过流砂层

过流砂层（通用7篇）

过流砂层 篇1

0 引言

煤炭是中国经济发展的主要能源。目前, 国内浅部煤炭资源因持续开采已大量减少, 矿井的开采深度越来越深, 很多煤矿开采深度已进入到1 000 m~1 500 m。深部资源与“三下开采”将成为今后煤炭开采的发展趋势。矿井深部施工过程中遇到的煤层、急倾斜煤层、软岩层、构造破碎带及表土层段斜井过大型建筑物、铁路段、河床段等, 一旦发生顶板冒顶事故, 非常危险。管棚预注浆超前支护技术以其施工工艺简单、施工速度快、成本低、安全可靠、风险小及质量好等优点在急倾斜煤层、软岩层、构造破碎带等施工过程中得到了广泛应用。本文以山西兰花百盛煤业有限公司主斜井井筒横穿老河床下部流砂层为例简单介绍了管棚预注浆超前支护技术在实际工程中的应用[1]。

1 工程概况

兰花百盛煤业公司矿井位于山西省高平市西北约10 km处, 主斜井井筒设计全长416.9 m。井筒净断面17.32 m2, 倾角16°, 表土段及风化基岩段采用双层钢筋混凝土砌碹支护, 厚度500 mm;稳定基岩段采用锚网喷支护, 喷层厚度150 mm。

主斜井方位角29°, 掘进方向为南北方向并列于东西方向, 河床为东西走向, 井筒的施工正好横穿于河床下部, 地表有一条排水沟和一条老河床, 水文地质条件复杂。老河床下部主要地质构成为粗沙、黄土和鹅卵石, 当井筒施工至115 m~189 m段, 井筒横穿河床时出现大量涌水现象, 导致流沙层塌落下陷, 致使井筒无法继续施工。

2 工程治理方案的确定

兰花百盛煤业公司矿井主斜井井筒所掘地层是泥质流层, 目前国内常采用冻结法施工, 但冻结法造价过高。为降低成本, 设计针对主斜井井筒涌水情况, 经过现场勘查、水文地质资料研究分析, 决定对工作面进行注浆治理, 采用管棚配合注浆通过。其方案为:

a) 沿巷道拱顶及两侧实施管棚支护, 第一循环的支护管长10 m, 后续工程支护管长, 根据实际情况确定, 钢管间距400 mm, 钢管采用114 mm无缝钢管, 每接长2 m, 丝扣对接丝扣长60 mm, 114 mm无缝钢管孔内排列第一根为实管, 第二根为花管, 依次类推向孔口排列;

b) 针对未揭露段, 先进行预注浆处理, 注浆结束后, 进行钻孔检查注浆效果, 检查孔未出现涌水后, 开始进行掘进, 如出现涌水进行二次壁后注浆, 注浆后再检查, 最终达到不出现涌水为目的, 循环进度为10 m, 以后根据实际情况确定注浆长度进行施工 (每掘进一个循环工作面至少遗留2 m已注浆的岩体进行下个循环注浆工作) ;

c) 注浆材料采用双液水泥浆, 结合化学注浆材料, 浆液渗透、扩散岩层渗水裂隙, 达到加固、封堵出水目的;

d) 注浆完成后采用人工手镐、风镐开挖, 挖掘方式从上自下台阶式开挖, 挖掘时先将U型钢支架位置开挖出来, 开挖长度不得超过400 mm, 开挖完成后支架架设29U型钢支架, 棚间距中对中500 mm, 架与架之间采用Φ18 mm的圆钢5根拉杆连接, 腿底挖200mm、长宽均为300 mm柱窝固定, 采用片石砂浆铺设, 防止支架下沉、偏移;

e) 巷道浇筑支护, 巷道底板为砂质泥岩, 为防止底板下沉, 片石砂浆 (M10) 铺底厚500 mm, 其中两墙基础铺底厚200 mm, 采用C30单层钢筋混凝土铺底厚300 mm (纵、横钢筋为18#螺纹钢、间距300 mm) ;

f) 支护形式, 管棚注浆+U型钢棚+喷射 (含钢筋网) 混凝土+钢筋混凝土浇筑, 如遇特殊情况可调整支护方式。

3 管棚注浆超前支护施工步骤

3.1 止浆墙的施工

掘进工作面前先做钻场, 按设计尺寸向巷道轮廓线外扩挖沟槽, 垒砌一道止浆墙, 止浆墙两边用料石垒砌, 中间空槽浇筑混凝土;垒砌前, 将巷道出水的地方, 安装引水管将水导出;止浆墙垒砌过程中, 根据设计方位、倾角, 在巷道荒断面外250 mm~400mm之间预埋孔口管, 孔口管外露500 mm, 事先焊接一个带有丝扣的接头, 止浆墙垒砌好后喷射混凝土把巷道与止浆墙周边衔接的处填平, 凝固24 h后, 先把预埋导水的引水管注浆封堵, 加固止浆墙。

