黄土泥岩交界面施工技术控制分析

林 江

中铁十七局集团第二工程有限公司 陕西 西安 710032

我国黄土分布广泛，厚度较大，覆盖陕西、山西、内蒙古、甘肃、青海、宁夏等省区，面积约63万km2，土层厚度约250～300m。黄土发育和分布最集中的地区是黄土高原，形成了河谷多、侵蚀严重的黄土地貌。黄土高原黄土厚度大，表层覆盖土层疏松多孔，垂直节理发育，新黄土遇水易坍塌。一方面，这些都是形成黄土特殊地貌的因素，同时也导致黄土高原地质灾害频繁发生，滑坡现象更为普遍。

甘肃省黄土丘陵分布广泛，黄土滑坡灾害频繁。黄土小型滑坡不仅经常发生，而且对公路交通设施和城市居民构成安全隐患；此外，还有许多严重的大型黄土滑坡，危害极大。

1 黄土泥岩段施工概况

本工程位于甘肃省天水市清水县黄门镇硖口村，泥岩段集中于硖口隧道右线YK106+305-YK106+517，左线ZK106+320-ZK106+534，隧底岩性为风积黄土，大孔隙及垂直节理裂隙较发育，具有自重湿陷性抗风化能力差，遇水易崩解，属软岩，地下水不发育，此段地基承载力较差，因此在右线YK106+305-YK106+517，左线ZK106+320-ZK106+534施做旋喷桩，加固地基，保证隧道的稳定性。

2 施工风险

根据复杂地质旋喷桩施工风险影响成桩质量的问题，对该段泥岩处理作了一次全面系统的调查，深入到技术、机械、材料和现场操作工人。深入分析并统计出各种风险因素发生的频率等级，如表1。

表1 高压旋喷桩施工质量风险评估表

从以上图表可以看出，“桩体竖直度偏差大”和“喷浆压力浮动较大”这二个影响因素为中风险，是泥岩地质影响高压旋喷桩施工质量合格率主要症结。只要集中精力将上述二个问题逐一解决即可降低质量隐患风险。

3 末端影响因素

针对“喷浆压力浮动较大”和“桩位偏差大”的问题集思广益，从“人、机、料、法、环、测”等方面分析末端影响因素，绘制了如下的关联图1。

4 旋喷桩施工工艺

4.1 高压旋喷桩应用原理

高压喷射注浆打桩是高压喷射注浆法的一种基本处理方法。首先用钻机或其他设备将安装在注入管下侧的专用喷嘴放置到预定的土壤深度，然后用高压泥浆泵在一定压力下从喷嘴喷出水泥浆。固化一定时间后，在地下形成圆柱形固化体（即喷射注浆桩），与周围土壤一起承载荷载，起到加固地基或防渗水的作用。高压旋喷围护桩施工工艺如下图2。

4.2 区间支护参数设计

区间范围内设计支护参数：桩长6m，桩径0.6m，间距1.2m，梅花形布置；浆液喷嘴2.8mm(两个)，喷射压力20MPa，注浆管直径42mm，钻头旋转速度22r/min，浆液流量100L/min；加固后地基承载力不小于250KPa。

4.3 旋喷桩成桩、施工工艺控制

为积累总结经验，旋喷桩施工前进行试桩，根据实际情况以确定预定的浆液配比、喷射压力、喷浆量等技术参数。试桩数量不少于3根，隧道中线1根，左右侧各1根 ，具体位置根据现场实际情况确定。

表2 旋喷桩施工主要技术参数

进场前，管道测量完成后，隧道底部应挖至设计水平，无积水和废渣；同时，必须合理布置工程机械、输电管线和电力线路的位置。确保施工区域与主隧道施工逐步分开；桩施工控制点在施工前在全站仪进行测量，并撒上白石灰作出标记。在复试线调试合格后，利用钢尺和试线对桩位进行调整，保证桩孔中心位移的偏差在50mm以内，旋喷桩施工时的回流污泥量大于10%且不超过20%。排入沉淀池的废物泥，析出的清水可根据施工情况进行二次利用或者无污染排放，沉淀的污泥应与矿渣一起运出。

