水平旋喷桩（共9篇）
水平旋喷桩 篇1
在城市中施工地铁暗挖隧道不可避免地对地下岩土体产生扰动,引起地表沉降和变形,地表沉降到一定的程度,将影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用。尤其对于深圳地铁2号线安托山站—侨香站区间,隧道上方有一条6.6 m×3.1 m的雨水箱涵和管径500 mm的次高压燃气管,且雨水箱涵与隧道拱顶之间主要为砾砂层,区间隧道与雨水箱涵之间最近处仅为3.66 m。经反复论证,对该段隧道采取了水平旋喷桩加固处理,以保证隧道施工、雨水箱涵、次高压燃气管线及上方市政道路的安全。
1 水平旋喷桩施工工艺概述
水平旋喷桩成桩是通过钻杆钻进过程喷射水泥浆将土体改造成为具有整体性、不透水性且强度较高的水泥土加固体,从而对局部地层进行改良,在暗挖施工时对拱顶有一定的支撑作用。该项工艺在砂、土层等松软地层效果明显,如果结合降水则在暗挖施工中效果更为显著;但对于块石、卵石、大量植物有机质,以及地下水过大等场地,效果不明显。
水平搅拌桩工艺简单、施工方便,其钻进、搅拌、注浆可同步进行,效率高,一般情况下每小时成桩15 m左右;同时质量均匀稳定,相互咬合效果好,有利于隧道的超前支护和止水加固。但水平旋喷注浆作为软土隧道的超前支护或加固也有一些不足之处。例如桩长一般以8 m～12 m为宜,太长则不好控制,容易跑偏;如遇孤石等障碍物则只有放弃,重新调整施工。
2 工程实例
2.1 工程概况
深圳地铁2号线东延段安托山站—侨香站区间线路由安托山站起,线路出安托山站后沿侨香四道呈东西方向敷设,到达侨香路后再向东北方向延伸,进入侨香站。起点为安托山站,终点为侨香站,区间双线总长度为1 340 m。线间距为11.0 m～15.2 m,线路轨面埋深17.0 m～21.4 m。
在安托山站—侨香站区间东端里程ZDK19+630～ZDK19+665,隧道需要从疏解后的侨香路、6 600 mm×3 100 mm雨水箱涵及次高压燃气管线下方斜穿,隧道与道路、管线的立面关系如图1所示。穿越侨香路段隧道采用了“周边全断面水平旋喷桩帷幕+超前全断面深孔注浆”的地层加固方案,辅助原地次高压燃气管线悬吊保护方案。
2.2 区间穿越侨香路段工程地质条件
区间隧道穿越现状疏解侨香路段附近的地质剖面见图1。
该段隧道上覆及穿越地层自上而下分布有素填土,由粘性土混少量砾砂及角砾组成,结构松散～稍密,厚0.60 m～13.30 m;粉质粘土,透镜状分布,厚度为0 m～5.60 m;粉质粘土,透镜状分布,厚度为1.30 m～5.50 m;砾砂,透镜状分布,厚度为1.50 m～9.50 m;砾质粘性土,层状分布,厚1.00 m～7.10 m。
2.3 工程实施
由于本段暗挖隧道拱顶均位于富水砾砂层或填砂层中,砂层进入隧道拱部约0.5 m～4.3 m,砂层位于地下水位以下,无自稳能力,在天然状态下一旦扰动便会发生涌水突泥。同时考虑到次高压燃气管线及雨水箱涵沉降要求严格,如采用传统矿山法超前支护措施则风险较大,如采用冻结法则成本较高,工期较长;经分析隧道所处地质条件,考虑到施工安全、施工工期、工程造价及对周围环境影响等因素,通过综合比选本段暗挖隧道采用水平旋喷桩进行超前支护,其支护方案如下:
在隧道拱顶180°范围布置水平旋喷桩,桩中心距离隧道初支开挖轮廓线为200 mm。为保证初支钢架的稳定性,在初支拱脚处布置一根旋喷桩,使拱部钢架落在旋喷桩上,有利于控制拱顶沉降和水平收敛。水平旋喷桩成桩直径500,见图2。
本段暗挖隧道的水平旋喷桩超前支护从隧道两端进行施工。为保证水平旋喷桩的施工质量,还采取了以下措施:
1)首先按照设计孔位及水平旋喷桩设计外插角度采用金刚石钻头钻穿孔既有钢筋混凝土结构,成孔直径较水平旋喷桩机钻头直径大6 cm～8 cm。
2)水平旋喷桩采用加密外插的方式在成桩端部约8 m范围内形成扩大断面,以备隧道断面扩大作为第二次水平旋喷施工工作室。
3)在孔口1 m范围内减小注浆压力,只搅拌不旋喷,以防喷浆(此段范围内采用掌子面围幕注浆加固地层,确保安全施工进洞)。
4)为了避免拱部水平旋喷桩下沉侵限,施工仰角应较设计值上仰1.5°,桩位外放10 cm～20 cm。
5)在掌子面处采用定位导向架及采用刚度大的钻杆和自重大的钻机,控制相邻水平旋喷桩分叉。
6)钻至设计深度后,继续旋喷搅拌2 min～3 min再逐渐回退,以保证桩体交接处搭接良好。侨香站内的水平旋喷桩布孔见图3,实际拱顶桩支护间咬合效果见图4。
第一段水平旋喷桩施工完成后,掌子面进行围幕注浆后,进行隧道初期支护施工。扩大断面(工作室)支护完成后,封闭掌子面按照以上施工参数和措施施工第二段水平旋喷桩。
本段暗挖隧道采用信息化施工,从施工中的各种监测数据反映,在采用以水平旋喷桩为主的超前支护措施后,有效地防止了涌砂涌水的发生,洞内止水效果良好,降低了施工风险,同时对地下管线、市政路面以及周边建(构)筑物影响较小,确保了隧道在该高风险段顺利通过。整个开挖过程,对应地表沉降最大值为10.5 cm,拱顶最大沉降3 cm;次高压燃气管线最大沉降为8.7 cm,经专业公司检测,次高压燃气管沉降均匀,沉降引起的内应力远小于容许应力,次高压燃气管线处于安全状态。
3 结语
深圳地铁2号线东延段安托山站—侨香站区间线路暗挖隧道采用水平旋喷桩超前支护,成功穿越了次高压燃气管线,确保了地面沉降控制在合理的范围内,没有影响侨香路的正常交通。水平旋喷桩在安托山站—侨香站区间矿山法隧道施工中超前支护中的应用,为在深圳地区复杂的软硬不均地层中进行暗挖隧道施工提供了一种新的思路,与传统暗挖隧道超前支护措施进行组合,对于降低暗挖隧道施工风险有积极作用。
摘要：从水平旋喷桩的施工工艺及适应性出发,介绍了其在地铁暗挖隧道施工中的应用,总结了所采用的技术措施,成功地穿越了雨水箱涵及次高压燃气管线,对于降低暗挖隧道施工风险起到积极作用。
关键词：水平旋喷桩,暗挖隧道,超前支护,富水砂层
参考文献
[1]YJG F11-2002,隧道水平旋喷预支护施工工法[S].
[2]蔡爽.风积沙隧道导向水平旋喷桩预支护施工工法[Z].中铁二局第一工程有限公司,2010.