3.2 管棚钻孔施工

在掘进工作面拱部荒断面外300 mm~500 mm周边均匀布置管棚钻孔, 管棚孔间距为400 mm, 深度为10 m;布孔:管棚预注浆采用“周边孔与中部孔”相结合的布孔法, “周边孔”使巷道净断面外5 m范围内固结成整体, “中部孔”对整体进行补强注浆加固;将地表土层破碎带岩层裂隙用浆液充填饱满固结成坚固整体, 把管棚与巷道周边围岩固结成坚固整体;造孔:施工止浆墙的同时, 按设计方位、倾角预埋好“周边孔”的孔口管;“中部孔”不预埋孔口管, 直接在墙上施工;搭好工作台, 把钻机吊运到工作台上固定牢固;施工钻孔, 遇到破碎泥土层不进时, 反复扫孔, 反复注浆, 直至施工至设计深度。

3.3 管棚钻孔洗孔施工

造孔达到设计深度后, 连接洗孔管路, 用高压水把钻孔内泥浆及钻屑清洗干净。

3.4 管棚安装施工

把管棚钢管慢慢下到孔底, 把预埋孔口管上的法兰盘与管棚钢管上的子母扣法兰盘对接严实, 用螺栓固定;其余注浆钻孔成孔后, 安装伸缩型封孔器, 并把封孔器上的大螺母拧紧, 使胶垫与钻孔周边充分啮合密实, 把管固定牢固。

3.5 管棚预注浆施工

安装注浆管路, 根据注浆情况随时调整流量、浆液浓度, 注浆时让管棚孔中浆液顺着钻孔向外回浆, 使管棚管周围充满浆液与注浆后土层或破碎带形成坚固整体, 注浆压力达到设计注浆压力, 即可停止注浆;然后按照上述步骤循环, 施工一个管棚孔, 安装一个孔, 注浆一个孔, 直至注浆结束;工作面管棚预注浆10 m, 掘进7 m、预留3 m超前距;向前掘进后, 再次管棚预注浆时, 按上述步骤施工, 不再施工止浆墙, 在工作面迎头直接喷射混凝土即可, 直至巷道施工完该区段为止。

4 施工主要参数与设备

4.1 钻孔及布置

超前预注孔布置间距400 mm, 孔深第一循环10m, 其后根据情况确定。注浆孔管径为Φ114 mm, 管口水泥封孔长500 mm, 每米花管12个花孔。

4.2 注浆方式

注浆顺序:实施先两帮再顶板的注浆顺序, 双液水泥浆一次性纯压注浆。

4.3 注浆材料及主要性能

选用水泥双液注浆, 根据岩层的渗水原因选用注浆材料, 在岩层孔隙较小的情况下选用化学材料, 岩层存在大裂隙及空隙时选用水泥浆液。

4.4 注浆压力

注浆压力是推动浆液在含水层裂隙及溶洞内运动、扩散、充塞压实的动力。是注浆参数中最重要的参数之一, 亦可人为控制, 从而达到预期效果。一般来讲, 注浆压力可人为控制, 注浆压力应由低向高逐渐过渡, 在注浆刚开始的前几个孔, 注浆压力要控制低一些, 一次注浆达不到终压而注入量较大时, 可在低压下结束注浆, 而后复注, 直到本孔段达到终压, 后注孔, 因岩层的大中裂隙已被充塞, 初期压力就较高, 因此注浆初压常要提高到2 MPa, 以保证注浆效果。注浆压力的主要影响因素是岩层裂隙大小, 浆液的浓度和注浆量。裂隙大小不易控制, 所以通过掌握浆液的浓度的变化及调节泵量的大小来控制压力的变化[2]。

4.5 浆液注入量计算

在施工过程中, 注入的浆液在地层裂隙内形成一个基本的封闭的注浆帷幕, 消除含水层段渗水。注入量采用下列公式计算:

式 (1) 中, a为浆液损失系数, 取1.2~1.5;n为岩石裂隙率, 取1%~3%;b为浆液充填系数, 取0.9;m为浆液结实率, %;v为需充填注浆体积, m3。

正常情况, 浆液扩散半径为2 m, 由于实际地质岩性黄土较多, 故扩散半径范围应在500 mm以内。

4.6 注浆结束的标准

a) 一般认为实际浆液注入量大于或接近设计计算的注入量;b) 注浆压力呈规律性增加, 并达到注浆设计终注, 经改变浆液的种类配比后仍不能注入浆液, 即停止该孔注入;c) 达到注浆终注时的最小吸浆为:10 L/min~20 L/min;d) 水泥浆液维持注浆终注和最小吸浆量的时间为30 min~45 min停止注浆[3]。

