，深入到技術、機械、材料和現場操作工人。深入分析并統計出各種風險因素發生的頻率等級，如表1。

表1 高壓旋噴樁施工質量風險評估表

從以上圖表可以看出，“樁體豎直度偏差大”和“噴漿壓力浮動較大”這二個影響因素為中風險，是泥巖地質影響高壓旋噴樁施工質量合格率主要癥結。只要集中精力將上述二個問題逐一解決即可降低質量隱患風險。

3 末端影響因素

針對“噴漿壓力浮動較大”和“樁位偏差大”的問題集思廣益，從“人、機、料、法、環、測”等方面分析末端影響因素，繪制了如下的關聯圖1。

4 旋噴樁施工工藝

4.1 高壓旋噴樁應用原理

高壓噴射注漿打樁是高壓噴射注漿法的一種基本處理方法。首先用鉆機或其他設備將安裝在注入管下側的專用噴嘴放置到預定的土壤深度，然后用高壓泥漿泵在一定壓力下從噴嘴噴出水泥漿。固化一定時間后，在地下形成圓柱形固化體（即噴射注漿樁），與周圍土壤一起承載荷載，起到加固地基或防滲水的作用。高壓旋噴圍護樁施工工藝如下圖2。

4.2 區間支護參數設計

區間范圍內設計支護參數：樁長6m，樁徑0.6m，間距1.2m，梅花形布置；漿液噴嘴2.8mm(兩個)，噴射壓力20MPa，注漿管直徑42mm，鉆頭旋轉速度22r/min，漿液流量100L/min；加固后地基承載力不小于250KPa。

4.3 旋噴樁成樁、施工工藝控制

為積累總結經驗，旋噴樁施工前進行試樁，根據實際情況以確定預定的漿液配比、噴射壓力、噴漿量等技術參數。試樁數量不少于3根，隧道中線1根，左右側各1根 ，具體位置根據現場實際情況確定。

表2 旋噴樁施工主要技術參數

進場前，管道測量完成后，隧道底部應挖至設計水平，無積水和廢渣；同時，必須合理布置工程機械、輸電管線和電力線路的位置。確保施工區域與主隧道施工逐步分開；樁施工控制點在施工前在全站儀進行測量，并撒上白石灰作出標記。在復試線調試合格后，利用鋼尺和試線對樁位進行調整，保證樁孔中心位移的偏差在50mm以內，旋噴樁施工時的回流污泥量大于10%且不超過20%。排入沉淀池的廢物泥，析出的清水可根據施工情況進行二次利用或者無污染排放，沉淀的污泥應與礦渣一起運出。

安裝好鉆機后，要對打樁機的垂直度進行調整，保證鉆桿與樁的位置一致，偏差不能超過10mm，鉆孔垂直度誤差要控制在0.3%以內。鉆井前，要對空壓機和泥漿泵進行調整，保證設備正常運行；檢查鉆桿長度，在鉆機側面用紅漆畫一條深度線，確保孔底長度與設計深度相匹配；鉆機建造前在地下進行試驗 噴藥，待鉆機正常運行后，開始鉆導向孔。鉆孔時，為保證鉆孔深度的準確性，應該詳細記錄鉆桿接頭的數量[1]。

旋噴樁下鉆至一定深度時，要將芯管更換為噴射注漿管，將其安裝至規定深度。為防止噴漿時堵塞噴嘴，應該給噴嘴插上管道。從下向上旋轉噴射，同時清洗和釋放污泥。噴涂時，先達到預設的噴霧壓力和漿液噴霧，然后慢慢統一旋轉噴嘴，然后逐漸抬起旋轉噴嘴，避免旋轉噴嘴扭曲和折斷。為保證樁底質量，當噴嘴下降至設計深度時，將其旋轉至原位約10s，待孔口正常充滿后旋轉提升。鉆桿的旋轉和提升應連續進行，不應中斷。鉆機折斷時，應停止起吊和轉動鉆桿，防止斷樁，并立即修理消除故障。