安装好钻机后，要对打桩机的垂直度进行调整，保证钻杆与桩的位置一致，偏差不能超过10mm，钻孔垂直度误差要控制在0.3%以内。钻井前，要对空压机和泥浆泵进行调整，保证设备正常运行；检查钻杆长度，在钻机侧面用红漆画一条深度线，确保孔底长度与设计深度相匹配；钻机建造前在地下进行试验 喷药，待钻机正常运行后，开始钻导向孔。钻孔时，为保证钻孔深度的准确性，应该详细记录钻杆接头的数量[1]。

旋喷桩下钻至一定深度时，要将芯管更换为喷射注浆管，将其安装至规定深度。为防止喷浆时堵塞喷嘴，应该给喷嘴插上管道。从下向上旋转喷射，同时清洗和释放污泥。喷涂时，先达到预设的喷雾压力和浆液喷雾，然后慢慢统一旋转喷嘴，然后逐渐抬起旋转喷嘴，避免旋转喷嘴扭曲和折断。为保证桩底质量，当喷嘴下降至设计深度时，将其旋转至原位约10s，待孔口正常充满后旋转提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不应中断。钻机折断时，应停止起吊和转动钻杆，防止断桩，并立即修理消除故障。

防止旋转喷嘴扭曲和断裂。在喷头下降至设计深度时，可将其在原位旋转10s，待孔口充满后再旋转提升，如此可以保证桩底的质量。钻杆必须连续地提升和旋转，若是钻机折断，应停止提升和旋转，以免造成断桩，并立即修理，排除故障。为提高桩基质量，必须在距桩基1.0m以内准确增加钻杆注浆和旋喷时间。在旋喷拆除过程中，可根据不同土层调整旋喷参数。

4.4 成桩质量检查

喷射施工质量检查应在高压喷射灌浆完成后一周内进行，检查内容主要包括加固区取芯试验。检查点数量为施工灌浆孔数量的1%，不合格的重新喷涂。检查点位置为：荷载较大处、桩中心线处、施工异常处。旋喷桩的检查可通过钻孔和取芯进行。

桩体质量一般采用钻芯取芯法，但考虑到施工中固结体的钻芯会破坏桩身整体完整性和稳定性，采用复合地基承载力法进行综合检测，见图3。

5 黄土-泥岩接触面滑坡的影响因素

5.1 地貌条件

黄土丘陵地貌是在地球内外力作用下形成的，为黄土泥岩接触面滑坡的发育提供了地貌条件。地貌条件是确定边坡形状的基础，直接影响边坡的稳定性。边坡形状主要指边坡高度、坡角、自由状态和边坡剖面形状。

在黄土丘陵区，由于特殊的地貌条件，边坡坡度一般在10°～20°左右。在上部覆盖黄土、下部覆盖泥岩的“双层非均质”边坡结构中，由于黄土-泥岩接触面倾角也在10°～20°左右，接触区易形成软弱结构面。因此，在黄土-泥岩接触滑坡的研究中，应特别注意地貌条件的作用。

5.2 岩土性质

岩土性质的差异是导致边坡失稳的基本因素。不同的岩土具有不同的变形破坏模式。由于各种岩土的亲水性、矿物组成和抗风化能力差异较大，一些岩土容易发生滑坡。黄土丘陵区上覆第四系黄土、新近系和古近系泥质岩是易发生滑坡的岩土体，构成黄土丘陵区滑坡的滑动层。这类岩土抗剪性差，水敏性强，遇水易软化，进一步降低土体强度。因此，黄土丘陵区黄土-泥岩接触面边坡稳定性较差，在外界因素的影响下极易失稳和滑动。

5.3 水的作用

水对黄土-泥岩界面边坡稳定性影响显着，主要表现在软化、洗刷、浮选、静水压力和动水压力等方面。水的软化作用主要表现为水分活度降低岩土强度； 水的冲刷使坡脚和滑面脱离；浮力会降低斜坡的有效重量。有利于边坡稳定； 静水压力通常充满水。自由面不利于边坡稳定,由于多种水源的综合作用，造成边坡失稳的因素很多，包括地下水、降水、灌溉等[2]。

5.4 地震与人为因素

地震对黄土-泥岩接触边坡的稳定性影响很大。在水平地震力作用下，法向压力降低，滑动力增大，边坡易发生滑动。在强烈振动的影响下，也会使地震带附近的岩土发生松动破坏，对边坡稳定性构成潜在威胁。

人为因素对黄土-泥岩接触面边坡稳定性的影响也是显著的。在生产和生活中，人工削坡不好、施工不当造成排水不畅、土木工程破坏自然边坡平衡等都会造成边坡稳定性失稳和破坏。