4.7 注浆钻机及注浆设备

HGY-200型钻机1台、BW-160泥浆泵1台、1 m3搅拌机1台、ZBY3/16-22煤矿用液压注浆泵1台。

4.8 注浆工艺流程

a) 按水泥、水玻璃材料进行配比, 通过吸浆管将浆液吸入注浆泵, 经出浆高压管混合注入钻孔;b) 管路耐压试验, 当注浆整套系统完毕后, 开泵打清水, 逐渐加压到压力表升到0.5 MPa, 并维持10 min~15min不泄压为合格;c) 含水层压水试验, 管路耐压合格后, 将回浆管闸阀打开, 对含水层做压水试验。据压水试验资料中, 单位钻孔吸水量确定浆液起始浓度和各种系数。并绘制P-Q曲线图分析;压水试验结束并符合要求后, 立即注浆。注浆时一般先注入少量稀浆后逐级加浓;d) 注浆作业, 根据水泵的压水流量, 决定注浆孔的起始浓度及凝结时间。按注浆材料的配制方法配制所需的浆液, 然后开始注浆, 当浆液注入渗水裂隙后, 注浆人员要根据注浆压力表的变化及注浆量的变化, 对各项注浆参数进行控制和调整;e) 打钻、注浆记录的整理, 主要记录浆液的消耗量、注浆时间等数据;f) 巷道清理, 工作面注浆结束后, 冲洗孔留下的残留物等。

5 结语

通过对兰花百盛煤业公司矿井主斜井井筒横穿河床的流砂层段进行管棚注浆超前支护, 在含水地层可形成一个不透水的注浆帷幕, 消除井壁淋水, 同时, 可形成一个牢固的支撑环, 有效阻止软弱围岩的坍塌, 提高矿井安全生产的可靠性。

参考文献

[1]黄德发.地层注浆堵水与加固施工技术[M].北京:中国矿业大学出版社, 2003.

[2]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2006.

[3]邵敬民, 丁峰, 朱磊.锚注技术在平煤十矿井壁裂隙渗水治理中的应用[J].能源技术与管理, 2012 (4) :55-56.

隧道穿越流砂层坍塌施工技术 篇2

渝怀铁路白马2号隧道位于重庆市武隆县境内,全长3 603 m,是渝怀线重点隧道之一。施工里程为DK176+270～DK179+873。隧道地处侵蚀、溶蚀性低中山地貌,相对高差大于500 m,隧道围岩以页岩(S1Lr)及石灰岩(P2c,P2w,P1m)为主,有少量灰岩夹泥岩(P1q+L)。隧道地质复杂,有Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩,有溶洞、溶槽、溶洞涌水,泥层,煤层瓦斯,膨胀岩及流砂等不良地质现象。页岩地段地下水不发育,灰岩地段隧道处于岩溶水垂直变动带中,雨季地下水丰富,P2w,P1q+L地层内地下水具有硫酸盐侵蚀。

白马2号隧道DK177+984～DK178+035段埋深110 m,地表横坡38°,左高右低,紧傍乌江。地表部分为坡残积层的黏土层,土质松散。地表以下为松散的砂层,隧道位于砂层中,从塌腔体中向上观察,10多米的空洞上部围岩无变化,钻探隧底,砂层深10 m～20 m,下为石灰岩(隧道断面位置见图1)。

DK177+984～DK178+035段原设计为Ⅱ级围岩,岩质为石灰岩。实际开挖后,整个洞身均为中粗砂,开挖时砂粒之间有轻微胶结。设计变更为Ⅴ级围岩,施工支护设拱墙格栅钢架,间距0.6 m,挂网喷混凝土厚10 cm,超前42小导管20根,长3 m/根,纵向间距2 m/环。2002年5月14日,白马2号隧道进口上导坑施工至DK177+012,下导坑开挖至DK177+003时,DK177+984～DK177+002段在无任何预兆的情况下,突然发生大坍塌,坍塌物为流砂,抢塌方用装载机装运时,砂子不断从拱部坍塌腔中流出,无法施工,必须进一步采取有效的支护措施。

2 塌方原因分析

1)隧道埋深大,土体松散,围岩侧压力及重力极大,这是造成此次坍塌的主要原因之一。2)流砂是造成此次坍塌的另一主要原因。3)据现场施工人员反映,坍塌先从DK177+002左侧起拱线发生,山体又是左高右低,说明山体有偏压。4)主观因素。隧道开挖时,砂层之间有轻微的胶结现象,在1 m范围内,可人工用锹开挖而不会立即坍塌,这给人们造成了一种错觉,认为围岩较好。变更设计时未引起重视,支护设计未达到应有的强度。