防止旋轉噴嘴扭曲和斷裂。在噴頭下降至設計深度時，可將其在原位旋轉10s，待孔口充滿后再旋轉提升，如此可以保證樁底的質量。鉆桿必須連續地提升和旋轉，若是鉆機折斷，應停止提升和旋轉，以免造成斷樁，并立即修理，排除故障。為提高樁基質量，必須在距樁基1.0m以內準確增加鉆桿注漿和旋噴時間。在旋噴拆除過程中，可根據不同土層調整旋噴參數。

4.4 成樁質量檢查

噴射施工質量檢查應在高壓噴射灌漿完成后一周內進行，檢查內容主要包括加固區取芯試驗。檢查點數量為施工灌漿孔數量的1%，不合格的重新噴涂。檢查點位置為：荷載較大處、樁中心線處、施工異常處。旋噴樁的檢查可通過鉆孔和取芯進行。

樁體質量一般采用鉆芯取芯法，但考慮到施工中固結體的鉆芯會破壞樁身整體完整性和穩定性，采用復合地基承載力法進行綜合檢測，見圖3。

5 黃土-泥巖接觸面滑坡的影響因素

5.1 地貌條件

黃土丘陵地貌是在地球內外力作用下形成的，為黃土泥巖接觸面滑坡的發育提供了地貌條件。地貌條件是確定邊坡形狀的基礎，直接影響邊坡的穩定性。邊坡形狀主要指邊坡高度、坡角、自由狀態和邊坡剖面形狀。

在黃土丘陵區，由于特殊的地貌條件，邊坡坡度一般在10°～20°左右。在上部覆蓋黃土、下部覆蓋泥巖的“雙層非均質”邊坡結構中，由于黃土-泥巖接觸面傾角也在10°～20°左右，接觸區易形成軟弱結構面。因此，在黃土-泥巖接觸滑坡的研究中，應特別注意地貌條件的作用。

5.2 巖土性質

巖土性質的差異是導致邊坡失穩的基本因素。不同的巖土具有不同的變形破壞模式。由于各種巖土的親水性、礦物組成和抗風化能力差異較大，一些巖土容易發生滑坡。黃土丘陵區上覆第四系黃土、新近系和古近系泥質巖是易發生滑坡的巖土體，構成黃土丘陵區滑坡的滑動層。這類巖土抗剪性差，水敏性強，遇水易軟化，進一步降低土體強度。因此，黃土丘陵區黃土-泥巖接觸面邊坡穩定性較差，在外界因素的影響下極易失穩和滑動。

5.3 水的作用

水對黃土-泥巖界面邊坡穩定性影響顯著，主要表現在軟化、洗刷、浮選、靜水壓力和動水壓力等方面。水的軟化作用主要表現為水分活度降低巖土強度； 水的沖刷使坡腳和滑面脫離；浮力會降低斜坡的有效重量。有利于邊坡穩定； 靜水壓力通常充滿水。自由面不利于邊坡穩定,由于多種水源的綜合作用，造成邊坡失穩的因素很多，包括地下水、降水、灌溉等[2]。

5.4 地震與人為因素

地震對黃土-泥巖接觸邊坡的穩定性影響很大。在水平地震力作用下，法向壓力降低，滑動力增大，邊坡易發生滑動。在強烈振動的影響下，也會使地震帶附近的巖土發生松動破壞，對邊坡穩定性構成潛在威脅。

人為因素對黃土-泥巖接觸面邊坡穩定性的影響也是顯著的。在生產和生活中，人工削坡不好、施工不當造成排水不暢、土木工程破壞自然邊坡平衡等都會造成邊坡穩定性失穩和破壞。

6 高壓旋噴樁在黃土泥巖接觸面滑坡防治中的應用

6.1 前期工作準備

提前準備項目資金和相關材料。建筑材料的使用將影響建筑的整體工程設計，因此必須仔細考慮建筑材料的選擇。擬選用的基層水泥主要為普通硅酸鹽水泥，質量較好，滲透率一般在26%左右。

