注浆钢管桩在软土地基加固中的应用

注浆钢管桩在软土地基加固中的应用
发布时间：2023-03-20T07:56:23.166Z 来源：《城镇建设》2023年1月第1期作者：潘宏业[导读] 随着我国建设的迅速发展，软土地基的分布范围也在不断扩大，在复杂的地质环境中，软土地基施工将会遇到越来越多的挑战。

潘宏业中国建筑第八工程局有限公司摘要:随着我国建设的迅速发展，软土地基的分布范围也在不断扩大，在复杂的地质环境中，软土地基施工将会遇到越来越多的挑战。

尤其是由于软土地基内部空间狭窄、施工程序复杂、工期紧张、大型工程机械难以作业等原因，在软土地基处理中，可供选择的方案往往十分有限。

在此情况下，本文结合实际案例，从方案书合计出发，对钢管桩注浆加固在软土地基处理中的应用展开研究，以期为相关工作
人员提供借鉴。

关键词: 钢管桩;注浆加固;软土地基引言钢管桩注浆技术是一种软弱地基处理方法，它是在软土地基基础承载力不足时，按规定的参数在软弱士层中打出一定长度的钢花管，然后用定量的压力将水泥浆液注入钢花管，使其致密，固化，从而提高基础承载能力。

在软基加固中，采用钢管桩灌浆加固软基、处理软土地基溶洞、软岩、泥岩等不良地质灾害，已取得了较好的效果，但由于岩溶区地层的复杂，施工技术和技术水平的不同，使得该工程的设计和施工还处于实践和摸索阶段，还没有形成比较成熟的施工技术。

一、钢管桩注浆加固方案设计 (一) 注浆加固方案确定
目前，软土地基的治理主要有旋喷桩、灰土挤密桩、树根桩、钢管桩和袖阀管灌浆等。

隧道内的软弱地层以粉质粘土为主，以小溶洞为主:其下部岩体为透镜型石灰岩，岩体表面有较大的起伏，表面有较多的石芽和溶槽。

针对地层特征和基础承载力，旋喷桩、灰土挤密桩、树根桩、袖阀管灌浆等方法无法满足挤密、改善或置换土层和埋入基岩的作用，而在钢管栋注浆时，钻孔打入后可以代替部分软土，加压灌浆既可以填满钢花管，也可以将桩间土嵌入一定的深度，从而达到桩与桩间土的复合地基共同作用，起到提高基体承载能力，控制施工后沉降，保证软土地基运行安全的目的[1]。

(二)钢管桩注浆加固实施条件
(1)对钢管桩灌浆进行加固处理，要求有一定的工作空间，而三级临时仰拱工艺中隔墙的使用，会使操作空间受到进一步的限制，因此必须采用三级预留核心土法。

(2)基坑治理区段的开挖深度为4.1~ 8.5 m，属于超浅埋设，采用钢管桩灌浆加固的时间相对较长，且存在一定的危险性，故严格控制施工的安全步距。

(3)为了确保施工过程中的施工安全，并为钻机提供钻井平台，在开挖到下台阶后，在每个边墙加
25.0 m，42锁脚错管，仰拱开挖后立即施作仰拱初支，并用洞渣回填至下台阶底作为钻孔平台。

(三)钢管桩参数的确定
在相同间距时，采用等边三角形排列的基础承载力要比方形结构大;在相同的排列方式下，增加桩距会导致基础承载力明显下降;当桩管径减小时，尽管单桩的竖向极限承载力标准值呈直线下降，但随着管径的减少，基础承载力特征值也随之增加，管径减小，桩间距也随之变小。

根据工程模拟，该方案选用6108 mm、t=6 mm的热无缝钢管作为身，其桩间距为0.5mx0.5 m，呈梅花型布置，并将钢管桩埋入基岩中不小于1.0 m。

热轧无缝钢管的导端为圆锥形，在承压端焊接有钢环，在管口留有止浆区，每隔10厘米处设-5~8 mm的溢浆孔。

当钢管的长比较长时，可以采用螺纹接头的方式将钢花管的螺纹长度不少于15厘米，各段的长度可以达到2米.
(四)注浆材料的确定
由于钢管桩注浆对注浆材料的固化时间没有特别的要求，所以采用了水泥单液浆和普通硅酸盐水泥。

从一般水泥的抗压强度曲线上可以看出:在0.5:1~1:1的水灰比范围内，其抗压强度随水灰比的增加而减小在水灰比大于: 1时，浆体的抗压强度基本不发生变化。

分析其原因，主要是因为在水化过程中，大量的水分未加入水化反应，从而不会对水泥的抗压强度产生影响。

综合考虑，该方案采用常规的水灰比为1: 1的常规硅酸盐水泥单液浆 (五)注浆压力参数的确定
该隧道施工地质条件复杂，最大注浆深度不能超过10米，因此采取了一次性全钻孙注浆，并根据注浆地层特点和注奖加质目标，将其注浆压力设定在1.0~ 2.0 MPa之间。

