CN116427451A - 不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，施工方法包括以下步骤：步骤1，隧道仰拱开挖之前，在仰拱底面轮廓处进行主桩钻孔，以形成主桩孔；步骤2，在主桩孔的孔底继续向下钻设多个分支桩孔，分支桩孔倾斜设置，任意相邻两分支桩孔的夹角相同；步骤3，在分支桩孔中绑扎微型桩钢筋，并浇筑混凝土以形成微型桩；步骤4，在主桩孔中安装加固件，并在主桩孔中注浆以形成主桩；多个微型桩的钢筋均伸入到主桩孔中，且多个微型桩钢筋均与加固件相互连接；步骤5，进行隧道仰拱浇筑，以将所有主桩连接为一体。主桩加微型桩结构发挥更大的承载能力，在隧道处于大面积膨胀土以V级围岩地段，控制浅埋段地基上浮及下沉量；且施工扰动小。

Description

不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法

技术领域

本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法。

背景技术

近年来，我国社会经济水平的持续发展和人们对生活质量要求的不断提高，交通事业的发展，交通运输及工程建设规模与数量在总体上呈现出不断增长的趋势，修建各种各样的隧道成为必然趋势，这给隧道及地下工程的发展建设带来了机遇。隧道作为地下通道的工程建筑物，具有某些其他工程无法比拟的优势，因此也呈现出了非常明显的增长趋势，具体表现为里程数不断增加，大规模隧道群不断涌现。隧道作为交通运输线路上的工程结构物，具有重大的社会、经济效益。特别是在山岭地区可克服地形或高程障碍，改善线形，缩短里程，节省时间，减少对植被的破坏；在城市可减少地面用地，由此可见，隧道建设对于交通的发展起着积极的促进作用。

但是在现有技术中，隧道底部加固时，隧道底部一般袖阀管注浆加固地基土的方式，但是这种方式还存在着对周围围岩扰动大，且施工周期较长，噪音较大等问题。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，以至少解决以至少解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

步骤1，隧道仰拱开挖之前，在仰拱底面轮廓处进行主桩钻孔，以形成主桩孔；

步骤2，在主桩孔的孔底继续向下钻设多个分支桩孔，所述分支桩孔倾斜设置，任意相邻两分支桩孔的夹角相同；

步骤3，在分支桩孔中绑扎微型桩钢筋，并浇筑混凝土以形成微型桩；

步骤4，在主桩孔中安装加固件，并在主桩孔中注浆以形成主桩；

多个微型桩的钢筋均伸入到主桩孔中，且多个微型桩钢筋均与所述加固件相互连接；

步骤5，进行隧道仰拱浇筑，以将所有主桩连接为一体。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，所述加固件为钢套筒，所述钢套筒的下端与微型桩钢筋连接；

所述钢套筒的上端伸出主桩孔，伸入到隧道仰拱内，所述钢套筒伸入隧道仰拱的部分浇筑在隧道仰拱中。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，所述主桩的直径大于所述微型桩直径，多个所述主桩呈梅花形布置。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，所述微型桩设置有三个，三个微型桩围绕主桩轴线均匀布置。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，所述微型桩的轴线与主桩轴线向下延续线的夹角范围为25°～50°。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，微型桩钢筋包括多个箍筋与多根主筋；

所述箍筋呈口字型结构，多根所述主筋设置在口字型箍筋的四个角部顶点位置；多个所述箍筋沿主筋轴线方向均匀布置。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，微型桩浇筑混凝土采用细石混凝土，细石混凝土强度等级为C30。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，所述钢套筒的外围均布有多根加长定位筋，所述加长定位筋便于钢套筒放置在所述主桩孔中心，所述加长定位筋用于与隧道仰拱的钢筋相互连接。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，在步骤4中，在钢套筒安装在主桩孔之后，将注浆管伸入到钢套筒中，对主桩孔进行多次间隙注浆。

如上所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，优选地，所述钢套筒处于主桩孔部分的筒壁上设置有贯穿孔，所述贯穿孔便于注浆液进入到钢套筒与主桩孔之间的间隙中。

有益效果：

1、加固原理方面，倾斜分叉设置的微型桩与土体结合形成挡土结构，用以抵挡开挖形成之不平衡土压，并抑减开挖侧向解压引起的侧向变形与地表沉陷。

2、加固效果方面，通过微型桩与主桩与仰拱形成的复合结构，其受拉性能抵抗由作用在仰拱底部软弱围岩挤压造成的土压力，减少或抑制仰拱上抬，从而防止仰拱填充继续开裂，保证衬砌结构的安全。

