張長(zhǎng)生，陶連金，強(qiáng)小俊，胡榮華，3

(1.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100022;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東 深圳 518034;3.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，河南 鄭州 450015)

深港西部通道側(cè)接線與后海濱路交匯處，規(guī)劃的深圳地鐵二號(hào)線自側(cè)接線下方通過(guò)［1］。按地鐵公司的要求，必須對(duì)地鐵隧道穿越地層進(jìn)行注漿加固，否則，地鐵隧道的開(kāi)挖施工將會(huì)擾動(dòng)軟弱地層，影響到西部通道側(cè)接線的安全［2］。西部通道側(cè)接線沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)還考慮在沿線厚度較小的淤泥質(zhì)亞黏土層及地基形式不同區(qū)域的過(guò)渡段，采用注漿工法處理［2-3］。由于針對(duì)處理加固的軟弱地層的對(duì)象不同，注漿工法和施工參數(shù)不同，設(shè)計(jì)方案確定之前，有必要進(jìn)行測(cè)接線工程現(xiàn)場(chǎng)原位注漿試驗(yàn)，驗(yàn)證注漿處理方法的工程有效性，探索總結(jié)施工工藝和合理的施工參數(shù)。

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地現(xiàn)狀

根據(jù)地質(zhì)鉆探揭露，試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)條件如下［4］:

1)人工填土層。層厚約5.0 m，新近填土，成份較雜，不作為本次注漿加固的對(duì)象。

2)淤泥層。層厚約4.0 m，飽和流塑狀態(tài)，屬于高壓縮性、低強(qiáng)度的超軟弱土，在側(cè)接線工程中主要考慮換填，但對(duì)該土層的注漿加固效果的試驗(yàn)也會(huì)有利于多方案的比選，所以也作為本次注漿加固處理的對(duì)象之一。

3)礫砂層(沖洪積成因)。層厚約2.8 m，松散～中密狀態(tài)，不均勻含有有機(jī)質(zhì)，也作為注漿加固的對(duì)象。

4)淤泥質(zhì)亞黏土層(泥沼相成因)。層厚約4.5 m，飽和，可塑～軟塑狀態(tài)，含有炭化木，有機(jī)質(zhì)含量較高(約8%)，該土層為本次重點(diǎn)加固的軟弱地層。

5)淤泥混礫砂層(含有機(jī)質(zhì))。層厚約2.0 m，松散～中密狀態(tài)，亦為本次試驗(yàn)重點(diǎn)加固的對(duì)象之一。

1.2 場(chǎng)地處理要求

該處試驗(yàn)位置鄰近后海濱路和側(cè)接線交接處，同時(shí)有淤泥、淤泥質(zhì)土、含淤泥混礫砂等軟弱地層。

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)要求，現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)的具體要求可以歸納如下:

1)確定合理的注漿工法，包括注漿配方、工藝和注漿參數(shù)。

2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)驗(yàn)證注漿處理的工程效果。

3)驗(yàn)證注漿是否受淤泥質(zhì)黏土中有機(jī)質(zhì)含量的影響。

2 注漿工法的選擇

根據(jù)擬加固軟弱地層的工程性質(zhì)，結(jié)合設(shè)計(jì)的要求，推薦采用分層袖閥式劈裂注漿工法加固淤泥、淤泥質(zhì)亞黏土層和淤泥質(zhì)砂礫層。

分層袖閥式劈裂注漿工法為國(guó)家級(jí)工法，適用于各類(lèi)砂土、淤泥質(zhì)黏土和一般填土層［5］。經(jīng)注漿處理后的地層配合盾構(gòu)和頂管推進(jìn)，可以有效控制地面沉降，該工法也可以充填注漿和用于建筑物的基礎(chǔ)加固。

袖閥式劈裂注漿法是在地面上開(kāi)孔放置袖閥管，利用袖閥管多次注漿工藝，使水泥漿在淤泥、淤泥質(zhì)土層中劈裂、擠壓和滲透形成柱狀、片狀和樹(shù)根狀的水泥注漿固結(jié)體，同時(shí)在注漿過(guò)程中軟弱地層受到水泥漿液的壓密并產(chǎn)生一定水化反應(yīng)，土質(zhì)得到改善。水泥注漿固結(jié)體與原狀土體混在一起形成復(fù)合地基，從而改善了土層的強(qiáng)度和壓縮性，達(dá)到加固和改良軟弱土層的目的。

該工法對(duì)于深港西部通道側(cè)接線的地基加固工程而言有以下特點(diǎn):