水平旋喷桩 篇2
一、工程简介.............................................................1 1.1工程概况..........................................................1 1.2工程数量..........................................................1
二、试桩目的.............................................................2
三、试桩要求.............................................................2
四、试桩时间.............................................................2
五、施工配置.............................................................2 5.1机械配置..........................................................2 5.1人员配置..........................................................3
六、施工工艺.............................................................3 6.1工艺原理..........................................................3 6.2施工工艺流程......................................................4 6.3施工顺序..........................................................4 6.4施工工序..........................................................5
七、安全文明施工........................................................10
八、质量控制............................................................10
九、施工过程中存在的问题以及处理措施....................................11
十、后续施工注意事项....................................................11
一、工程简介
1.1工程概况
高压旋喷桩试桩位于K96+673～K96+722段落上的第48排1～8号桩(里程：K96+720.38)，47排1～4号桩(里程：K96+719.341),桩长17.5m，桩间距1.2m，共计12根桩。根据施工图设计文件要求，水泥用量不少于200kg/m。试桩时按200kg/m、205kg/m和210kg/m三个水泥用量进行施工，同时水泥用量为210Kg/m的配比另采用水 灰比1:1,0.9:1和0.8:1三种配比分别试桩，桩位布置图见下图。
桩位布置图
1.2工程数量
为了客观有效的总结施工经验，我部设置了对照组进行试验，试验数量见下表：
各配比试桩数量表
二、试桩目的
在大面积施工前通过本试桩试验，来确定合理的施工工艺及提杆速度和泵浆压力大小才能满足旋喷桩施工技术参数，由此确定本标段的高压旋喷桩的施工工艺及施工技术参数，以确保大面积施工时高压旋喷桩的施工质量。
三、试桩要求
本项目高压旋喷桩有效桩径不小于50cm，设计水泥用量为200kg/m，处理深度17.5m，采用梅花形布置，间距1.2m。
四、试桩时间
高压旋喷桩的试桩工作于2016年10月23日开始，在2016年10月25日全部完成。
五、施工配置
试验方案报业主和监理单位审核后，按批准后的方案组织实施试桩，并请监理、设计、业主等单位全程监督和指导。具体施工组织如下： 5.1机械配置
施工机械配置见下表：
施工机械配置表
5.1人员配置
人员配置见下表：
人员配置表
六、施工工艺
6.1工艺原理
高压旋喷桩，就是利用钻机把带有特制喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压设备（包括高压泵和注浆钻机）使水泥浆成为20～25MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。钻杆一边以一定速度（20cm～30cm/min）渐渐向上提升，使浆液与土粒强制混合，待浆液凝固后，便在土中形成一个具有一定强度的固结体（即旋喷桩）。
其工艺主要是进行两次切削破坏土层，第一次是高压泵和压缩空气的复合喷射流体切削破坏土层，紧接着的第二次是高压水泥浆和压缩空气的复合喷射流切削土体；在第一次切削土层的基础上再次对土体进行切削，这样便增加了切削深度，加大了固结直径。6.2施工工艺流程
测量放线场地平整内页准备桩位定位钻机检查钻机就位钻进成孔清孔移钻原材准备试喷插入高喷管原材送检资料记录高喷作业水泥浆制作回灌作业钻机清洗桩基检测
高压旋喷桩施工工艺流程
6.3施工顺序
试桩施工顺序计划从第48排1号桩向9号桩顺序施工，但由于降雨影响场地，同时考虑不同配比，试桩最终确定为48排1号桩到8号桩和47排1号桩到4号桩，详见下图。
施工顺序
6.4施工工序
（1）清表
清除原地面杂草、树根等，清除地表20cm耕植土或松散土，并对原地面进行必要的整平夯实。
原地面清表
（2）临时排水设置
场地平整后，于试桩工点四周设置临时排水沟，并与就近永久排水沟渠相衔接，确保雨天作业场地内水流及时排除。
（3）测量放样
清表前先根据设计图纸进行初步放样，确定出场地范围以及原地面高程，现场用木桩作出标记，清表后再次进行测量放样，确定出设计停灰面和场地实际高程之间的关系，进行场地精平后，再次进行测量放样，确定出试桩桩位中心线及桩位处实际高程，现场 用竹签作出标记。
（4）钻机就位
钻机安置在设计的孔位上，使钻杆对准孔位中心，偏差不大于5cm。转机就位后，机座要平稳，立轴要与孔位对正倾角偏差不大于0.5o（5）水泥浆制作
使用自动称量拌浆机进行制浆，执行二次搅拌工艺，水泥浆的水灰比为1:1（10根），0.9:1（1根），0.8:1（1根）。控制好水灰比，经过自动灰浆机搅拌后的水泥浆，现场测定的水泥浆比重均满足设计和施工要求。
水泥浆制配
（6）钻进成孔
钻杆钻进至设计桩底。试桩段落整平后高程为2.41m，停灰面高程为2.16m，钻孔深度为17.75m。高压旋喷桩钻头管为2.25m，其余每节长度均为2m，钻头管距底部15cm处设两个喷浆口。
第1根桩采用干钻钻进工艺，有次钻孔至设计高程提升喷浆时，发现喷浆嘴严重堵塞不能喷浆，经多次尝试均存在此问题，经现场商议讨论，决定采用带浆下钻工艺，经12根试桩验证，带浆下钻工艺可行，但实际喷浆量多于设计喷浆量，平均超出15%左右。
试桩桩长设计17.5m，现场采用10根钻杆连接，垫木、钻机机架高度之和0.45m，机架至桩底高度为：0.45+0.25+17.5=18.2m，加上喷嘴底钻杆长度15cm，理论需求钻杆 长度18.35m，现场实际配置为钻头长度+钻杆长度=2.25+9*2=20.25m，满足桩长要求。示意图如下。
钻孔示意图
（7）提升喷浆
1、喷嘴位于设计桩底标高以下后，即可提升钻杆喷射注浆。工艺为启动高压泵，待泵量泵压正常并达到压力时（现场实际控制为不小于22MPa），自孔底由下而上进行喷射施工作业，钻杆边喷边提升，每次拆钻杆前，由机长通过对讲机通知泵工关闭高压泵停止送浆；拆卸已提升钻杆1节并组装好钻机和剩余钻杆后，再次启动高压泵进行喷浆作业，钻杆边拆卸边清洗。提升喷浆
2、钻杆正常提升喷浆过程中，以理论喷浆量为依据核定实际喷浆量。当喷浆量过大或过小时，通过调速旋钮对钻杆提升速度进行微调以调整喷浆量。
操作台
3、水泥浆用量 水泥浆用量见下表： 水泥浆用量表
备注：由于理论返浆量为经验数据，取值由统计法获取，本表只列出设计的经验取值，未做实际比较；理论用浆量已包含理论返浆量。
4、带浆下钻用浆量分析
我部根据实际钻进情况编制下表：
带浆下钻用浆量分析表
结论：带浆下钻工艺具有可执行性，但遇到坚硬土层钻进困哪时，过于浪费水泥浆。（8）清洗机具