3、加固设备适应度方面，微型桩直径小，桩径小于350mm。桩长与桩径比值大于30，布置灵活，施工速度块，施工场地适应强。由于微型桩体积较小，所以在加固过程中对之前的桩基、周围土层以及岩体的结构不会产生太大的影响，可以在不破坏之前隧道建设结构的基础上提高土体承重能力，能有效减少投入资金。

4、设备安全性方面，该施工方法施工便捷，安全性高，施工时人员不受较大安全威胁。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一个实施例的主桩及微型桩位置示意图；

图2为本发明一个实施例的微型桩径向截面示意图；

图3为本发明一个实施例的主桩及微型桩俯视图；

图4为本发明一个实施例的微型桩轴向截面示意图；

图5为本发明一个实施例的钢套管与主桩位置示意图；

图6为本发明一个实施例的主桩轴向截面示意图；

图7为本发明一个实施例的隧道部分截面示意图；

图8为本发明一个实施例的主桩与微型桩布局示意图。

图中：

1、主桩；2、微型桩；3、分支桩孔；4、主桩孔；5、细石混凝土；6、微型桩钢筋；7、主筋；8、箍筋；9、钢套筒；10、注浆管；11、隧道仰拱；12、加长定位筋。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的具体实施例，如图1-8所示，本发明提供不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法。通过主桩配合多个倾斜微型桩形成支护单元，且支护单元以交错布置并与隧道仰拱连接为一体的方法，用以抵挡开挖形成之不平衡土压，并抑减开挖侧向解压引起的侧向变形与地表沉陷。提供抗剪能力，产生阻力，发挥受拉特性，抵抗由作用在仰拱底部软弱围岩挤压造成的土压力。

具体的，不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法包括以下步骤：

步骤1，隧道仰拱11开挖之前，在仰拱底面轮廓处进行主桩1钻孔，以形成主桩孔4；在隧道仰拱11开挖的轮廓处进行钢套筒9加固桩体钻孔，在钻孔的过程中，要保证钻杆是垂直进行工作的，保持转速均匀，加强钻孔设备的稳定性，防止因出现较大的振动导致设备出现移动，进而保证形成的钻孔符合标准并进行清孔处理。

步骤2，在主桩孔4的孔底继续向下钻设多个分支桩孔3，分支桩孔3倾斜设置，任意相邻两分支桩孔3的夹角相同。

微型桩2设置有三个，三个微型桩2围绕主桩1轴线均匀布置。

在本实施例中，综合考虑到微型桩2布置的密度，以及施工难度；分支桩孔3设有3个，微型桩2最优数量为3个；三个微型桩2在竖直方向上投影时，任意两个微型桩2轴线的夹角均为120°。在其他实施例中，微型桩2也可以设置2、4、5、6等其他数量。

步骤3，在分支桩孔3中绑扎微型桩钢筋6，并浇筑混凝土以形成微型桩2。

主桩1的直径大于微型桩2直径，多个主桩1呈梅花形布置。在本实施例中，主桩1的桩径约为600mm，在仰拱开挖轮廓面上，主桩1以间排距1.2m×0.8m(纵×横)交错布置，主桩1深度至仰拱开挖轮廓以下5m或至粗圆砾土内不小于1.0m。

微型桩2的轴线与主桩1轴线向下延续线的夹角范围为25°～50°。

微型桩2的轴线与主桩1轴线向下延续线的夹角可取25°～50°之间任意值，例如20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°等，在本实施例中，微型桩2的轴线与主桩1轴线向下延续线的夹角优选30°；另外，微型桩2深度至主桩1以下4m或至粗圆砾土内不少于1m；微型桩2桩径为300mm，钻孔的直径尺寸约为300mm，但不超过350mm。

微型桩钢筋6包括多个箍筋8与多根主筋7；箍筋8呈口字型结构，多根主筋7设置在口字型箍筋8的四个角部顶点位置；多个箍筋8沿主筋7轴线方向均匀布置。

在本实施例中，主筋7采用直径16mm、强度HRB400的钢筋，箍筋8采用强度HPB300、直径为8mm的钢筋。

微型桩2浇筑混凝土采用细石混凝土5，细石混凝土5强度等级为C30。其中，细石混凝土5不使用火山灰质水泥，混凝土用砂采用粒径0.3～0.5mm的中粗砂，粗骨料含泥量不应大于1％；细骨料含泥量不应大于2％；水采用自来水或可饮用的天然水；每立方米混凝土水泥用量不少于330kg，水灰比不大于0.55；含砂率宜为35％～40％；灰砂比宜为1∶2～1∶2.5。