3 塌方施工方案的确定

3.1 压浆参数的确定

找一与坍塌体同围岩的土体进行砂层小导管压浆效果试验,取4根3.5 m长42小导管,管身上钻8注浆孔,间距30 cm,梅花形钻孔,每根管钻孔20个,水泥浆配合比为水∶水泥=1∶0.8,将压浆管打入砂层中进行压浆试验,压浆压力控制在2.5 MPa以内。压浆完成后,将4根试验压浆管挖出观察(试压数据见表1)。

根据试验数据发现,在砂土中压水泥浆很难达到理想状态。浆液往往是从个别压浆孔压出,将土体挤裂后从裂缝中向外延展,而其他绝大部分压浆孔则被砂土堵死。但虽如此,从压浆管中涌出的水泥浆凝结成块后,一方面将松散的砂挤压密实;另一方面又在砂层中形成刺状,将小导管锚在砂层中,起到锚杆的作用,根据试验结果,考虑浆液在砂层中的实际扩散情况以及施工中会出现互相串浆情况,应将注浆小导管加密以达到较为理想的效果。决定超前注浆小导管长3.5 m/根,间距30 cm,外插角5°～10°,径向注浆小导管长3.0 m/根,环向间距80 cm,纵向间距60 cm,压浆压力控制在2.5 MPa以内。

3.2 塌方段施工方案

流砂层塌方段施工方案示意图见图2。

4 塌方段施工

流砂坍塌段开挖设拱墙超前注浆小导管,开挖采用短台阶双侧壁导坑法开挖。施工支护格栅钢架间距0.6 m,网喷混凝土厚15 cm。上导坑开挖顺序为先开挖左、右侧壁导坑,支护后再开挖中心核心土并及时支护,支护完毕后及时打设径向注浆小导管。上导坑左右侧支护完毕后起拱线处设Ⅰ18临时仰拱,仰拱间距60 cm。因下导坑高度较大,开挖施工困难,为防止开挖中流砂涌出或坍塌,甚至出现支护下沉及掉拱现象,下导坑开挖分成两个台阶,开挖后及时支护,并及时打设径向注浆小导管。下导坑左右侧导坑错开的距离控制在2 m～3 m之间,过长则机械无法施工。

5 监控量测

开挖支护后,监控量测紧跟,一旦变形速度加快,将及时采取措施。每2 m设一个量测断面,布设测点进行位移量测,其代表断面量测数值详见表2,表3。

mm

mm

从DK177+986断面拱部支护量测的结果可以看出,施工支护在格栅钢架及喷混凝土支护完成后,支护的下沉及左右收敛值很大,在施作了径向注浆小导管及护拱后得到有效控制,为此,在以后的施工中,为保证安全,都做到了径向注浆小导管与开挖支护紧跟,起到了良好的效果,支护的变形位移得到了有效控制。

6 结语

1)白马2号隧道DK177+984～DK178+002段流砂层坍塌处理共历时42 d,通过对支护布点监控量测,从控制围岩变形位移的实际效果来看是相当成功的,保证了施工安全及施工的顺利进行。

2)围岩侧压力的判定是很困难的,目前国内外尚还没有一套准确完整的理论方法,这就要求在施工中要根据围岩实际情况,合理确定支护、衬砌方案,才能避免塌坍等安全事故的发生,将损失控制在最低程度。

3)施工中,尤其在Ⅳ级,Ⅴ级,Ⅵ级围岩施工中,为保证安全,传统的方法往往是采用先拱后墙,衬砌紧跟开挖的施工方法,衬砌质量存在着拱圈下沉、开裂、工作缝多、漏水严重等相当多的隐患,近年已逐渐被先墙后拱及全断面衬砌取代,但采用先墙后拱及全断面衬砌施工方法,衬砌不能与开挖紧跟,存在安全隐患,这要求施工支护也应随之加强,从而增加了投资,这是安全与投资之间的矛盾。

参考文献

过流砂层 篇3

1 施工难度分析

(1) 单孔水量大。

该砂层在天然状态下较松散, 含饱和水有随水流动的特性, 形成流砂层为含水流砂层, 单孔水量均大于150 m3/h。

(2) 水压大。

该井静水位在井深74.5 m处静水压力为1.5～1.8 MPa, 施工中不易控制放砂量, 极易淹井。

(3) 施工位置距含水流砂层较远。

由于止浆垫是为下部先探后掘构筑的, 利用该止浆垫进行工作面置换注浆, 放砂距离太远, 造成钻进 (复钻) 工作量大, 时间长, 注浆和放砂量都不易控制。

(4) 注浆压力。

由于距含水流砂层较远和放砂量难以控制, 注浆压力是保证注入量的重要因素, 但止浆垫大 (Ø8.2 m) , 在单孔注浆时会将压力作用在局部, 导致压力传递不均匀, 使止浆垫局部受力, 造成止浆垫移位。

