| 摘要：在位于京秦线铁路路基下的公路桥涵的顶进过程中，为了防止开挖面上的粉砂、粉细砂层发生坍塌、流砂、液化等失稳，以保证位于桥涵上方的京秦铁路线的正常运行，需对砂层地基进行预加固。加固手段采用钻孔灌浆法，灌浆材料选用改性硅酸盐系列浆材。处理结果表明所应用的工艺技术达到了预期的效果。
一、工程简介
待顶进的公路桥涵位于京秦铁路线三河段，桥涵在顶进过程中保留有三条铁路线在运行，桥涵顶进完毕后铁轨座落于桥涵顶板之上。公路桥涵断面尺寸为22×3.5m，由3孔组成，涵体长度16m，现场整体浇注制作。在桥涵穿过的地层范围内，自上而下地质分层情况是：杂填土、砂质粘土层（厚2.5～3.5m）、粉砂、粉细砂层（厚3.5m左右）、砂质粘土层。地下水位在粉砂、粉细砂层顶层下1.0m左右。桥涵底板位于第二层砂质粘土层的顶面上。顶涵前曾在铁路路基两侧进行了基坑降水（采用轻型井点与管井相结合的措施），但降水不彻底，地下水位仍处在第二层砂质粘土层之上1.0m左右。为防止在顶涵过程中，开挖面上的粉砂、粉细砂层发生大面积坍塌、流砂、液化等失稳现象，有必要对这一地层进行加固处理，同时在桥涵两侧对第二层砂质粘土层上1.5m范围设置阻水帷幕，以保证顶涵工作的顺利进行。
二、加固方案
鉴于现有的铁路运行状况和工程情况，加固施工在铁路路基两侧工作坑中进行。拟选用的加固手段为钻孔注浆方法。该方法具有处理地层适应性强、施工灵活、加固效果好等特点。
为最有效地达到设计的注浆效果，应选用合理的注浆工艺、注浆参数（孔距）和注浆材料。考虑到在地层加固处理之后的顶涵工作，注浆材料应在保证地层不失稳的前提下尽量采用低强度指标的廉价材料，据此注浆材料拟选用硅酸盐类系列。该材料在一定的注浆工艺下较适合于粉砂、粉细砂地层的灌注，是目前应用于这类地层加固的最廉价材料。
注浆工艺采用水平钻孔、孔口封闭灌注形式。设计采用2排灌注孔，三角形布孔。孔距3.5m，排距1.5m，加固钻灌孔数量13个，钻孔自铁路两侧（南北）工作坑相对进行。钻孔深度：自南侧钻孔为28m，自北侧钻孔为27m。加固土体范围1300m3。
由于前期降水对位于第二层砂质粘土上 1.0m和下0.5m左右的地层带效果不明显，针对此层滞水带较合理的降水方法是采用辐射水平降水技术，但现场条件和工期不允许。因此需对这一层进行防渗加固处理。设计沿桥涵穿过的两个侧面布置两排防渗帷幕灌浆钻孔，钻孔数量单侧为5个，孔距0.5m，排距0.5m。由于施工场地限制，防渗帷幕灌浆钻灌施工工作亦自路基南北两侧进行。孔深较中间地层的加固钻孔深度增加2.0m。
三、施工情况简介
⒈灌浆材料
酸性水玻璃灌浆材料具有粘度低、可灌性好，能在中性或弱酸性范围内发生凝胶而不发生SiO2的溶脱现象，从而大大提高了耐久性，碱溶出量极少不产生碱性污染的问题，而且价格低廉，是一种理想的灌浆材料。其制备方法有酸化法和离子交换脱钠法，离子交换法因操作困难，工程中一般不采用。酸化法最常用的方法是将普通水玻璃用硫酸或磷酸等进行酸化处理，资料表明，酸性水玻璃在PH值为1-2时较稳定，而PH值为8-9时发生凝胶，将碱性水玻璃酸化，由于搅拌不匀或加料不准、过快都将会产生凝胶，影响浆液可灌性能，而高速搅拌、喷射加料等方法制浆，浆液的PH值一般控制在1-2之间，然后再用碱性材料调节PH值，控制浆液凝胶时间，使用起来也不方便，为克服这个困难，制浆过程中加入PH值稳定剂来直接控制浆液胶凝时间，则是一种有效手段。通过室内试验，选用的酸性水玻璃注浆材料配比及其性能如表1、表2所示。
表—１ 浆材配比（重量比）） 配比序号
| 水玻璃
| 硫酸(30%)