喷射施工完成后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，防止凝固堵塞。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。
（9）机具移位
施工中及时填写高压旋喷桩施工记录表，成桩完毕后，旋喷机具设备移至下一个孔位，进行下一根桩施工。
（10）试桩数据总结
下钻速度：（0.3~1.25）m/min 提升速度：（20、25、30cm/min)水泥用量：（198~344）Kg/m 喷嘴孔径：（1.8~2.0）mm 水泥品种：海门海螺P.042.5普通硅酸盐水泥
七、安全文明施工
（1）首件施工标识标牌设置；
（2）作业人员进入施工现场必须佩戴安全帽，高压旋喷桩施工时现场作业人员需佩戴防护口罩，防止粉尘吸入过多而导致职业病危害；
（3）施工现场应进行封闭围挡，无关人员不得随意进出，作业人员应着装统一；（4）严禁作业人员在机械设备旁边休息，防止意外事故的发生；（5）设备统一标识、编号，不同类型设备应安排专人进行现场指挥；
（6）水泥等材料在装卸、使用、运输、临时存放等过程中，必须加强管理，采取加盖篷布等遮挡措施，减少扬尘；
（7）试桩完成后，应及时清理现场，按要求做好环境保护；
（8）施工现场提倡文明施工，建立健全控制人为噪声的管理制度，尽量减少人为噪声的管理制度，尽量减少人为的大声喧哗，增强全体人员的自觉意识。
八、质量控制
（1）严格执行三检制和报检制，每一道工序经互检、自检、专检合格后，由质检部或技术人员向总监办报检，经总监办检查验收合格后才进行后续施工，同时每一根桩基的施工小票打印后立刻由旁站监理工程师复核并签字确认，确保试桩数据真实可靠。
（2）严格执行领导带班制度，高压旋喷桩试桩全程由项目总工牵头，技术员全程监督，试验室、测量队随时配合测量检测，试桩数据真实记录。
按实际情况记录
九、施工过程中存在的问题以及处理措施
（1）存在问题：干钻下钻堵塞喷嘴致使喷嘴不能喷浆。
处理措施：采用带浆下钻。
（2）存在问题：带水下钻可节约水泥浆，保证水泥浆用量不超出设计允许范围，可在下钻过程中会破坏原地质结构，导致原地质结构出现软弱通道，致使返浆量超过设计值，且成桩质量会受一定影响。
处理措施：采用带浆下钻工艺
（3）存在问题：48排第1、2、3、7、6桩基桩底以上2m范围内带浆下钻钻进极为困难，钻进速度为20min/m，钻进时间较长，浆液耗费量较大。
处理措施：加大钻进压力或者联系设计更改桩底标高。
十、后续施工注意事项
（1）为保证雨天施工作业，施工前应完善临时排水系统。（2）施工过程中应及时清除地表返浆。（3）钻机垂直度及机座高程应严格控制。（4）喷浆提升速度和喷浆量应随时相互验证。
（5）为保证桩头质量，接近停灰面时适当降低提升速度，实际停灰面应适当高出设计停灰面约5cm。
水平旋喷桩 篇3
1 工程概况
酸刺沟煤矿铁路专用线隧道位于内蒙古准格尔旗薛家湾薛魏公路酸刺沟, 交通便利, 水电通讯条件较好。由于其部分区域拱顶部处于第三纪风化泥岩与第四纪交接面, 因滞留水侵蚀, 呈软塑～流塑状, 无稳定性, 并引发上部第四纪土体塌陷, 严重影响了隧道施工的正常运行。为解决这一问题, 在此区域施工水平旋喷注浆工程, 以使该隧道施工继续进行。
2 水文地质与工程地质
酸刺沟煤矿铁路专用线隧道所在位置的上覆地层为三叠系泥、砂岩和厚层风积黄土 (含粉砂) 。大气降水通过黄土层渗入地下后会沿三叠系泥、砂岩面很快排泄, 但若三叠系泥、砂岩面形成凹陷区, 则在这些区域的泥岩经水长期浸泡饱和后形成稳定性极差的软塑～流塑状地层, 隧道断面处在这种地层中。
3 加固机理及特点
水平旋喷桩是以高压泵为动力源, 通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内, 喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿, 并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体, 强制土颗粒与浆液搅拌混合。待浆液凝固后, 形成水平圆柱状水泥土固结体即水平旋喷桩, 当旋喷桩相互咬合后, 便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体, 起到防流砂、抗滑移、防渗透的作用。
水平旋喷桩具有以下特点:1) 可控性。水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏范围内, 浆液注入部位和范围可以控制, 可通过调节注入参数 (切削土体压力、固化材料注入速度与配比、注入量等) 获得满足设计要求的固结体。2) 均匀性。喷射流在能量衰减前交汇, 切削能量在碰撞点相互抵消, 在比桩心到碰撞点距离大的地方, 射流无能力切削土体, 加固体均匀程度好。3) 成本低、效率高。由于限定注入范围, 注入量大幅减少, 水泥用量仅为100 kg/m～150 kg/m, 施工速度比大管棚或深孔注浆提高2倍～3倍。4) 具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。
4 施工方案
1) 旋喷桩设计。沿隧道断面拱顶部分等距放射状布设, 以桩径600计算, 为保证旋喷桩循环衔接处拱顶形成防水帷幕, 根据现场条件, 第一循环段处理6 m, 插入角17°, 以后每循环段处理12 m, 插入角5°。桩位排布根据地层情况施工时可进行适当调整, 具体设计见图1。2) 技术参数。施工参数:压力大于20 MPa, 提升速度不大于25 cm/min, 旋转速度不大于25 r/min;喷嘴个数及直径:双喷嘴2.3 mm～2.5 mm。3) 浆液配比。水泥选用P.O32.5R水泥, 水灰比 (0.8～1) ∶1。根据现场情况可加入水泥重量0.3%的工业NaCl或0.03%的NR3早强剂。
5 施工工艺及施工要点
5.1 施工工艺
1) 孔口采取阻尼保浆装置, 返浆由导浆管溢出;2) 钻孔至设计深度后, 先只做原地旋喷, 待返浆由导浆管流出后方可开始提升;3) 间隔搭接长度不小于200 mm;4) 全孔双喷嘴施工, 因故中途喷嘴堵塞时立即停喷、提钻, 处理后方可继续施工;5) 施工采取间隔跳跃式施工, 应保证隔两钻孔施工。
5.2 施工工艺流程图
施工工艺流程见图2。
5.3 施工准备
1) 平整场地, 水、电、喷浆材料准备;2) 钻场平整, 有条件时铺设钻机导轨;3) 规划施工现场排水、排浆方式。
5.4 钻孔旋喷机就位
1) 旋喷钻机上轨道后, 左右移动将轨道压实, 并调整钻机保持水平;2) 按照孔位设计要求, 依水平比 (方位角正切值) 、垂直比 (仰角正切值) 定位;3) 钻机就位后用轨道卡轨器卡紧, 相关撑杆、拉杆固定好。
5.5 钻孔
1) 钻进顶推力控制在3 kN左右;2) 接钻杆时检查是否有异物, 接好封闭圈;3) 钻孔过程中可采用低压, 低流量清水从喷嘴流出, 冷却钻头并防止砂粒进入钻头;4) 注意测量钻进深度, 达到深度时停止钻进。
5.6 制备单液浆
按照比例 (1∶1) 配制喷射浆液, 保持浆液混合均匀, 防止沉淀。
5.7 旋喷作业
1) 钻头钻进至设计深度时开始旋喷, 旋转30 s后开始后退, 旋转速度控制在20 r/min～25 r/min;2) 旋转前1 m时, 后退速度控制在20 cm/min～22 cm/min, 以后保持在20 r/min～25 r/min;3) 卸管时动作要快, 先停止后退, 停止送浆后尽快卸、接管, 恢复给浆后先旋转数圈再后退;4) 封堵孔口:喷头退至离孔口1 m～1.5 m时停止旋喷, 至无清浆外流后退出孔口开始封孔, 孔口用木塞封堵防止浆液外流;5) 冲洗管路机具, 保持设备清洁。
6结语
水平旋喷桩在我国应用和研究起步较晚, 目前大多数还处于试验阶段, 在施工方法、数值模型、理论研究和机械选型配套方面还有大量工作要做。随着我国地下工程的发展, 水平旋喷桩的研究也将进一步深入, 相信在不久的将来, 水平旋喷桩在地下工程软弱地层中会得到逐步推广, 大显身手。
摘要：介绍了水平旋喷桩在内蒙古酸刺沟隧道拱顶支护工程中的应用, 重点阐述了水平旋喷桩加固机理、施工方案、施工工艺及施工要点, 实践证明该施工方案是成功的, 为今后进一步推广水平旋喷技术提供了经验。
关键词：水平旋喷桩,隧道,支护,施工
参考文献
水平旋喷桩 篇4