2 注浆方案

(1) 利用现止浆垫及布孔, 采用“定量放砂、定量注浆”方式, 对该含水流砂层进行加固、控制水量。

(2) 当钻注到含水流砂层底部、水量得到控制后, 拆除止浆垫并掘进至该含水层上预留的岩帽, 重新浇筑止浆垫, 进行置换注浆。

设置在地面的注浆站尽可能靠近井口, 注浆站设置WDH-60/18或D2D2-18.5-60/60双液注浆泵, 注浆时另安设2趟输浆管路 (Ø25 mm铁管) , 浆液在注浆站搅拌匀后, 经注浆泵加压, 通过2趟高压输浆管路送至工作面, 经混合室送至注孔内。

3 设备选型

(1) 钻机:

TXB-150, TK-5型钻机各1台 (配套钻具) ;HB-1型手持钻机3台。

(2) 注浆泵:

WDH-60/18 双液压注泵1台;D2D2-185.5-60/60型1台。

(3) 搅拌机:

350型1台。

4 注浆参数

(1) 布孔参数。

孔口管距净井壁0.3 m;开孔间距 (弧长) 为1.3 m, 单孔钻进深31.5 m;终孔距井壁2.45 m, 终孔间距 (弧长) 为2.33 m。钻进前孔口管必须安装防突水装置, 选用TXU-150钻机, 配Ø75 mm金刚石钻头, 无心钻进。钻注孔施工时, 采用分组、单孔钻注进行钻注施工。16个钻孔分4组, 每组4个, 无心钻进。当单孔涌水量大于10 m3/h或涌砂大于5 m3时, 应立即停止钻进, 洗孔5～10 min后, 钻孔进行压水试验, 确定注浆参数后注浆。

(2) 浆液配比及注浆压力、终量。

工作面预注浆以单液为主、双液为辅, 遵循“单液稀浆—单液稠浆—单液稀浆—双液浆”的原则。W∶C (水灰比) 取1.0∶0.5～1.0∶1.5;C∶S (体积比) 取1.0∶0.4～1.0∶0.6。水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥。水玻璃取模数2.4～2.6、45°Bé和模数2.8以上、38°Bé。确定注浆压力的条件, 主要依据注浆段的深度和所注岩层裂隙发育程度, 工作面预注浆经验值为净水压力的2～3倍。该井静水位埋深74.5 m, 注浆孔口管测定净水压力1.5 MPa, 此次注浆设计终压控制在4～5 MPa, 不大于5.5 MPa。在现场经过压水试验后可相应调整。注浆终量不大于10 L/min, 持续时间不少于15 min。

(3) 注入量。

浆液注入量 Q=NλπR2Hηβ/m=185.687 04 m3, 约合150 t混凝土。其中:N为布孔个数, 取16;λ为注液损失系数, 取1.5;H为含水层累深, 8.8 m;R为浆液有效扩散半径, 2.0 m;η为平均裂隙率, 7%;β为有效填充系数, 取0.8;m为结石率, 取0.8。

5 止浆垫的设计与施工

当第1阶段结束后, 向下掘砌3.5 m停止, 为给下部置换注浆提供止浆条件, 保证注浆压力, 需要重新浇筑止浆垫、预埋注浆口管及探注孔口管。静水位井深74.5 m, 根据经验公式计算止浆垫的厚度B=1.946 m, 取2.0 m。

预埋钻注孔口管为Ø50 mm×2.0 m铁管 (一头丝扣) , 探注孔口管规格Ø108 mm×2.5 m, 6根 (末端带法兰) , 顶角5～8°。

为了使浆液尽可能在壁后形成一道有效的、坚固的帷幕防护体, 在浇筑止浆垫的同时预埋孔口管, 布孔尽可能靠近井壁 (施工中可根据止浆垫的浇筑, 结合混凝土井壁等情况, 调整孔距、钻孔顶角等) , 钻孔顶角12～20°, 孔底位置落在井径外1.5～2.0 m范围。布孔分2圈, 分别距井壁250, 350 mm, 每圈均匀布孔分别为41, 40个, 孔间距分别为498, 495 mm, 交叉布孔呈现一同心圆台状。

6 注浆工艺

止浆垫达到等凝期 (7 d) 、孔口管加固后, 对下部含水砂层采用置换注浆方式进行施工。

Ø50 mm钻孔采用HB-1 手持钻机钻进, 在承压含水流砂中, 采用单孔钻注方法, 分组进行。每3个Ø50 mm钻孔为1组, 逐个按组钻注施工钻孔。当钻孔钻到流砂层或少许进入流砂层时, 提出钻具, 让一定数量的流砂从该钻孔中喷出来后, 每组3个孔均有涌水、涌砂时, 中间钻注孔作为受注孔, 接上注浆管注第1次水泥浆, 注浆量不少于钻孔排砂量, 若旁边孔窜浆应关闭钻孔孔口管阀门, 受注孔待水泥浆液凝固后或打开阀门不返浆时, 继续向下钻进, 穿过水泥结石体, 钻入流砂层内, 进行下一循环 (组) 同样步骤的钻注施工。依此方法逐段、分组向下置换流砂, 直到该钻孔不再出水、砂为止。