| 稳定剂
| 水
| 1
| 100
| 41.36
| 4.14
| 150
| 2
| 100
| 40.45
| 4.05
| 189
| 3
| 100
| 37.27
| 3.37
| 228
| 表?2 浆液性能 序号
| ＰＨ值
| 空气中凝胶时间(min)
| 砂样中凝胶时间(min)
| 粘度(cp)
| 固砂体强度(Mpa)
| 1
| 3.8
| 125
| 40
| 2
| 4.3
| 130
| 81
| 3-10
| 0.34-0.56
| 3
| 4.7
| 212
| 110
| 施工中所用水玻璃浓度为39-40Be，模数为3.2，硫酸由92.5%工业硫酸稀释而成。灌浆时首先将硫酸稀释，加入稳定剂，然后边搅拌边加入稀释过的水玻璃，达到所需的PH值，即可灌浆，配好的浆液初始粘度3-10cp。现场制浆不需要特殊的制浆设备，只需普通塑料桶即可，搅拌用手提式搅拌机或人力搅拌均可。从灌浆施工结果表明，所用配比材料性能稳定，操作方便，对地层有较好的灌入性。
⒉水平钻孔工艺
在砂层、砂砾石地层、砂卵石地层中钻孔，为保证钻孔孔壁的稳定，一般采用跟管钻进或泥浆护壁钻进的成孔工艺。跟管钻进成孔速度较慢、钻孔费用较高；泥浆护壁钻进，除了施工环境不好、成孔费用增加外，最大的问题是孔壁上的泥浆会影响随后的注浆效果，尤其是对可灌性较差的粉砂、粉细砂地层的注浆。在粉砂、粉细砂地层中水平钻孔相对竖向钻孔具有更大的施工难度。
针对本工程，钻孔孔排距较大，钻孔施工中要求既要保证后续灌浆工艺的实施、且不能影响灌浆效果，还要具备较高的施工工效。为解决这一系列的施工难题，在钻孔过程中我们作了如下钻孔工艺改进：
①为提高钻孔和灌浆施工工效，采用一次成孔、不提钻、自孔端至孔口的分段灌注工艺。
②为保证后续灌浆工艺的实施且不影响灌浆效果，解决在粉砂、粉细砂地层中水平钻孔孔壁不稳定问题，采用了无钻具钻孔、小孔径（Φ42）钻孔工艺，特制钻头（水口设有逆止）直接与钻杆连接，高压清水（3Mpa）给进成孔。
现场施工表明，采用150型地质钻机，含加接钻杆辅助时间在内，30m深的钻孔成孔时间在90min以内，施工工效较快，而又不存在泥浆护壁所带来对灌浆效果有影响的问题。现场施工中曾采用常规清水钻进的成孔工艺，但当孔深达12m时即发生给水通道堵塞现象而无法达到终孔深度。
⒊灌浆工艺
为提高改性水玻璃浆材在密实的粉砂、粉细砂层中渗入距离，缩短灌注时间，考虑到砂层特有的液化性能，施工中提出并采用了定流量（30L/min）、定压力（1Mpa）、边灌注、边搅拌、边提灌浆管的搅拌灌浆工艺。采用此灌浆施工工艺，在灌段（1～2m）后部砂层实际具有部分止浆功效。注浆泵采用单螺杆泵。孔口设置封闭器。每孔浆液注入量根据地层孔隙率、浆液渗入距离、灌段长度等参数、并结合以往工程试验数据共同确定。设计单位注入量q=45 L/m，实际灌入量60L/m。
⒋灌浆效果检查
通过在顶涵过程中掌子面土体的开挖，发现采用上述的钻孔工艺和搅拌式灌浆技术，改性水玻璃浆材在密实的砂层中渗入距离为0.6～1.2m，防渗幕体效果明显，开挖灌浆体强度适中，在顶涵开挖中地基没有坍塌、流砂失稳现象，满足原设计要求。公路桥涵按计划顺利顶进完毕。
四、结语
结合本工程的实际情况，在地基加固中采用了适宜的水平钻孔工艺、选用渗透性能较好的改性水玻璃浆材、通过特殊的搅拌灌浆工艺，使灌浆材料较好地渗透到被加固的粉砂、粉细砂层中，保证了在顶涵开挖中地基的稳定，达到了预期的灌浆效果。
| | 中国水利水电科学研究院 郑亚平 张金接 张 雄1997.10 | |