1、当成孔达到深度后将喷嘴和喷射杆逐根连接好钻进孔内，下管时应注意接头不能松动，为保证下管过程中不堵塞喷嘴，下管前将喷嘴用胶布包裹。喷嘴下到预定深度且浆液制备好后，开启高压泵，调整注浆泵压力到设计值。当孔口冒出泥浆时开启钻机旋转系统，调整好转速，然后按设计提速开始提升，开始喷射作业。喷射作业过程中应注意每次拆杆后应反插不小于10cm，以保证桩的连续性和完整性。喷射提升至桩顶标高时停止提升，继续喷射2～3min，保证桩头质量。
2、⑴ 旋喷施工前，将钻架安放平稳牢固，定位准确，喷射管倾斜度不大于1.5%，桩心偏差不大于5cm。
⑵ 正式开工前应作试验桩，确定合理的旋喷参数和浆液配合比。旋喷深度、直径、抗压强度符合设计要求。
⑶ 为使浆液因延时而不致沉淀和离析，及早提高复合固结体的强度，应掺入3%的陶土和适量的早强剂，
⑷ 旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。
⑸ 钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，以免出现断桩。
⑹ 在旋喷过程中，如因机械故障中断旋喷时，应重新钻至桩底设计标高并重新旋喷。
⑺ 制作浆液时，水灰比要按设计进行，严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀、浓度降低。不得使用受潮或过期水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有滤网进行过滤，过滤筛孔以小于喷嘴直径1/2为宜。
⑻ 在旋喷过程中，若遇到孤石或大的漂石，桩位可适当调整（根据受力情况，必要时加桩），避免畸形桩和断桩。
⑼ 旋喷施工按规定作好记录，并按监理工程师批准的表格填写。
水平旋喷桩 篇5
布仑口一公格尔水电站工程位于新疆西部帕米尔高原,发电引水隧洞具有洞线长、地质复杂等特点,围岩主要为第四系下更新统Q1gl冰碛层、石墨片岩、绿泥石石英片岩、云母石英片岩、花岗岩等。发电引水隧洞围岩大部分稳定性较好,部分围岩受软岩(Q1gl含碎块石砂壤土、石墨片岩等)、中缓倾角节理与不利结构面之组合控制,稳定性差,产生塌方、掉块、渗水、涌水等现象。
该工程发电引水隧洞全长约18 km,其中桩号9+315～9+462.9 m洞段为第四系下更新统Q1gl冰碛层(岩性为含块碎石的砂壤土,结构较密实,半胶结,干燥时较硬,遇水软化,局部夹1～2m厚的块碎石层透镜体),属V类围岩,隧洞开挖断面直径为4.8 m,呈马蹄形。受断层破碎带及隧洞上方地表富水冲沟影响,该洞段软岩长期被水浸泡,饱和软化呈流塑状,无稳定性,掌子面涌水、流泥、塌方严重。围岩富水饱且呈流塑状,固结灌浆可灌性差,虽尝试采取常规水泥灌浆及化学灌浆等方式进行全断面固结,并配合多层大管棚等多种常规超前预加固施工措施,但均未成功,无法继续掘进。经综合分析和研究决定,采用水平高压旋喷桩预结合大管棚双层支护方案对拱顶进行超前预支护,最终有效、迅速地解决了该富水冰碛软岩洞段涌水、流泥、塌方的问题,隧洞得以正常掘进并顺利通过该地质严重不良洞段。
2 工程概况
布仑口一公格尔水电站工程位于新疆克尔柯孜自治州阿克陶县境内,是盖孜河中游河段梯级开发水电项目的龙头水库及第一级电站。电站坝址处多年平均流量为17.81 m3/s,多年平均径流量为5.620×108 m3。该工程主要承担灌溉、发电并兼顾防洪、生态任务。水库总库容为7.02亿m3大坝最大坝高35 m,电站加权水头为636.36 m,总装机容量为200 MW(3台67 MW),保证出力66.7 MW,多年平均发电量为6.39亿kW.h。
该工程为大(2)型Ⅱ等工程,主要由浇筑式沥青混凝土心墙坝、右岸的溢洪道、左岸的导流兼泄洪冲沙洞、左岸的发电引水系统和地面电站厂房等建筑物组成。
3 发电引水隧洞工程地质条件
该工程发电引水隧洞布置在盖孜河左岸,属有压隧洞,上覆岩体厚度一般为100～600 m,最厚达1 500 m。洞内围岩节理较发育,主要有2组,产状分别为50°～80°SE或NW∠62°～80°、300～330°NE∠50°～80°,面多平直,闭合,无充填,局部有少量泥钙质及方解石脉充填,局部表面呈铁锈褐色。开挖揭露发电引水隧洞全线发育断层100余条,规模较大的有F5、F2、F68等十几条,大多断层破碎带一般宽5～50 cm,主要以SW倾向为主,破碎带内以碎裂岩、糜棱岩及断层泥充填,对洞室的稳定性有一定影响。隧洞的围岩稳定性主要受软岩(Q1gl含碎块石砂壤土、石墨片岩)、中缓倾角节理与不利结构面之组合的控制。
桩号9+216～9+463 m洞段长247 m,洞轴线方向为94°,该段为Q1gl含碎块石砂壤土,与岩性主要为S～D2二云母石英片岩的界线,两者以断层f86接触,产状为50～55°SE∠45～50°,影响带位于片岩一侧,断层破碎带宽2～5m,主要由碎裂岩、糜棱岩及断层泥构成,软弱、破碎,对洞室的稳定性有一定的影响,该段主要地表为Ⅳ号冲沟,岩体相对较为破碎,断层带处渗水量较大,出现涌水现象,S～D2二云母石英片岩岩层产状为285°NE∠60°～65°,与洞轴线夹角为1 1°,对洞室的稳定性有一定的影响。该段主要发育三组裂隙:①280°～305°SW∠40°～65°;②50°～83°SE∠59°～88°;③280°～340°NE55°～75°。裂隙多平直,充填有泥钙质物质,对洞室的稳定性有一定影响,该处发育2条小断层f87、f88,断层破碎带宽5～20 cm。其中,桩号9+266.016～9+293 m、9+315～9+462.9 m为Ⅴ类围岩;桩号9+213～9+266.016 m、9+293～9+315 m为Ⅳ类围岩。Ⅳ类围岩Vp=2500 m/s,K0=2000～3 000 N/cm3,坚固系数fk=1～3;V类围岩Vp=1 000～1 500 m/s,坚固系数fk<1。
4 水平高压旋喷桩预支护技术原理及现状
高压旋喷注浆技术由日本于20世纪60年代末首创。其主要工艺过程是通过钻孔方式将端部装有特殊喷嘴的注浆管置入需加固土层的预定位置,通过高压注浆泵将高压浆液经注浆管流至喷头,然后高速喷射出以切削、破碎土体,喷头一边旋喷一边后退,使得土体与高速喷出的浆液搅拌混合,胶凝后成为圆柱状旋喷固结体。该技术早期主要采用竖直旋喷方式用于地基加固及帷幕防渗止水,在实践中因其优越性而得到广泛应用。
1983年,意大利RODIO公司首次将高压旋喷技术用于水平隧道预支护并取得成功。其典型做法是沿隧道拱部外缘用水平布置的水泥旋喷柱体相互搭接咬合形成拱棚,在它的保护下开挖隧道。该技术的主要特点为加固体强度较高、加固直径可控、能形成可靠的预加固衬砌、减少开挖对地面建(构)筑物的影响;对地层适应性强,对软弱土及松散地层也能取得良好的加固效果;对富水地层隔水效果好,可以避免隧洞水力破坏[1]。水平高压旋喷桩预支护其机理和计算方法目前基本上是借鉴管棚理论,将水平旋喷固结体在横向上视为拱,按等效原则将水平旋喷固结体等效为一定厚度的拱壳[2]。
我国于1987年开始引入水平旋喷预支护技术并进行首次水平旋喷试验,随后在铁路和公路隧道施工中得以逐渐推广和应用,目前在水工隧洞中的应用较少。
5 水平高压旋喷桩预支护设计方案
5.1 设计方案比较及现场试验情况
根据工程界已有经验并结合工程实际情况,共拟订了3套预支护方案并先后进行了现场试验,具体如下。
5.1.1 方案一:典型水平高压旋喷桩工法
该方案采用典型单层水平高压旋喷桩工法,沿顶拱180°范围布设水平旋喷桩。Q1gl冰碛层为含块碎石砂壤土,富水呈饱和流塑状态,经现场试验,水平高压旋喷桩有效影响范围很小(约35 cm),两桩之间相互咬合不佳,同时桩体强度较低。在上部泥石流体的竖向压力的作用下,极易断裂甚至出现漏洞,无法形成良好的拱圈效应,鉴于此方案成拱阻水效果不佳,质量无法保障,安全风险较大,故未直接采用。双层水平高压旋喷桩方案因考虑到进度、造价和预支护结构整体强度等问题,所以未考虑选用。
5.1.2 方案二:水平高压旋喷桩+大管棚穿插注浆补强法
该方案在方案一的基础上增加大管棚穿插注浆补强,在水平高压旋喷桩施工完成后,在每两桩之间钻孔安设大管棚钢管并进行灌浆。通过穿插大管棚注浆方式弥补水平高压旋喷桩咬合不良的渗漏部位,并有效加强水平高压旋喷桩拱圈的强度。但是,由于大管棚注浆在水平高压旋喷桩施工完成后进行,大管棚钻孔难以精准控制,所以无法保证与水平高压旋喷桩保持平行,会对水平高压旋喷桩造成一定的破坏。经现场试验,此方案虽然较方案一有所改善,但施工难度大且易破坏旋喷桩或出现断桩等现象,仍未能达到预期的阻水效果,因此未采用。