改善建筑物的環境衛生保護設施。保證了公路周邊的暢通，供水管道可隨時為周邊人員提供充足的生活用水、用電，滿足供電需求。施工期間，場地內的建筑地基必須干燥平整，地面雜草必須完全清除。

6.2 施工第二階段

灌漿準備。通常使用水泥漿，澆筑前需將水泥漿攪拌均勻，確保內部空氣完全排除。

鉆頭準備。漿料攪拌器安裝好后，在正常循環期間將其位置調整到所需量，然后固定。噴射緩沖塊是預先手動調試的，鉆機通過每個鉆頭的噴嘴自動正確對準每個塊中射流的預留位置，正確調整緩沖塊的射流傾角和射流角度，將三個射流塊均勻壓平，然后進行鉆機測試由專業技術人員進行調試，包括從油井內部到鉆井點的間隔鉆孔距離，從油井內部到開采點鉆尖的鉆頭間隙尺寸和鉆孔長度，以及最大進入深度鉆頭從油井內部到采點深部，保證鉆機在油井內二次鉆進時，能準確有效地鉆進，保證產品質量。

泥漿應進行噴涂并防水。試噴：安裝高壓鉆機和專用高壓空氣噴射器后，首先要進行高壓噴淋試驗。無質量問題后再試噴，對準訓練好的孔后高壓噴。噴射：安裝用于噴涂水泥混凝土漿的電機應放置在深孔中。養護后，應向內或向外連續噴射水泥混凝土漿液[3]。電機飛速運作時，應特別注意電機高壓自動噴射器的平均壓力大于平均值，且流動均勻。低于此平均壓力的泥漿和泥漿空氣，及時了解壓力和泥漿氣流的情況。如果高壓噴射器噴出的水泥混凝土漿液全部被孔口完全堵住并沿此方向快速流動，則執行高壓自動旋轉直噴電機，將所有水泥混凝土漿液緩慢旋轉 360°，反復旋轉，使水泥混凝土充分凝固后，完全形成旋轉方向的射流運動形狀，通過高壓攪拌，使水泥混凝土體與所有水泥漿料均勻結合，使其固結成為一種具有高硬度、高運動強度和穩定運動過程的結構，在水泥的基礎上起著重要的強度作用。

7 旋噴質量檢查內容

做好質量測試工作是項目質量保證的重要組成部分，在施工過程中，經常出現鋼筋混凝土頂部孔洞過多或過少，造成機械損傷。只要治療到位，就會開對癥藥，及時去除，才能保證順利生長。旋噴固結體直接壓印在地層中，屬于隱蔽工程，與其他基礎處理工程不同，旋噴樁體的質量無法直接看到，需要采用科學實用的檢測手段來鑒別加固.質量控制的主要內容如下。

（1）固結體的完整性和一致性；

（2）固結體體的有效直徑；

（3）固結體垂直度；

（4）固結體的強度特性（包括軸壓、水平壓、抗酸堿、抗凍、抗樁等）；

（5）固結體腐蝕和耐久性等。

旋噴質量檢驗時間可分為施工前檢驗和施工后檢驗。在施工前，對設計所需鋼筋混凝土的設計主要是通過現場噴淋試驗來確定是否是設計中使用的旋轉噴量規的選擇。是否合適，綜合車身質量是否能滿足設計要求。如果某些指標不符合設計要求，可以采取適當的措施來滿足旋噴質量的設計要求。

施工后檢驗一般在旋噴施工過程中或一段時間內進行，以確定旋噴施工質量，至少要進行兩次檢查，必須配備檢測設備。聯合作業過程中地質條件復雜、現象異常的地區。

如果測試不合格，應對錯誤位置采取進一步的噴涂或有效的糾正措施，然后進行質量檢查。

8 結語

綜上所述，旋噴樁施工技術具有諸多優點和特殊性，在實際隧道施工中得到廣泛應用。充分利用該隧道施工技術，可有效縮短施工時間，增加多處水處理深度，且不會造成嚴重沉降。因此，在隧道施工過程中，要合理運用旋噴樁施工技術，全面提高施工強度和施工安全，從而提高工程整體質量，交付良好的隧道運輸服務。