1)可以適用于不同的擬加固地層，如淤泥質(zhì)亞黏土層、含有機(jī)質(zhì)礫砂層、淤泥層等。

2)施工機(jī)具小，可以用于狹窄的場(chǎng)地。

3)分層注漿可以實(shí)現(xiàn)不同層位的注漿，按土層的不同和加固要求的不同區(qū)別對(duì)待，而且可以實(shí)現(xiàn)多次注漿。

3 注漿試驗(yàn)

3.1 注漿加固技術(shù)要求

根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，擬定注漿加固的技術(shù)要求如下:

1)淤泥層注漿28 d之后，平均標(biāo)貫擊數(shù) ＞3擊，靜力觸探端阻力增大50%以上，換算承載力標(biāo)準(zhǔn)值＞150 kPa。

2)淤泥質(zhì)亞黏土注漿28 d之后，平均標(biāo)貫擊數(shù)＞5擊，靜力觸探端阻力增大50%以上，換算承載力標(biāo)準(zhǔn)值 ＞150 kPa。

3)淤泥混礫砂層注漿28 d之后，平均標(biāo)貫擊數(shù)＞10擊，換算承載力標(biāo)準(zhǔn)值＞200 kPa。

3.2 試驗(yàn)注漿布孔設(shè)計(jì)

1)注漿孔正方形布置，間距1.5 m×1.5 m;

2)注漿孔深度初步定為 19.0 m，高程 3.0～-16.0 m;

3)有效注漿長(zhǎng)度15.0 m，高程-1.0～-16.0 m;4)共布置注漿孔12個(gè)。

3.3 注漿工藝與參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的地質(zhì)條件以及設(shè)計(jì)要求，初步確定注漿工藝與參數(shù)如下:

1)注漿鉆孔直徑110 mm，垂直度偏差＜1%。

2)注漿管采用硬質(zhì)塑料管，管外徑50 mm，承壓＞3.0 MPa。

3)注漿管上出漿孔間距330 mm，孔徑5 mm，袖閥為膠套管，覆蓋出漿口。

4)按每米注漿加固長(zhǎng)度控制注漿量，12個(gè)試驗(yàn)注漿孔分為兩組，每組6孔，第一組，注漿量按水泥用量150 kg/m控制;第二組，水泥用量200 kg/m。

5)注漿分次進(jìn)行，第一組，注漿3次，第二組注漿4次，每次間隔時(shí)間≥24 h。

6)注漿水泥用42.5R普通硅酸鹽水泥。

7)注漿水灰比應(yīng)按注漿的次序有所調(diào)整，依次增大水灰比，控制范圍為1.00～0.45。

8)為增加可灌性和加快試驗(yàn)進(jìn)度，在注漿中可加入水泥用量0.3%的FDN-5復(fù)合型外加劑。

3.4 注漿工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)地的情況，注漿初步按以下工藝流程實(shí)施:

1)根據(jù)要求鉆孔到位，必要的情況采用套管跟進(jìn)鉆進(jìn)。

2)通過(guò)鉆桿向鉆孔內(nèi)注入封殼料。

3)插入塑料袖閥管。

4)封殼料凝固之后，自下而上分段注漿，注漿采用雙向密封注漿芯管，分段長(zhǎng)度與袖閥管間距相適應(yīng)。

5)分段注漿完成之后，用清水清洗注漿管，以備下次注漿使用。

6)重復(fù)注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿水泥用量。

3.5 試驗(yàn)注漿工期

試驗(yàn)注漿于2004年4月10日進(jìn)場(chǎng)，4月18日注漿工作結(jié)束，5月12日完成各種規(guī)定的測(cè)試工作后撤場(chǎng)，共歷時(shí)24 d。

注漿施工和原位測(cè)試檢驗(yàn)的時(shí)間分別為:

場(chǎng)地準(zhǔn)備及靜力觸探和標(biāo)貫試驗(yàn):2004年4月11日。

注漿孔開(kāi)鉆時(shí)間:2004年4月11日—4月12日。

注漿時(shí)間:2004年4月12日—4月19日。

靜力觸探和標(biāo)貫檢測(cè)試驗(yàn):2004年5月11日—5月12日。

4 注漿工藝與參數(shù)的確定

4.1 注漿工藝流程

根據(jù)試驗(yàn)確定的實(shí)際注漿施工工藝流程為:

放點(diǎn)→鉆孔→清孔→下封殼料→下袖閥管→拔套管→補(bǔ)足封殼料→24 h后開(kāi)始第一遍注漿→第二遍注漿→…→第四遍注漿。

4.2 實(shí)際注漿參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)確定的合理的注漿參數(shù)如下:

1)封殼料配方

水泥和膨潤(rùn)土比1∶1，水灰比0.6。

2)水泥

水泥品種宜采用42.5R普通硅酸鹽水泥。

3)注漿施工參數(shù)