步骤4，在主桩孔4中安装加固件，并在主桩孔4中注浆以形成主桩1；加固件为钢套筒9，钢套筒9的下端与微型桩钢筋6连接；钢套筒9的上端伸出主桩孔4，伸入到隧道仰拱11内，钢套筒9伸入隧道仰拱11的部分浇筑在隧道仰拱11中。

注浆钢套管下端与微型桩2的钢筋连接，能够使得主桩1与微型桩2之间具有更契合进行传力；同时，注浆钢套管的上端与隧道仰拱11浇筑为一体，使隧道仰拱11、主桩1与微型桩2连接为全长黏结体；从而保证微型桩2与主桩1更加均匀且稳定的承受上层结构的负荷。

在本实施例中，主桩1为注浆钢套筒9桩，注浆钢套筒9桩是使用液压等外力作用下，将浆液灌注到地质情况不好的岩石缝隙中，使那些破碎的岩石结构可以形成完好的岩体结构，以提高岩层结构的稳固性。本申请使用的钢套筒9桩具有以下优点：

1、所用到的施工设备数量较少，工艺流程简单；

2、可以形成挡水帷幕，改善施工环境；

3、应用该桩体还可以处理断层碎裂带等；

4、该桩体可以成为稳定各个孔洞的井道内壁；

5、钢套筒9可以在钻孔和注浆时增加钻孔的稳定性，防止钻孔塌方；

6、该钢套筒9桩多个倾斜设置的微型桩2与隧道仰拱11相互协同，形成具有更加稳定承载能力的隧道支撑基础，保证隧道的安全性。

在本实施例中，钢套筒9架在微型桩钢筋6上；在其他实施例中，微型桩钢筋6也可向上延长一部分进入到钢套筒9中；保证微型桩2与主桩1具有更好的整体性。

多个微型桩2的钢筋均伸入到主桩孔4中，且多个微型桩钢筋6均与加固件相互连接；钢套筒9的外围均布有多根加长定位筋12，加长定位筋12便于钢套筒9放置在主桩孔4中心，加长定位筋12用于与隧道仰拱11的钢筋相互连接。

在本实施例中，在钢套筒9的外围设置加长定位筋12，不仅能够便于钢套筒9定位在主桩孔4的中心，保证钢套筒安装位置的准确性；而且加长定位筋12可有与隧道仰拱11的钢筋相互绑扎或者焊接在一起，从而保证主桩1与隧道仰拱11可以连接为更加牢固的整体结构；除此之外，加长定位筋12还能够增加钢套筒9与混凝土的接触面积，从而加强浇筑形成钢混结构的整体结构强度。

在步骤4中，在钢套筒9安装在主桩孔4之后，将注浆管10伸入到钢套筒9中，对主桩孔4进行多次间隙注浆。钢套筒9处于主桩孔4部分的筒壁上设置有贯穿孔，贯穿孔便于注浆液进入到钢套筒9与主桩孔4之间的间隙中。

待到微型桩2后，首先将带有出浆口的钢套筒9打入主桩孔4中，直至钢套筒9伸入至钻孔底部的三岔微型桩2加固桩体连接钢筋部分，再进行注浆；将注浆管10伸入钻孔底部进行注浆，按设计完成部分桩后，要及时进行注浆，注浆管10由注浆机直接接入到孔内的钢套筒9中，浆液采用专用机械进行拌制，水灰比不大于0.55，直至钻孔出口流出无杂泥浆液为止。

由于一次注浆难以得到冲盈系数要求，达到注浆压力为0.5MPa，需要多次间隙注浆，正常情况下需为2-3次才能达到要求。如果注浆压力小于设计压力，压力达到0.5Pa以后，再持续注入浆液至少2分钟，然后拆除注浆管10。经过一段时间，要对已注浆钢套筒9进行检查，如果钢套筒9内浆液已扩散，需要进行第二次补注浆液；同时在这种注浆压力下持续操作10分钟以上，确保灌浆饱满。

在本实施例中，主桩1伸入到主桩1周围围岩中，微型桩2伸入到微型桩2周围围岩中，微型桩2周围围岩为粗圆砾土层。在上述对主桩1注浆过程中，会在主桩1周围围岩内流入部分渗入浆液，此过程能够进一步加强主桩1周围围岩的整体强度。

步骤5，进行隧道仰拱11浇筑，以将所有主桩1连接为一体。主桩1与微型桩2浇筑完成之后，剩余伸入到隧道仰拱11中的钢套筒9与多余钢筋浇筑进隧道仰拱11中，与隧道融为一体。