安设预埋钻注孔口管, 对下部含水砂层钻注施工, 当少许钻进至砂层时, 孔内承压状态的水携砂涌出;在含水流砂层非承压的情况下, 采用双孔或多孔钻注方法, 有控制地将含水砂层中松软、遇水流动的砂粒排出砂层。在一定的悬浮时间空间中, 尽快加压充填注入配置好的浆液, 往复钻进、放砂、注浆, 逐渐形成人工建造的水泥防水帷幕, 井筒开挖时即能防止水、砂的侵入。

每一个钻孔需要往复进行多次注浆, 每次转换结石厚度在5～10 mm, 所以在施钻时, 当钻头接触砂层或少许进入砂层内, 层内在承压状态下 (层内水压小, 可压水进行) , 水携带砂砾顺钻孔而出, 这时应提出钻具, 让其砂层出1～2 m3后, 及时进行注浆, 注浆量不少于钻孔排砂量, 达到设计注浆压力或达到其注入量关闭阀门, 顺时针方向跳孔 (间隔5～6孔) 进行下一孔钻注。第1次钻注结束的孔等凝固12～16 h, 或打开阀门不返浆方可进行第2次钻注, 对该注浆孔和另一个或另几个排砂孔继续向下钻进, 穿过水泥结石体钻入流砂层, 进行下一循环同样步骤的钻注施工, 依此方法逐段向下置换流砂, 直至注浆钻孔延深到设计深度或砂层底板, 该孔不再从内出水、砂, 作为初步结束标准, 已结束的孔应以空孔出现。凡注浆孔内有水、砂者必须扫孔复注, 直到全部注浆孔呈干孔或水量小于2 m3/h, 方可结束本流砂层的置换注浆工作。

7 技术标准或措施

(1) 所有的钻孔, 终孔经施工钻注至下部黏土层1.0 m。

(2) 注浆帷幕厚3.0 m以上。

(3) 终孔、单孔涌水量小于0.5 m3/h, 单孔的注浆压力不小于3.0 MPa。

(4) 所有的注浆孔终孔前, 均埋设有1根Ø25 mm×6 m的钢筋, 用来增大帷幕的强度。

(5) 待全部注浆孔呈现为干孔后, 按顺时针方向逐孔进行压水试验, 其压力值一般等于或稍大于该段静水压力。若此孔不漏水或邻近孔无窜水现象即为合格, 否则需要补注。

8 效果检验

(1) 经过多次的复钻, 单孔水量极少, 涌砂由多变无, 对注浆段底部进行取心, 取心率为85%, 心内有大量的浆液结石并且无水。

探钻按不同孔深到井筒净井径以外2.1 m处, 单孔涌水量0.1 m3/h, 孔内有水泥浆结石体, 分析在砂层、距净井壁2.1 m范围内已经形成结石体帷幕, 可以进行正常的开挖。这次置换注浆的效果明显, 井筒施工安全穿过流砂层。

(2) 置换注浆技术过流砂层与通用的冷冻法相比, 工期缩短2.5个月, 费用降低1 750万元, 经济效益显著, 可供类似条件过流砂层工程借鉴。

摘要：流砂层注浆在国内外建井施工中一直是难题。鹤煤公司三矿的新副井井筒深, 施工中所遇流砂层埋藏深, 流砂层厚且厚度不明确、水压大且上距止浆垫远, 这些因素的存在造成施工困难。介绍了鹤壁三矿新进风井采用置换注浆技术安全通过强流砂层的施工方法。采用合理的置换注浆方案、注浆参数, 以及优化的止浆垫设计, 取得了良好效果。该置换注浆技术切实可行, 在流砂层中形成帷幕保护体, 堵水率达98%, 使井筒安全通过流砂层。

过流砂层 篇4

关键词：人工挖孔桩,钢筋混凝土护壁,预制混凝土井圈护壁

1 工程概况

神朔铁路分公司办公楼，位于神朔铁路体育广场，西侧、北侧及东侧紧邻既有道路，场地较为紧张。本工程总建筑面积为16 446.96 m2，主楼地下1层，地上12层，框架结构体系。场地东西长58 m，南北宽74 m，基坑开挖深度约为4.6 m。地面高程约为995 m，相对标高±0.000，相对绝对高程为997.7 m。