5.1.3 方案三:水平高压旋喷桩+大管棚错层注浆补强法
该方案先施工水平高压旋喷桩,形成水平旋喷固结体拱圈,在拱圈内侧再施工大管棚并注浆。水平高压旋喷桩在顶部形成一道连续拱墙(无筋),较为脆弱,下层的大管棚能有效提高水平高压旋喷桩的拱墙整体刚度,同时管棚钻孔注浆也弥补了水平高压旋喷桩在施工中的缺陷和漏洞,起到了双重保护作用。经现场试验,该方案效果比较理想,施工安全、质量都得到保障,因此决定采用方案三施工。
5.2 施工方案选定及技术参数
经现场试验和方案优化,最终确定施工方案如下。
(1)水平高压旋喷桩沿顶拱180°范围布设,桩中心间距为35 cm,每循环桩体长度为20 m,搭接长度为2 m,桩体外插角为6%。旋喷注浆压力大于35 MPa,后退速度为20～25cm/min,旋转速度为20～25 r/min,采用单喷嘴。旋喷施工分2个序列进行:先钻喷拱顶中间孔位,然后每次间隔一个孔位自上而下、左右交替地钻喷完成两侧一序孔位;随后再从拱顶中间依次左右交替、自上而下地施喷完成二序孔位。
(2)大管棚布设于水平高压旋喷桩内侧,两者层间距为15 cm,采用Φ108 mm无缝钢管并钻注浆孔,沿顶拱180°范围布设,管中心间距为25 cm;
(3)考虑到围岩富水饱和且涌水严重,为提高早期强度及增强堵水效果,注浆浆液采用水泥-水玻璃双液。水泥浆液采用P.042.5R普通硅酸盐水泥配制,水灰比为1:1;水玻璃浆液采用成品原液加水稀释调成密度为25Be’水玻璃溶液;水泥浆液与水玻璃浆液体积比采用1:0.4。
6 施工工艺
水平高压旋喷桩结合大管棚注浆施工主要工艺流程为施工准备→封闭掌子面→孔位放样→钻机就位→钻孔→浆液配制→旋喷注浆→封孔→钻机移位→大管棚注浆补强。
6.1 施工准备
为保证施工连续性,确保施工质量,施工前应认真检查现场各种设备、设施情况。包括钻机运行是否正常,回油管的快速接头是否完好,机台各种油管有无损伤,配电设施是否完好,高压注浆泵运行是否正常,高压注浆管路是否畅通,压力表是否正常,钻具、工具是否齐全等。
6.2 封闭掌子面
为防止掌子面继续塌方和减少注浆外渗,施工前应对掌子面进行全断面封闭。结合现场情况,掌子面采用喷射混凝土进行封闭,掌子面下部或集中渗水处,埋设排水管集中引排至封闭面外,排水管末端安装截止阀,以便冒浆时能随时关闭。
6.2 孔位放样
为确保旋喷桩良好成拱,钻喷施工前应统一孔位放样,将全部桩位定位,做好标志,并编定桩号。在每一孔位施钻前再根据隧洞轴线对钻杆钻进方位、角度进行精准测量定位,并实时修正。
6.3 钻机就位
钻机就位是水平高压旋喷桩施工的第一道工序,钻机平台安装应平稳、牢固,设备安装好后,按技术要求精准调整钻机角度、方位、上仰角、外插角,对准孔位,孔位误差应控制在±3 cm以内。
6.4 钻孔
钻孔前须先开孔埋设密封装置,根据桩位调试安装好开孔器底座,进行预开孔,并埋设孔口管并安装孔口密封装置。采用Φ130 mm钻头钻进,钻进深度为1m,然后退出钻具,将一根直径为Φ127 mm、长1m的孔口管埋入孔内,作为孔口套管,孔口管外露0.3m。检查确定孔口管安装牢固后,调整钻机,对好孔位,将导向钻头及第一根钻杆送入孔口管内,然后安装密封装置,打开循环液排出口。
孔口密封装置安装完毕后,开始钻进,每钻进3m应测量一次,并做好测量记录,一旦发现偏斜要及时进行纠偏,直到钻至设计深度,控制钻机压力不得超过1.0 MPa。
6.5 浆液配制
水泥浆液:应严格按照技术要求配制水泥浆液,搅拌必须连续均匀,搅拌时间不应小于3 min,一次搅拌后,水泥浆液的使用时间应控制在4h以内。浆液从搅拌机倒入贮浆桶前应经用筛网过滤,以防喷管堵塞。
水玻璃浆液:应严格按照技术要求将成品水玻璃原液加水稀释成指定密度值的水玻璃浆液,浆桶放置在水泥浆搅拌桶附近,布置专用管道经混合器并连至高压注浆泵。
6.6 旋喷注浆
进行高压喷浆前应检查、确认高压注浆泵压力达到设计要求(35～40 MPa)后,再开始进行喷浆作业。在喷浆过程中应实时观察压力变化值,如果出现压力偏低等异常情况,应及时处理。
为保证桩径和两桩之间咬合良好,高压旋喷施工应采用“退二进一”复喷工艺。在孔底开始进行高压喷浆时停留5 min时间,然后再以20～25 cm/min速度外拔钻杆,每次外拔1 m,然后推进0.5m,再外拔,循环进行。为保证质量,高压喷浆须保持连续不间断,退钻和旋转速度应均匀。
当钻杆退至距孔口1m时停止注浆,关闭高压注浆泵和浆液管道阀门,进行封孔作业。
6.7 封孔
卸下孔口管最外端的密封装置,关闭循环液排出口;快速拔出钻杆和钻头,关闭注浆管口阀门。
6.8 钻机移位
钻喷施工作业应按照设计方案分2个序列自上而下、左右跳位依次进行。在完成上一孔位钻喷施工将钻机移到下一孔位开钻前,应核查确认相邻桩的成桩时间,后施工的桩必须在相邻桩成桩时间超过初凝时间后才能开钻施工,以减少相互影响。
6.9 大管棚注浆补强
水平高压旋喷桩全部钻喷完成后,按照设计方案进行下层大管棚注浆施工,钻孔时应严格控制方位和角度,尽量保持与旋喷桩体平行、方向一致,防止大管棚钻孔施工对已完成的旋喷桩体造成破坏。
大管棚注浆施工全部完成且待强时间48 h后,采取“短进尺、强支护”方案向前开挖施工。
7 质量控制
(1)旋喷注浆时接、卸钻杆要迅速,防止塌孔和堵嘴。
(2)旋喷过程中循环液排出口要保持畅通,如果因故堵死,应松开密封装置疏通返浆通道,保持正常返浆,返浆量应控制在规范规定的20%左右。
(3)如果孔内不能疏通,为避免出现抱钻等情况,则应将钻杆退出,直至钻孔内返浆正常后再重新下旋喷钻杆进行高压旋喷。
(4)喷射时因故障中断,应尽量缩短中断时间,尽早恢复注浆。
(5)如果中断时间超过2 h,要采取补救措施;恢复注浆时,钻杆要多伸入不少于0.5m,保证凝结体的连续性。
(6)喷浆过程中出现冒浆时,应及时从孔口进行封堵,如果出浆量较大时,则应考虑在浆液中加入速凝剂,并控制喷浆量和喷浆速度。
(7)在高压喷浆时,应安排专人观察泵压变化,一旦发现泵压过低时应及时通知机台停止喷浆,查明原因后再恢复高压喷浆。
(8)每根高压旋喷钻杆拔出后应立即用清水高压冲洗干净,避免残留浆液凝固,避免下次旋喷时残留颗粒物堵塞喷嘴。
8 结语
本工程实践表明,水平高压旋喷桩预支护技术在富水Q1gl含块碎石的砂壤土冰碛层中应用是可行的。结合大管棚注浆工艺,进一步加强了水平高压旋喷桩固结体止水、防渗效果,同时提高了预支护结构的整体刚度和可靠性,有效、成功地解决了布仑口一公格尔水工隧洞富水冰碛软岩严重地质不良洞段涌水、塌方等施工问题。
参考文献
[1]柳建国,刘钟,刘波,等.隧道超前支护与水平旋喷技术开发[J].现代隧道技术,2008(增刊).
浅谈旋喷桩施工 篇6
本工程是太长高速公路,在桥头50 m范围内进行地基处理,揸60 cm旋喷桩10 m,路中线两侧各7 m以外的旋喷桩可减4 m。桩距2.0 m～2.5 m。采用正三角形布置。
2 加固原理
旋喷桩就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管,钻入土层的预定位置,然后将浆液以高压流的形式从喷嘴射出,冲击破坏土体,高压流切割搅碎的土层,呈颗粒分散,一部分被浆液和水带出钻孔,另一部分则与浆液搅拌混合,随着浆液搅拌混合,喷浆管不断以360°回转提升,随着浆液的凝固,组成具有一定的强度和抗渗能力的作用。
3 施工工艺流程
1)钻机就位:钻机安置平稳、钻杆垂直、钻头对准孔位中心。
2)钻孔插管:采用76型旋转钻机,钻进深度为15 m。
3)喷射注浆:水泥浆液应在喷注前1 h内搅拌,当喷嘴达到设计高程喷注开始时,先送高压力、喷射压力及喷浆量后再边旋转边提升,以防浆管扭断,钻杆的旋转和提升必须连续不断。
4)冲洗及移动机具:当喷射提升到设计高程后,即告旋喷结束,此时应立即拔出注浆管,清洗包括泥浆泵和高压泵,管内机内不得残存浆和其他杂物,然后将机具设备移动至下一个孔位。
4 施工要点及注意事项
1)喷注中途发生机械故障时,应停止提升和喷射以防桩体中断,同时立即排除故障。如泵压增高也不出浆,则是喷嘴堵塞,泵压达不到要求值,则可能是高压部分密封性能不好,连接处或旋转处漏浆、漏水。
2)冒浆的处理。在旋喷过程中,往往有一定数量的土粒随着一部分浆液粘着注浆管管壁冒出地面,通过对冒浆的观察,可以及时了解土层状况,旋喷的大致效果和旋喷合理性等。根据经验,冒浆(内有土粒、水及浆液)量小于注浆量20%者为正常现象,超过20%或完全不冒浆时应查明原因并采取相应措施。