6 高压旋喷桩在黄土泥岩接触面滑坡防治中的应用

6.1 前期工作准备

提前准备项目资金和相关材料。建筑材料的使用将影响建筑的整体工程设计，因此必须仔细考虑建筑材料的选择。拟选用的基层水泥主要为普通硅酸盐水泥，质量较好，渗透率一般在26%左右。

改善建筑物的环境卫生保护设施。保证了公路周边的畅通，供水管道可随时为周边人员提供充足的生活用水、用电，满足供电需求。施工期间，场地内的建筑地基必须干燥平整，地面杂草必须完全清除。

6.2 施工第二阶段

灌浆准备。通常使用水泥浆，浇筑前需将水泥浆搅拌均匀，确保内部空气完全排除。

钻头准备。浆料搅拌器安装好后，在正常循环期间将其位置调整到所需量，然后固定。喷射缓冲块是预先手动调试的，钻机通过每个钻头的喷嘴自动正确对准每个块中射流的预留位置，正确调整缓冲块的射流倾角和射流角度，将三个射流块均匀压平，然后进行钻机测试由专业技术人员进行调试，包括从油井内部到钻井点的间隔钻孔距离，从油井内部到开采点钻尖的钻头间隙尺寸和钻孔长度，以及最大进入深度钻头从油井内部到采点深部，保证钻机在油井内二次钻进时，能准确有效地钻进，保证产品质量。

泥浆应进行喷涂并防水。试喷：安装高压钻机和专用高压空气喷射器后，首先要进行高压喷淋试验。无质量问题后再试喷，对准训练好的孔后高压喷。喷射：安装用于喷涂水泥混凝土浆的电机应放置在深孔中。养护后，应向内或向外连续喷射水泥混凝土浆液[3]。电机飞速运作时，应特别注意电机高压自动喷射器的平均压力大于平均值，且流动均匀。低于此平均压力的泥浆和泥浆空气，及时了解压力和泥浆气流的情况。如果高压喷射器喷出的水泥混凝土浆液全部被孔口完全堵住并沿此方向快速流动，则执行高压自动旋转直喷电机，将所有水泥混凝土浆液缓慢旋转 360°，反复旋转，使水泥混凝土充分凝固后，完全形成旋转方向的射流运动形状，通过高压搅拌，使水泥混凝土体与所有水泥浆料均匀结合，使其固结成为一种具有高硬度、高运动强度和稳定运动过程的结构，在水泥的基础上起着重要的强度作用。

7 旋喷质量检查内容

做好质量测试工作是项目质量保证的重要组成部分，在施工过程中，经常出现钢筋混凝土顶部孔洞过多或过少，造成机械损伤。只要治疗到位，就会开对症药，及时去除，才能保证顺利生长。旋喷固结体直接压印在地层中，属于隐蔽工程，与其他基础处理工程不同，旋喷桩体的质量无法直接看到，需要采用科学实用的检测手段来鉴别加固.质量控制的主要内容如下。

（1）固结体的完整性和一致性；

（2）固结体体的有效直径；

（3）固结体垂直度；

（4）固结体的强度特性（包括轴压、水平压、抗酸碱、抗冻、抗桩等）；

（5）固结体腐蚀和耐久性等。

旋喷质量检验时间可分为施工前检验和施工后检验。在施工前，对设计所需钢筋混凝土的设计主要是通过现场喷淋试验来确定是否是设计中使用的旋转喷量规的选择。是否合适，综合车身质量是否能满足设计要求。如果某些指标不符合设计要求，可以采取适当的措施来满足旋喷质量的设计要求。

施工后检验一般在旋喷施工过程中或一段时间内进行，以确定旋喷施工质量，至少要进行两次检查，必须配备检测设备。联合作业过程中地质条件复杂、现象异常的地区。

如果测试不合格，应对错误位置采取进一步的喷涂或有效的纠正措施，然后进行质量检查。

8 结语

综上所述，旋喷桩施工技术具有诸多优点和特殊性，在实际隧道施工中得到广泛应用。充分利用该隧道施工技术，可有效缩短施工时间，增加多处水处理深度，且不会造成严重沉降。因此，在隧道施工过程中，要合理运用旋喷桩施工技术，全面提高施工强度和施工安全，从而提高工程整体质量，交付良好的隧道运输服务。