在本申请中，微型桩体积较小，所以在加固过程中对之前的桩基、周围土层以及岩体的结构不会产生太大的影响，可以在不破坏之前隧道建设结构的基础上提高稳定性。在进行灌注水泥浆时，要将预留的桩头混凝土一起浇筑，让微型桩能承受到上层结构的负荷，从而保证加固后的质量以及安全。同时，微型桩加固施工过程简单便捷，噪音小，少振动。压力注浆使微型桩与地基土紧密结合，桩和土体连接成一体，施工时桩孔孔径小，因而对基础和地基土几乎都不产生附加应力，施工时对原有基础影响小，也不干扰建筑物的正常使用。

而且本申请中，一个主桩下方连接有多个倾斜设置的微型桩，这种结构类似于大树的树根，能够使得主桩加微型桩结构具有更大的承载能力，与此同时，隧道中的所有主桩通过仰拱浇筑连接为一体，从而使得隧道仰拱具有更加坚实的支撑基础。也即，本申请的微型桩加固施工方法不仅施工过程中对周围围岩扰动较小，噪音小，适用于对噪音控制要求高的地区施工；而且该主桩加多个倾斜微型桩的单元结构能够保证隧道具有更好的支撑基础。

综上，本发明提供的该微型桩加固施工方法的技术方案中，通过使用注浆钢套筒桩与微型桩复合桩体来进行加固处理措施与隧道主体良好结合，其中，一个主桩下方连接有多个倾斜设置的微型桩形成的支护单元，且支护单元以交错布置并与隧道仰拱连接为一体，能够使得主桩加微型桩结构发挥更大的承载能力，进而在隧道处于大面积膨胀土以V级围岩地段，控制浅埋段地基上浮及下沉量。采用静力压浆将水泥浆充分地填充在工程中间的桩基周围以及周边有空隙的地方，从而对隧道进行加固。

该微型桩加固施工方法的主要优势表现在具有较高的承重能力，由于桩基周围的黄土和岩石结合地比较紧密，桩基周围、底端以及岩石很难出现变形，因而桩体在长时间内也不会出现严重的变形。

同时此施工方法对原有隧道基础影响小，且所需要运用的相关仪器设备较小，在0.7m×1.9m的平面空间内、净空高度≥2.1m即能展开加固施工，且施工加固过程中发出的噪音较小，特别适合应用于对噪音分贝控制要求高的地区。

可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

步骤1，隧道仰拱开挖之前，在仰拱底面轮廓处进行主桩钻孔，以形成主桩孔；

步骤2，在主桩孔的孔底继续向下钻设多个分支桩孔，所述分支桩孔倾斜设置，任意相邻两分支桩孔的夹角相同；

步骤3，在分支桩孔中绑扎微型桩钢筋，并浇筑混凝土以形成微型桩；

步骤4，在主桩孔中安装加固件，并在主桩孔中注浆以形成主桩；

多个微型桩的钢筋均伸入到主桩孔中，且多个微型桩钢筋均与所述加固件相互连接；

步骤5，进行隧道仰拱浇筑，以将所有主桩连接为一体。

2.根据权利要求1所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，所述加固件为钢套筒，所述钢套筒的下端与微型桩钢筋连接；

所述钢套筒的上端伸出主桩孔，伸入到隧道仰拱内，所述钢套筒伸入隧道仰拱的部分浇筑在隧道仰拱中。

3.根据权利要求2所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，所述主桩的直径大于所述微型桩直径，多个所述主桩呈梅花形布置。

4.根据权利要求2所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，所述微型桩设置有三个，三个微型桩围绕主桩轴线均匀布置。

5.根据权利要求4所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，所述微型桩的轴线与主桩轴线向下延续线的夹角范围为25°～50°。

6.根据权利要求4所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，微型桩钢筋包括多个箍筋与多根主筋；

所述箍筋呈口字型结构，多根所述主筋设置在口字型箍筋的四个角部顶点位置；多个所述箍筋沿主筋轴线方向均匀布置。

7.根据权利要求4所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，微型桩浇筑混凝土采用细石混凝土，细石混凝土强度等级为C30。

8.根据权利要求2所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，所述钢套筒的外围均布有多根加长定位筋，所述加长定位筋便于钢套筒放置在所述主桩孔中心，所述加长定位筋用于与隧道仰拱的钢筋相互连接。

9.根据权利要求8所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，在步骤4中，在钢套筒安装在主桩孔之后，将注浆管伸入到钢套筒中，对主桩孔进行多次间隙注浆。

10.根据权利要求9所述的不良地质条件下隧道基础的微型桩加固施工方法，其特征在于，所述钢套筒处于主桩孔部分的筒壁上设置有贯穿孔，所述贯穿孔便于注浆液进入到钢套筒与主桩孔之间的间隙中。

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