a.若地层中有较大空隙引起的不冒浆,则可能在浆液中掺加适量的速凝剂,缩短固结时间,使浆液在一定范围内凝固。另外还可以在空隙地段增大注浆量,填满空隙后再继续正常施工。
b.冒浆过大的原因,一般是有效喷射范围与注浆量不相应,注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致,减少冒浆的措施有3种:提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提高和旋转速度。
3)由于浆液析水、收缩,固结体顶部有可能出现凹穴,一般深0.3 m～1.0 m,必须采取措施予以消除。对于新建地基可以再次注入浆液填满凹穴。
5 质量要求和检验
5.1 质量要求
旋喷固结体系在地层下直接形成,属于隐蔽工程,因而不能直接观察到旋喷桩体的质量,必须用科学的比较切合实际的方法鉴定。要求固结具有一定的整体性和均匀性,倾斜度不得大于1.5%,有效直径,强度特性(包括轴向压力、水平推力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性)等符合工程要求。
5.2 质量检查
1)开挖检查:一般限于浅层,全面检查喷射固结体质量、固结体形状、整体性、均匀性和垂直度。
2)室内试验:开挖后制作固结体标准试件,进行各种力学物理性试验。
3)载荷试验包括平板静载试验、孔内载荷试验。
a.试验设备。本次考虑现场条件及天气状况因素,采用现场搭设承重平台,平台上堆放工程土构成对试验点施加荷载的重物,总重量不小于35 t,荷载通过压板中心与重物中心的千斤顶传递,地基的沉降量通过百分表测读。
b.加载方法。每级加载量为3 t(第一级可按2倍加载),确保每个试验点的加荷级不小于8级。加载过程中随时补载,维持荷载恒定。
c.以沉降观测。每级加载后测读该桩的沉降量,前1 h内每15 min测读一次,以后每30 min测读一次,当1 h内沉降量小于0.1 mm时,最后一次测读的沉降量为该级荷载下的最终沉降量。
d.试验结果。千斤顶率定为:
其中,y为压力表读数,格;t为顶起重量,t。
顶起重量:3 t,6 t,9 t,12 t,15 t,18 t,21 t,24 t,27 t,30 t,对应压力表格数24.97,27.73。各级沉降量汇总见表1。
通过1号单桩压载,加载至300 kN时最终沉降量为10.16且P—S曲线未出现陡降段,可判断单桩承载力满足设计要求。
6 结语
桥头跳车问题一直是公路界普遍关注的问题而旋喷桩是处理软基的方法之一,为此我们应引起高度重视,从设计施工到现场管理对待这道工序均要密切关注不能孰视无睹
摘要：以太长高速公路分离式立交桥桥头地基处理工程为例,介绍了旋喷桩的加固原理,对旋喷桩施工工艺流程及施工要点进行了阐述,总结了旋喷固结体系的质量要求及试验结果,结果表明该施工方法能提高地基承载力,降低地基不均匀沉降。
关键词：旋喷桩,施工,承载力,不均匀沉降
参考文献
旋喷桩加固软弱地基的设计计算 篇7
1 设计前的地质勘察、现场试验、情况调查
1) 工程地质勘察:目的是了解场地的工程地质和水文地质条件。了解各土层的主要物理力学性质指标基岩顶板埋深及起伏情况, 地下水位, 土层的渗透系数, 地下水对土层的侵蚀性, 地下设施及洞穴分布等情况。
2) 现场成桩试验:借以取得成桩直径, 桩体强度及施工参数等重要数据 。
3) 对既有建筑物在制定旋喷桩方案时因搜集有关的历史和现状资料, 邻近建筑物和地下埋设物等资料。
2 初步估算旋喷桩直径
旋喷桩直径的确定是一个复杂的问题, 尤其是深部的直径, 只能用半经验的方法加以判断确定.根据国内外的施工经验, 旋喷桩有效直径可参考表1。
在无试桩资料时, 旋喷桩的有效直径也可以根据土的标准贯入值 (N) 进行估算。其公式为:
黏性土 (适用于0
D=0.65-N2/154
砂类土 (适用于5
D= (350+10N-N2) /770 (2)
式中, N为土的标准贯入击数, D为桩的直径, (m) 。 应当指出的是, 这是在水泥浆压力为20MPa, 喷嘴孔径为2.0～2.5mm条件下统计出来的, 若压力高于20MPa, 喷嘴孔径为>2.5mm时, 直径可略为加大, 反之则应适当减小。
旋喷桩直径的影响因素是多方面的, 不是在任何情况下都是直径越大越好。如对条基而言, 直径就不必太大, 只有对片桩式及连桩式工程或要求承载力较高时才采用大直径桩, 否则工期较长。
3 确定单桩承载力
单桩竖向承载力特征值可通过现场单桩载荷试验确定, 也可根据《建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002 J220-2002) 》12.2.3条之公式估算, 取其中较小值。
式中:Ra——单桩竖向承载力特征值;
η——桩身强度折减系数;
fcu——与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块 (边长为70.7mm的立方体) 在标准养护条件下28d龄期的立方体抗压强度平均值;
qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值;
li——桩周第i层土的厚度;
qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值;
4 桩的布置
1) 单桩形式:桩与桩之间互不联系, 单独计算桩的承载力。
n= (W+G) /[P]
式中, n为桩数, W为建筑物荷载, G为承台及其以上土体的总重, [P] 为单桩容许承载力。
当偏心荷载时, 应适当增加桩数.
n=μ (W+G) /[P]
式中, μ为系数, 一般取1.1～1.2。
桩的布置, 根据基础面积和荷载分布情况及桩体受力条件, 尽可能均匀布置。
若自由布桩, 则桩距为 (3～4) D (D为桩径) , 排列方式可用梅花形或行列式。
2) 连桩式:
是一种条形桩群.其平面形状可以是直线形, 也可以是曲线形.各种防渗及防水帷幕属这种形式。
连桩式结构除要求必要的强度外, 还特别要求搭接良好, 方能达到很好的防渗性能。
5 旋喷桩加固地基设计实例
现以兰州铁路局中修基地检修库为例, 说明旋喷桩加固地基的设计。
本工程为原列车检修库接建工程, 甲方要求在不影响原车间工作的情况下, 尽快完成检修库的扩建施工。
5.1 工程地质概况
土层由上而下依此为杂填土, 厚2.0～4.5m;黄土状粉土, 厚2.6～6.3m, (自重湿陷性黄土) ;角砾, 厚3.1～4.5m;粉质粘土, 厚5.6～7.0m。
地下水位:地面以下5～6m, 水质对砼、钢结构具有弱硫酸盐腐蚀性。
5.2 设计条件
本设计基础采用柱下独立基础, 基础底面积bxh=3.0mX2.4m, 埋深-1.3m, 基础顶面处内力:M=249.7kN·m, N=347.3kN;基底采用旋喷桩处理. 旋喷参数:
桩径500mm;压力:20MPa;
提升速度:20cm/分;
转速:20转/分;水灰比: 1∶1
材料:425普通硅酸盐水泥
采用C20混凝土
5.3 设计计算
(1) 按端乘桩计算单桩容许承载力
Ra=ηfcuAp
C20混凝土, 取fcu=0.8fc, 则有:
取qp=0.5qpk, 则有:
取其中较小值:Ra=200.18kN
(2) 确定桩数及其布置
偏心荷载
n= (Fk+Gk) /Qk≥ (Fk+Gk) / Ra
其中, Fk=347.3kN,
取n=4根。
桩在基底四角均匀布置。直径方向相距1.5m, 桩心距承台边缘45cm。
(3) 验算单桩容许承载力
桩体自重G桩=3.14×0.252×6×20=25.51kN
当垂直荷载全部由桩承担时, 单桩所承担的荷载为:
(4) 桩体材料强度的要求
0.7MPa为旋喷桩工作时的容许抗压强度, 桩体室内试块极限抗压强度应不小于3MPa。
(5) 验算基础底面的承载力
验算过程同普通基础设计, 略。
(6) 桩基中单桩受力验算
(7) 地基变形及软弱下卧层验算
如旋喷桩持力层下有软弱下卧层, 须进行软弱下卧层验算, 验算过程同普通基础设计略。
参考文献
[1]JGJ79-2002 J220-2002.建筑地基处理技术规范[S].
[2]JGJ 94-2008.建筑桩基技术规范[S].
[3]GB 50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].
[4]GB 50010-2002.混凝土结构设计规范[S].