本工程人工挖孔扩底灌注桩共计98根，按桩径可分为四种类型，分别为1 000 mm,1 200 mm,1 300 mm和1 500 mm。桩长约9 m，桩端进入持力层为微风化岩层不小于1 m，扩底宽度最大为250 mm，扩底高度最大为750 mm。人工挖孔桩桩芯混凝土为C30，约1 000 m3;护壁方式为钢筋混凝土护壁，护壁混凝土为C20，约500 m3。钢材约60 t。本工程所用混凝土均采用现场搅拌形式。

2 施工方法

根据现场地层土质情况，为确保挖土时人员的安全，防止孔壁坍塌，采用现浇钢筋混凝土护壁措施，混凝土等级C20，护壁平均厚度100 mm，配Φ8钢筋网@200，插入下层护壁大于50 mm，使上下主筋有拉结，防止护壁因自重而断裂。

护壁模板采用组合式钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用，模板用U形卡连接，几块模板组成的钢圈顶紧。复合护壁模板直径、中心点位置大于20 mm，正交直径的差异不大于50 mm。

桩孔开挖后，应尽快浇筑护壁混凝土，宜当天挖完当天一次性灌注完毕。振捣混凝土不宜用振捣棒，使用手锤敲击模板和用棍棒反复插捣来捣实混凝土。护壁模板一般可在24 h后拆除。

3 问题的提出

由于拟建场地位于常年流水的下石拉沟南侧，且地勘报告显示地层自上而下为(1)砾砂层，4.2 m～5.1 m;(2)粉细砂，2.4 m～4.1 m;(3)圆砾，1.2 m～1.8 m;(4)强风化岩层，0.5 m～1 m，微风化岩层未穿透。在6 m以下地下水丰富，遇粉细砂层极易形成流砂和井漏现象，在一定水压力作用下，一经扰动则发生似液化流砂状，使人工挖孔桩难于成孔。因此，流砂层的挖孔桩是挖孔桩施工控制的重难点，通过流砂层挖孔桩护壁的成败是决定挖成孔桩成败的关键所在。

根据该区域地质报告和试桩情况综合研究分析，98根人工挖孔桩位于流砂层厚度大于3 m的地质复杂地段，拟建场地紧邻下石拉沟，地下水极为丰富。采用原设计现浇钢筋混凝土护壁，通过试成孔，进度相当缓慢或根本无法成孔。

4 确定新方法

由于采用原设计现浇钢筋混凝土护壁进度相当缓慢或根本无法成孔，考虑在场地四周施打止水帷幕后降低地下水水位，但因场地狭小，场地西侧均为片石回填层，止水帷幕根本无法施工。只能采用沉放预制混凝土井圈的成孔护壁方案，才能成功的穿过流砂层。

5 施工要点

1)孔口施工:沉放井管均采用起吊设备，为防止孔口被井管碰坏，孔口1 m护壁须采用现浇钢筋混凝土护壁方案，但须注意开孔直径，为保证设计孔径的大小尺寸，考虑到井圈的壁厚(150 mm)，开孔直径一般比设计直径大350 mm左右进行锁口。

2)混凝土井圈的沉放:根据现场的实际情况和井圈的市场调查，孔口护壁后下挖约6 m方可遇到含有地下水的粉细砂层，由于第一层为砂砾层，自立性较好，要求操作工人在孔口下6 m可以一气呵成，可选用每节高度为2 m的预制混凝土井圈，3节一次吊放入桩孔内。但须注意，控制6 m孔底须平整，以待沉管放入后不发生倾斜;吊放沉管要特别小心，不能碰撞已施工好的孔口混凝土护壁;孔径要均匀，垂直度要特别控制，这是能否保证混凝土井圈在桩孔内不倾斜的关键。

3)流砂层的施工:挖孔进入流砂层后，使用铁锹、锄头便可开挖，一般0.3 m～0.5 m为一个施工段，孔内挖土采用分段开挖方式，每下挖一个施工段要用线锤校正桩孔中心以检查其垂直度。

4)沉放井圈保证措施:为保证预制混凝土井圈沉放顺利，开孔直径一般比井圈外径大50 mm，在地下水位以上桩孔内侧与预制混凝土井圈外侧就会形成一定宽度的缝隙，会影响桩侧摩阻力和单桩承载力的发挥。为保证施工质量和节约成本，经合理安排，地下水位以上预制混凝土井圈可以待桩孔开挖至设计桩底标高后用吊装设备拔出，但需注意不能损坏桩孔，并检查地下水位以上孔壁的情况。拔出的预制混凝土井圈还可用于相同桩径的其他桩孔。

6 安全技术措施

1)建立交接班制，交清施工中存在的问题，提出下一班应注意的事项，并做好记录。

2)经常检查取出土渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具，孔顶出土机具设专人管理，并设置高出地面20 cm～30 cm的围挡。孔口严禁堆积土渣及工具。作业人员的出入，设常备的梯子。夜间作业悬挂指示警红灯，挖孔作业暂停时，孔口设置罩盖及标志。