①注漿次數(shù)，根據(jù)本場(chǎng)地地質(zhì)條件，注漿次數(shù)為4次;②注漿液水灰比，通過(guò)試驗(yàn)確定第一次與第二次的注漿水灰比為1∶1，第三次與第四次的注漿水灰比為0.75∶1;③ 注漿壓力，第一次為0.1 MPa。

根據(jù)試驗(yàn)確定的不同注漿次序、注漿液配方及注漿壓力，如表1所示。

表1 注漿水灰比及注漿壓力

5 試驗(yàn)注漿的檢測(cè)結(jié)果與分析

試驗(yàn)段完成注漿28 d之后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣、靜力觸探和標(biāo)貫等原位試驗(yàn)。共進(jìn)行了4孔58組標(biāo)貫試驗(yàn)，4孔靜力觸探試驗(yàn)，2個(gè)取樣孔。標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。有關(guān)取樣觀察和標(biāo)貫試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)的結(jié)果分析如下。

5.1 取樣觀察和土工試驗(yàn)

在注漿加固土層所取出的試樣有明顯的脈狀、片狀水泥漿固結(jié)體，但該種固結(jié)體分布不均勻。由于注漿之后所取出的土樣具不均勻性，試驗(yàn)室關(guān)于土樣的含水量試驗(yàn)指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)等不具代表性，不具備統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

5.2 標(biāo)貫試驗(yàn)

要求的標(biāo)貫試驗(yàn)頻率為在注漿加固的地層1次/m。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，注漿處理28 d之后，淤泥、淤泥質(zhì)亞黏土和淤泥混礫砂等地層的標(biāo)貫原位測(cè)試指標(biāo)有較大幅度的增加，其中淤泥質(zhì)亞黏土和淤泥混礫砂層標(biāo)貫擊數(shù)增大顯著。礫砂層注漿前后標(biāo)貫擊數(shù)變化不顯著。

比照有關(guān)規(guī)范，對(duì)應(yīng)黏性土、砂土的指標(biāo)，可以對(duì)注漿前后不同土層的地基承載力作大致的對(duì)比。比較結(jié)果如表3所示。

5.3 靜力觸探試驗(yàn)

靜力觸探試驗(yàn)在注漿之前做了2孔，注漿之后做了4孔，其中試驗(yàn)前后各有一個(gè)觸探孔遇到障礙未能取得有效數(shù)值。靜力觸探試驗(yàn)和數(shù)據(jù)的處理參照了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。靜力觸探的布點(diǎn)參見(jiàn)平面圖(略)。注漿加固前后不同土層的靜力觸探端阻力的平均值統(tǒng)計(jì)于表4。

靜力觸探試驗(yàn)的結(jié)果表明，注漿處理前后地基的靜力觸探平均端阻力有明顯的提高，但是靜力觸探反映的阻力曲線具有不規(guī)則性。在實(shí)際可操作性方面不如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

表2 標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果

表3 不同地層加固前后的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk對(duì)比

表4 靜力觸探試驗(yàn)平均端阻力值 MPa

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)注漿處理之后，各土層的原位測(cè)試指標(biāo)均有所提高，其中標(biāo)貫試驗(yàn)的擊數(shù)增大明顯，而且現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)具有較好的可操作性。標(biāo)貫試驗(yàn)可以作為注漿加固工程效果的質(zhì)量檢驗(yàn)方法。比照有關(guān)規(guī)范，對(duì)應(yīng)黏性土、砂土的指標(biāo)，可以對(duì)注漿前后不同土層的地基承載力作大致的對(duì)比。比較結(jié)果如表5所示。

壓縮模量，建議按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

由于經(jīng)過(guò)注漿處理之后地層有脈狀、片狀的水泥注漿固結(jié)體，標(biāo)貫試驗(yàn)紀(jì)錄的標(biāo)貫擊數(shù)有較大的離散性。根據(jù)本次試驗(yàn)的結(jié)果，評(píng)價(jià)注漿加固的工程效果宜采用平均值和最小值結(jié)合考慮的評(píng)價(jià)方法。具體注漿質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)建議如表6所示。

表5 不同地層加固前后的承載力fk對(duì)比

表6 注漿加固質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)推薦值 擊

6 注漿加固的質(zhì)量檢測(cè)方法和指標(biāo)