高压旋喷桩地基加固技术浅析 篇8
一、高压旋喷法的工作机理
高压旋喷法是利用钻机等设备, 把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴, 置入土层预定深度后, 用高压泥浆泵等装置, 以20-40Mpa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体。当能量大, 速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时, 土粘被切开, 一部分细小的土粘随着浆液冒出水面, 其余土粘在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下, 同时借助注浆管的旋转和提升运动, 使浆液把从土体上崩落下来的土搅拌混合, 经一定时间的凝固, 便在土中形成圆柱状的固结体, 与周围土共同承受荷载。
二、主要工序施工流程方法
1、高喷设备的安装、调试、就位等作业前的准备工作
首先将双管高压旋喷注浆施工所需全套设备辅助设备, 按施工场地情况进行合理布置、安装。然后分别检查气、浆两大系统各种设备运转是否正常, 管路是否畅通 (进行地面管路试喷) , 测试监控仪器是否齐备、完好。确信无误后方可进入下一步工序。各种设备检查完毕后在地表进行联合试机/试喷检查, 以确定各种设备能否常进行工作。把各种压力和流量调到喷射注浆施工的要求值进行试喷, 不仅可以了解各种管路是否畅通/密封, 而且可以了解浆风嘴的加工质量。在更换新浆嘴、风嘴时都应在地面进行试喷, 调节好喷射效果后方可下入孔内使用。
2、测量放线
建立施工临时控制网, 为保证桩位定点的准确性, 采用外围控制网及场内定点控制网的方法进行施工测量、定点。
(一) 建立外围控制网
为确保施工定位的准确无误, 根据施工图纸各轴线关系, 选择控制轴线, 延伸至施工现场外建立控制点网, 以便校对桩位时进行测量复核。
(二) 建立场内控制网
根据宜工程桩位轴线的特点及其走向, 在场内建立与场外控制网关联的牢固网点, 进行双向控制。
(三) 放桩定位
在建立控制网后, 对场内旋喷桩位进行放样, 建立固定标桩;标桩采用≥φ16钢筋, 其埋设深度不少于0.8m, 可用冲击钻在砌石层冲击钻孔, 而后打入, 并高出地面10cm, 标桩固定用砼覆盖加以保护。立标桩时, 反复测量核对, 建立放线册, 交付监理单位存档及现场复核。
3、钻孔就位
钻机就位是喷射注浆的第一道工序, 钻机应安置在设计的孔位上, 使钻头对准孔位的中心。同时为保证钻孔后达到设计要求的垂直度, 钻机就位后, 必须作水平校正, 使其钻杆垂直对准钻孔中心位置。为防止施工窜浆, 施工旋喷桩应先完成单排桩, 再完成双排桩。最少间隔时间不少于24小时。
4、钻孔
根据某工程有较厚的砂袋堆砌层的特点, 以及旋喷桩的垂直度, 保证钻孔孔壁的稳定, 采用SZ型工程钻机进行预先成孔, 孔径为130, 用于穿透上部砂层, 对于砾砂层以及强分化层也进行预先钻孔。
(一) 在钻进过程中, 应精心操作, 精神集中, 合理掌握钻进参数, 合理掌握钻进速度, 防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故, 争取一切时间尽快处理, 并备齐必要的事故打捞工具。
(二) 为避免钻孔倾斜, 在钻机就位和钻孔过程中, 要随时注意校核钻杆的垂直度, 发现倾斜及时纠正, 以确保钻孔倾斜度在设计允许的范围内;钻速要打慢档, 并采用导正装置防止孔倾斜。
5、下注浆管
下注浆管时对喷头加以保护, 防止风嘴、浆嘴堵塞。当遇有高喷管下不到位或下不去现象时 (软土层) , 应视不同的情况采取不同方法处理, 只要不是发生较严重的塌孔事故, 喷管都不难下到位。一般可采用以下方法:压注浆泵送水泥浆边摆动喷管边下管;同时送风、送浆边摆动边下管。
6、制浆
采用标号32.5级 (425#) 普通硅酸盐水泥, 控制进浆比重1.5~1.55, 按通过试验确定的液水灰比、外加剂种类与添加量, 使用搅拌机拌制水泥浆液。制浆时应注意:
(一) 制浆材料采用重量或体积称量法, 其误差不大于5%。
(二) 高速搅拌时间不少于60秒, 普通搅拌不少于90秒。
(三) 浆液温度宜控制在 5~40℃之间。自制备至用完的时间应少于 4 小时, 超过时间应废弃。
7、喷射注浆作业
将注浆管下到预定位置后, 依次送浆、送风, 在孔底定喷数秒, 调整泵压、风压至设计值并孔口返浆正常后开始边旋转边提升, 按试验确定的各项高喷参数进行施工。高喷过程中经常测试水泥浆液进浆比重, 当其达不到设计要求时, 立即暂停喷杆提升并调整水灰比, 然后迅速恢复喷浆作业。施工过程中, 按要求随时检验并记录提升速度、喷浆压力与流量、气压与气量、进浆和回浆比重等;每孔需作制浆与耗浆 (水泥量) 统计和记录。
8、回灌浆液
高压喷灌结束后, 在孔内水泥浆液固结过程中因体积收缩, 同时孔内浆液仍向孔壁四周范围有一定渗漏, 孔内浆液将出现一段时间的沉面下降, 不间断地将浆液回灌到已喷孔内, 并保持压浆作用, 直至孔内浆液面不再下沉为止。
三、高压旋喷桩加固方案优化及相关施工注意事项
高压旋喷桩在加固工程中占有较大比例。然而在方案设计完成之后, 施工单位往往在结合现场对方案优化部分做的不够好, 导致施工工期长、浪费人力物力、材料浪费等一系列问题。
1、在对方案优化过程中, 对于软塑地基较严重的地段。在方案后期应加大喷射压力, 进而会使得新形成的地基有较高强度。结合现场, 如若现场施工面积较大或者距离较长时, 高压输送管的距离要得到保证, 超过50m时, 对高压泵输出压力要相应提高1-5kpa, 以保证喷嘴处的输出压力。
2、方案实施过程中, 钻孔严禁用水钻孔, 水钻孔会造成土壤液化严重含水量上升等问题, 加剧土壤地基的软化。必要时候采用空压机风动成孔, 此项措施能有效减少在高压旋喷桩灌注时对建筑物产生的附加沉降, 降低对既有建筑的破坏。
3、方案优化过程中要保证, 分段灌注高压旋喷桩的每段搭接长度应该小于100mm。并且为了保证桨面不再下降, 应该由专业施工人员进行二次灌注。
4、对于高压旋喷桩所用水泥, 在施工期间要加大检查力度。严禁使用过期、失效的水泥。并且旋喷桩一定要按设计方案的水灰比严格执行。
5、对于已经施工完毕的高压旋喷桩, 应该选择有代表性的桩位和桩点, 进行长效检测, 同时选择桩的数量不应少于百分之十。在水泥标准养护期内应达到3-5天一检测, 对于后期应达到一月一检测, 为期6-10个月, 形成相应的检查记录, 方便日后取用。
高压旋喷桩造价较低, 在水利工程中也是防渗常用的技术。然而水利工程的高压喷射灌浆施工技术由于其特殊性, 给施工质量控制工作带来一定的难度。一定要先熟悉其施工工艺过做好全过程质量管理, 控制好关键环节, 才能保证工程质量。
摘要：高压旋喷桩具有加固体强度高, 加固质量均匀, 加固体形状可控的特点。并与其它桩基方案相比, 节约工期, 既操作简单、节约工期, 又可以节约成本。在地基加固、现有建筑易破坏部位加固等方面有着显著的优势。本文着重介绍高压旋喷桩技术在地基加固中的应用。
关键词：高压旋喷桩技术,地基加固,工期,成本
参考文献
[1]胡毅夫.高压旋喷扩底桩承载机理的现场试验研究[EB/OL]www.xkdx.com
河边承台高压旋喷桩封底施工 篇9
跨环城高速特大桥是武广客运专线新广州站及相关工程的一座特大桥, 其中跨东平水道主桥为此桥最重要的部分, 也是技术含量最高、施工难度最大的部分。主桥采用连续钢桁拱结构, 孔跨布置为 (99+242+99) m, 支座中心至梁端1m, 主桥全长442m。该桥两主墩 (296#及297#墩) 位于东平水道两侧, 承台尺寸分别为15.2m×41.4m×5m和15.4m×46.2m×5m。296#墩承台底标高-1.545m, 承台顶标高+3.455m, 地面标高+4.4, 承台一个角伸入东平水道大堤内;297#墩承台底面标高-4.545, 承台顶面标高+0.455, 地面标高+3.0, 最近处仅距东平水道大堤13m。两主墩承台底面较低, 特别在6月份中旬东平水道处于主汛期内, 主汛期内水面标高最高可达到+3.0m, 与地面平齐, 承台低于东平水道水位以下, 为了河堤安全, 承台施工时先插打长12米国产拉森IV型钢板桩进行围堰防护。
2 地质与地貌