注浆压力是确保注浆质量的重要指标，在注浆过程中，为了满足现场注浆的要求，必须对注浆压力进行动态调节。

在钢管桩全面施工之前，还应该进行试桩工艺试验，试桩数量不少于3个，并对注浆工艺注浆压力、注浆方式、浆料比例等进行了优化，确定了最优参数后，才能投入使用。

二、钢管桩注浆加固方案施工 (一) 钢管桩注浆加固施工工艺
按设计要求，在现场进行了试桩的工艺实验。

在钻孔过程中，XY-200潜孔钻在地层中进行，由于地层为粉质粘性士层，钻头不易取出。

经过改进，使用了旋转式和圆筒式钻头，其钻头的直径为127毫米。

采用旋转式钻机进行钻井，在钻井深度达岩层后，采用圆筒钻井，以满足需要。

注浆过程中存在“跑浆”现象，压强不稳。

通过分析认为，“跑浆”及压力不稳是因为没有使用止浆板，泥浆在低压下只填满了钢管桩，随着压力持续增大，“跑浆”状态会沿着仰拱开挖面与初支底间的非密实层释放。

经过讨论和研究，决定采用注浆小导管注浆加固第一支底侧不密实层0.5米的围岩，并要求在低压下多次注入水泥+水玻璃双液浆，以加强致密可以起到止浆板的作用。

通过现场实验，很好地解决了“跑浆”、压强不稳等问题。

(二)钻孔下管及注浆作业
(1)XY-200潜孔钻钻机在钻孔作业)，其钻孔直径为127 mm，钻孔直径为108mm，且钻孔深度不得低于基岩1 m。

(2)在钻孔完毕后，在下管道上安装钢花管，每根钢花管按2米一节，用螺丝固定。

为了防止返浆，在钻孔和钢花管的空隙中使用了混凝土。

(3)用ZKSY90-125型双液注浆泵进行了一次性全孔注浆，并对其进行了试验研究。

按间隔跳孔、跳排原则进行注浆，采用挤密式注浆。

在注浆期，部分的孔出现了串浆现象[3]。

调试后，当两个孔洞之间出现串浆现象时，应立即关闭注浆口的止浆阀，对相应的串浆孔进行注浆，然后进行二次注浆;当串浆出现2个以上时，必须立即停止注浆，并使用水泥混疑土双液浆进行堵漏，并进行铺注。

三、地基加固方案
考虑到淤泥土承载力低，变形大，表层回填土质量缺乏保证，采用复合地基方案将难以满足控制地坪沉降要求，故本次注浆钢管桩按照桩基础设计。

本工程注浆钢管桩方案采用直径100mm钢管，壁厚3mm，桩长20m~22m，以桩端进入III1-2粘土层不少于5d为准，单桩承载力特征值为45kN。

根据相关文献研究[3],采用两阶段压浆工艺后，单桩承载力能够提高2.2倍；按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）[1]，桩侧摩阻力可提高至1.3倍，本工程执行《建筑地基基础设计规范》规定，预估注浆后单桩承载力特征值可提高至55kN。

桩间距控制在1200mm~2000mm之间。

单截桩长控制在2m~3m之间，每一截桩对称设置两个直径30mm出浆孔[3]，钢管连接采用套筒焊接。

本工程钢管采用静压法沉桩。

注浆采用水灰比0.5的水泥浆，材料为42.5级普通硅酸盐水泥。

由于部分房间有设备基础，且设备较重，在设备基础下桩间距加密至1200mm~1300mm；部分房间荷载较轻，且地下管线复杂，为避免损坏，桩间距适当放宽至2000mm。

压桩至设计标高后，需将孔内淤泥作清孔处理，后采取两阶段压浆，一阶段采用压力注浆，注浆压力约0.5Mpa，注浆量达到两倍钢管体积时注浆结束；间隔15~20min后进行二阶段压力注浆，注浆压力2.5~3.0Mpa，注浆量达到三倍钢管体积时注浆结束[3]。

具体注浆压力根据现场实际情况调整。

另在地坪标高设置250mm厚钢筋混凝土板，桩顶与钢筋混凝土板整体连接，桩顶进入混凝土50mm~100mm。

结语
钢管桩灌注加固方案的设计和施工，其原理是采用钢花管进行桩间土的灌浆，以挤压充填、剪切劈裂等方式，与钢管桩结合，增加地基的承载力，减小地层变形。

在软土地基施工中，这种机制得到了很好的应用，但在实际施工中还存在一些问题，值得重视。

参考文献:
[1]赵涛，李国良，梁庆国，等.钢管桩加固饱和黄土软土地基的试验和研究现代技术，2019，54 (3):78.
[2]刘彬.宜万铁路鲁竹坝2号隧道”+960”溶治理技术D.铁道标准设计，2020，18 (8) : 109.
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[S].中国建筑工业出版社.。