由于經(jīng)過(guò)注漿處理之后地層中有脈狀、片狀的水泥注漿固結(jié)體，鉆孔取樣之后土樣具有不均勻性，所以用鉆探取樣并進(jìn)行室內(nèi)化驗(yàn)的方法評(píng)價(jià)并檢驗(yàn)注漿加固效果的方法不合理［6-7］。靜力觸探試驗(yàn)對(duì)于軟土且較均勻的地層，具有檢測(cè)靈敏度較高，數(shù)據(jù)連續(xù)等特點(diǎn)，但是本試驗(yàn)段靜力觸探的試驗(yàn)結(jié)果表明，同樣由于注漿固結(jié)體在土層中以脈狀和片狀不均勻分布，靜力觸探的阻力曲線波動(dòng)顯著，較難用于綜合分析軟弱地層加固后的性質(zhì)。相對(duì)而言，對(duì)于不同地層，加固前后標(biāo)貫試驗(yàn)紀(jì)錄的標(biāo)貫擊數(shù)的平均數(shù)值較為穩(wěn)定，能夠?qū)Ρ溶浫醯貙蛹庸糖昂蟮墓こ绦再|(zhì)。所以建議在工程實(shí)際中采用試驗(yàn)前后標(biāo)貫試驗(yàn)測(cè)定的標(biāo)貫擊數(shù)評(píng)價(jià)注漿加固的工程效果以及施工質(zhì)量。

根據(jù)本次試驗(yàn)的結(jié)果，評(píng)價(jià)注漿加固的工程效果宜采用平均值和最小值結(jié)合考慮的評(píng)價(jià)方法。

7 結(jié)論

總結(jié)試驗(yàn)段注漿施工和檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為注漿試驗(yàn)段達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，主要結(jié)論有:

1)采用劈裂注漿法可以有效加固深港西部通道側(cè)接線擬建場(chǎng)地的淤泥層、淤泥質(zhì)亞黏土層和淤泥質(zhì)礫砂層，未見(jiàn)淤泥質(zhì)亞黏土層的有機(jī)質(zhì)含量對(duì)注漿效果有不利的影響。

2)可以根據(jù)原位測(cè)試的結(jié)果，通過(guò)有關(guān)規(guī)范和手冊(cè)對(duì)照類(lèi)似土質(zhì)，取用注漿加固后地層的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值指標(biāo)，以及壓縮模量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。

3)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，不同的水泥用量，加固的效果略有差別，但原位測(cè)試的結(jié)果表明差別不是很大，對(duì)于本工程推薦采用150 kg/m注漿水泥用量，即可滿足設(shè)計(jì)要求。

4)劈裂注漿應(yīng)分層、分次進(jìn)行，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分三次注漿比較合適，每次注漿間隔時(shí)間不小于24 h。

5)建議注漿施工采用以下參數(shù)(見(jiàn)表7)。

表7 建議的注漿施工參數(shù)

6)建議采用鉆機(jī)取樣及標(biāo)貫試驗(yàn)的方法，檢驗(yàn)注漿加固工程效果和施工質(zhì)量。在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)鉆機(jī)鉆孔的過(guò)程中取土樣觀察檢驗(yàn)注漿加固后土層中的漿液分布情況和固結(jié)體的外觀強(qiáng)度等。量化質(zhì)量檢驗(yàn)方法主要采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法，質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表5。

7)注漿施工過(guò)程中的施工質(zhì)量檢驗(yàn)方法還應(yīng)包括水泥檢驗(yàn)、水泥漿液配方檢驗(yàn)和水泥漿試塊的抗壓試驗(yàn)等。

8)要求施工中記錄注漿施工的主要工藝參數(shù)和施工時(shí)間等重要數(shù)據(jù)。

9)本文采取的試驗(yàn)方法正確合理，所得結(jié)論對(duì)深圳地區(qū)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)施工有借鑒意義。

［1］劉國(guó)楠.深港西部通道深圳側(cè)接線工程—深基坑的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)和安全性評(píng)價(jià)研究［R］.深圳:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，2008.

［2］中交規(guī)劃公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院，深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.深港西部通道可行性研究報(bào)告［R］.深圳:深圳市深港西部通道工程建設(shè)辦公室，2001.

［3］香港路政署.深圳西部通道勘察及策劃［R］.香港:香港路政署，2002.

［4］深圳市勘察研究院有限公司.深圳西部通道巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告［R］.深圳:深圳市勘察研究院有限公司，2005.

［5］蔡希杰，李世忠.袖閥式劈裂注漿在深港西部通道工程中的應(yīng)用［J］.建筑技術(shù)與應(yīng)用，2007(5):33-34.

［6］鄭偉鋒，王明羿，鄭先昌，等.靜力觸探在南廣高速鐵道工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2009(4):82-84.

［7］童建軍，張強(qiáng)鋒.原位測(cè)試技術(shù)在地基處理效果檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2006(4):46-48.