根据地质钻孔资料及前期桩基施工情况显示, 主墩承台范围地面以下3m左右范围内为杂填土及回填土, 3m~12m之间多为淤泥质砂粉细砂及淤泥质粘土, 透水性比较好。在前期深孔桩基施工过程中, 泥浆池布置靠近大堤侧, 致使此范围地表长期处于积水浸泡之下, 地下水比较丰富, 容易与透水性比较好的淤泥质砂粉细砂结合形成管涌, 引起河堤向承台基坑侧滑移。
3 施工方案
在研究制定主墩基础施工方案时, 充分考虑地质、水文等因素的影响, 确保临近临近水道大堤安全。
3.1 施工方案研究
承台基础采用钢板桩围堰进行施工, 在进行承台开挖之前, 要确定如何保证承台基坑开挖过程中围堰钢板桩稳定及基底处不发生管涌现象造成施工安全及临近的东平水道大堤安全问题。施工前, 准备水下混凝土封底及高压旋喷桩预封底两套施工方案进行主墩封底施工。水下混凝土封底采用钢板桩四周围避承台, 然后再开挖承台基坑内侧土体, 在开挖过程为保持内外压力平衡, 一般在水中开挖基坑, 并安装加固钢板桩内支撑, 最后在清基础, 安装封底灌注平台, 再灌注水下封底混凝土, 水下混凝土考虑1.5m深。这个过程297#主墩需要向下开挖9m深, 基坑开挖深度大, 开挖过程中基底下处于透水性比较好的淤泥质砂粉细砂及淤泥质粘土层, 开挖深度加大时四周侧压力会使基底形成部分管涌, 此时必须向基坑加水平衡压力才能继续开挖, 开挖难度大, 钢板桩内支撑安装比较困难, 水下混凝土施工灌注量大, 费工费时, 且施工安全风险大, 施工费用比较高。高压旋喷桩施工主要在地面以上进行, 用高压旋喷水泥浆固化透水性比较好的淤泥质砂粉细砂及淤泥质粘土层, 达到滞水效果, 再通过四周施工通长旋喷桩形成一道滞水墙与底部形成一个整体, 在承台基坑内外形成一个整体的滞水带, 且处理过的承台基底承载力加大, 在优化承台施工工艺, 达到主墩施工目的。此方案只需在地面上操作, 施工方法简便, 施工质量控制容易操作, 工期比较短, 施工费用比较低, 施工安全风险小。通过方案比选, 考虑东平水道汛期大堤安全, 最终选定高压旋喷桩预封底施工方案。
3.2 钢板桩围堰设计
钢板桩围堰大小根据承台尺寸而定, 其内框尺寸在顺桥向方向比承台尺寸大3.4m, 横桥向方向比承台尺寸大3.4m。本项目钢板桩在陆地上施工, 没有流水的影响, 采用国产拉森IV型钢板桩配2层双槽40b做内支撑即可满足刚度要求, 同时由于此地层透水性比较好, 施工钢板桩全长不得有焊瘤、钢板或其他突出物, 应保持平滑, 两端均应切割整齐, 上端按拔桩需要开圆孔 (千斤绳眼) 并焊钢板加固圆孔 (最好是新制钢板桩) , 板桩插打完成后, 用挖机出土降低围堰内的地面至内支撑的安装标高, 安装围堰圈梁及内支撑钢管, 并可靠连接, 圈梁底面焊接牛腿支承, 个数由计算确定, 确保焊缝质量。
3.3 高压旋喷桩设计
钢板桩施工完 (内支撑系统未施工) 场地平整好以后, 在承台开挖基坑范围内纵横向等间距 (0.5m) 交叉布置旋喷孔, 使用高压旋喷钻机钻孔至注浆层, 打开安装在注浆管 (单管) 底部侧面的特殊喷咀 (附在钻头上) , 使用高压注浆泵以25MPa以上的压力把水泥浆从喷咀中喷射出切割破坏土体, 然后将高压水泥浆边喷边提升, 对软土层进行旋喷施工, 反复两次, 使旋喷段形成水泥混合体板块层达到滞水效果;在环主墩承台钢板桩防护外侧四周密布一排12m长Φ500mm@350mm密排高压旋喷桩形成滞水墙, 同时为减少对旁边东平水道大堤影响, 靠近小里程侧及线路左右侧令加强布设一排密排搅拌桩进行防水。
4 方案实施
4.1 前期工作
主墩桩基已完全施工完毕, 立即着手进行承台钢板桩施工, 钢板桩桩顶标高于地面平齐, 或稍微高出地面10-20cm, 用挖机将插打钢板桩范围内搅拌桩施工场地平整, 做好临时截、排水设施、供水供电线路、机械设备施工线路、机械设备放置位置、运输通道等施工准备。
4.2 施工设备
4.2.1 成孔、旋喷两用钻机XY-1型4台
4.2.2 高压泥浆泵ZJB-30型4台
4.2.3 制浆设备4套
4.2.4 旋喷管、高压管、喷射器4套
4.2.5 电力20KW 4套
4.3 旋喷帷幕施工参数选择如下:
旋喷压力:23~25Mpa旋喷直径:600mm
旋转速度:18r/min流量:60~80L/min
提升速度:20~25cm/min
水泥用量:250Kg/m
4.4 试桩
目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数, 以指导下一步水泥搅拌桩的正常施工。据此在离离防护钢板桩5m的距离先进性梅花形间距50cm布置4根旋喷浇板桩试桩的施工, 试桩时, 先进行钻孔施工, 对每节钻杆进行标志, 待钻到搅拌桩孔底位置时停钻, 然后按设计配合比试拌水泥浆, 并由实验室测试稠度, 符合要求后, 打开喷射压力机进行旋喷施工。施工时开始按每分钟提升18-24cm速度提升钻杆, 此时压力表读数在20-25MPa之间, 提升至2m (此时高程比承台底低10cm左右) , 然后在静压30s, 在现场管理人员复核标高无误的情况下再进行2次搅拌旋喷, 工法如上, 最后提钻进行下一桩施工。成桩7天后, 采用浅部开挖桩头 (深度宜超过停浆面以下0.5米) , 目测检查搅拌的均匀性及桩之间混凝土咬合程度, 量测成桩直径。必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。
4.5 分块测量放样、分片桩位定位
搅拌桩施工场地平整完毕后, 测量放样出主墩承台四个角点 (或承台“十”字线) , 并插线标记。放线前对各控制点进行复核后, 按设计图纸放线, 准确定出各搅拌桩的位置;搅拌桩桩位应采用竹片或板条进行现场定位, 点白灰定位, 移动钻机要准确对孔 (对孔误差不得大于50mm) , 对孔正确后开钻钻进。
4.6 钻机就位、对位
分块测量放样、分片桩位定位放样完毕以后, 移动钻机从大小里程侧靠近钢板桩最边一排开始就位, 就位以后开始用方木或枕木抄垫钻机底座, 保证钻机平台的稳定, 然后移动钻机进行对孔, 对孔时保证从钻架顶部引下的铅陀离钻杆位置都是一个数值, 如钻杆倾斜度在允许的偏差范围内, 即可进行悬喷桩施工;如钻杆的倾斜度过大, 则需要调整钻机底座位置至符合要求方能开钻, 此时才能保证钻孔不发生倾斜。
4.7 钻孔
待搅拌机的冷却水循环正常后, 启动搅拌机电机, 放松起重机钢丝绳, 使搅拌机沿导架搅拌切土下沉, 下沉的速度可由电机的电流监测表控制, 工作电流不应大于40A。
4.8 浆液配制
注浆材料采用425#普通硅酸盐水泥与水搅拌作为基本浆液, 水泥浆液的水灰比为1.0, 水泥浆液符合设计要求后通过高压泥浆泵的压力进行注浆。旋喷用的水泥浆液在进入高压泥浆泵施喷前, 进行严格过滤.防止水泥结块和杂物堵塞喷嘴和管路。
4.9 高压旋喷
高压旋喷钻机钻孔至注浆层后, 喷射注浆参数达到规定值后, 即可喷射注浆。水泥浆通过高压泥浆泵形成高压水泥浆, 以>23MPa的压力, 通过喷射管由喷嘴向土中喷射, 钻杆一边旋转, 一边向上提升, 喷射的水泥浆一边切削四周土体, 一边与土体搅拌混合, 反复两次, 形成圆柱状的水泥与土混合的加固体即旋喷桩。高压喷射注浆完毕, 应迅速拔出喷射管, 为防止浆液凝同收缩后产生的顶部空穴影响桩顶高程, 在原孔位采用冒浆回灌。在钻进及旋喷阶段, 应严格控制钻进深度及旋喷桩桩头标高, 确保能够按设计图纸施工, 保证滞水效果。
4.10 提钻、循环施工下一孔
悬喷施工完毕后, 立即向上提钻, 拆钻杆, 钻头提出地面后, 立即转移机具施工另一钻孔。
5 围堰内土体开挖及钢板桩围堰内支撑安装
高压选喷桩施工完毕, 待强度达到设计要求时, 立即进行钢板桩围堰内开挖, 开挖采用分片推进, 层层分解方式进行。开挖的泥土随时通过运输车运往指定的弃土场堆放, 避免堆积在基坑外侧引起较大的土压力。开挖到内支撑安装高度处按设计要求安装内支撑。基坑开挖过程随时预备两台高压旋喷机械以防基底有渗水现象。
6 施工效果
基坑开挖完毕, 未发现有基底有任何渗水现象, 总工期只需要一个月既完成, 东平水道大堤汛期安全得到保证, 受到当地政府部门和业主的一致好评。
7 结语
综上所述, 高压悬喷水泥搅拌桩的工序比较简单直观, 悬喷水泥搅拌桩质量容易控制, 用最低的材料投入取得理想的效果, 从而达到加快施工进度, 消除施工隐患, 确保临近河堤安全。对于地质条件不好, 又临近江河边上, 受水压影响较大的承台施工, 此方法值得借鉴。
参考文献
[1]凌冶平, 易经武.基础工程.人民交通出版社1996 (9) .