3)孔内照明，采用煤用矿灯，或36 V以下电压灯泡并用防水和保护灯罩，起吊设备安设限位器、防脱钩器等装置。

4)孔内挖土人员的头顶部位设置护盖。取土吊斗升降时，要求挖土人员在护盖下面工作，相邻两孔中，一孔进行混凝土浇筑作业时，另一孔的挖孔人员必须停止作业，撤出井孔。

5)人工挖孔超过10 m深时，采用机械通风，并有足够保证安全的支护设施及常备的安全梯道。

6)对第一圈护壁进行验收，护壁要做好沿口圈，严控宽度要大于护壁外径300 mm，口沿处要高出地面100 mm以上且应满足强度要求。

7)挖出的土方随挖随运，暂时不能运走的，应堆放在孔口1 m以外处，且堆土高度不得超过1 m。

8)孔内有作业人员时，3 m以内严禁机动车辆行驶或停放。

9)建立呼应制度，孔上、下人随呼随应，以防下面人发生意外。孔上监护人员应随时注意孔壁变化及孔底施工情况，发现异常时，应立即协助孔内人员撤离，并向有关人员汇报发现的真实情况。

7 结语

流砂层人工挖孔桩采用了切实可行的施工技术及安全技术措施，克服了诸多的困难，安全优质地完成了施工任务，经检测中心对本工程98根桩基采用小应变检测，桩身完整性Ⅰ类良好桩占97.2%，Ⅱ类合格桩占2.8%，成功的经验可供类似工程借鉴。

参考文献

过流砂层 篇5

隧洞的开挖, 往往会使围岩的性状发生明显的变化, 而地下水是影响围岩稳定性和隧洞施工安全的重要因素。特别是在流砂层地质条件下, 由于砂层含水量较大, 且隧洞开挖时围岩侧压力及重力较大, 影响围岩的完整性和强度, 地下岩溶、导水构造等往往是地下水富集的场所, 一旦在洞室中出露, 就会形成一定规模的涌水、涌砂或者是碎屑流涌入洞室中甚至塌方, 给隧洞的施工造成很大的困难。如何采取必要的施工处理措施与预防措施是水利施工人员不断探讨的课题。

2 工程概况

湖南某水库输水隧洞长2000m, 采用钻爆法作业的施工工艺, 开挖为马蹄形断面, 成洞半径3m、高6.0m。

洞线浅部岩体含砂层较厚, 透水性与富水性强, 深部岩石裂隙水具有水头压力高、补给丰富等特点, 见图1, 浅埋洞段的突水、突砂、淹洞及深埋洞段的高压水, 成为制约隧洞工期和安全施工的关键。

3 隧洞流砂层施工处理措施

3.1 隧洞流砂层坍塌事故的现象

本隧洞工程地表部分为坡残积层的黏土层, 土质松散。地表以下为松散的砂层即流砂层, 隧洞位于砂层中, 从塌腔体中向上观察, 10多米的空洞上部围岩无变化, 钻探隧底, 砂层深10～20m, 下为石灰岩。

输水隧洞某段原设计为Ⅱ级围岩, 岩质为石灰岩。实际开挖后, 整个洞身均为中粗砂, 开挖时砂粒之间有轻微胶结。设计变更为Ⅴ级围岩, 施工支护设拱墙格栅钢架, 间距0.6m, 挂网喷混凝土厚10cm, 超前42小导管20根, 长3m/根, 纵向间距2m/环。

2006年7月隧洞进口上导坑施工至D177m时, 突然发生小面积坍塌, 坍塌物为流砂, 抢塌方用装载机装运时, 砂子不断从拱部坍塌腔中流出, 无法施工, 必须进一步采取有效的支护措施。

3.2 隧洞塌方原因分析

⑴流砂层是造成此次坍塌的主要原因。

⑵隧洞埋深大, 土体松散, 围岩侧压力及重力极大, 这是造成此次坍塌的主要原因之一。

⑶据现场施工人员反映, 坍塌先从D177m左侧起拱线发生, 山体又是左高右低, 说明山体有偏压。

⑷主观因素。隧洞开挖时, 砂层之间有轻微的胶结现象, 在1m范围内, 可人工用锹开挖而不会立即坍塌, 这给施工人员造成了一种错觉, 认为围岩较好。变更设计时未引起重视, 支护设计未达到应有的强度。

3.3 流砂层压浆施工参数的确定

找一与坍塌体同围岩的土体进行砂层小层管压浆效果试验, 取4根3.5m长42小导管, 管身上钻8注浆孔, 间距30cm, 梅花形钻孔, 每根管钻孔20个, 水泥浆配合比为水:水泥=1:0.8, 将压浆管打入砂层中进行压浆试验, 压浆压力控制在2.5MPa以内。压浆完成后, 将4根试验压浆管挖出观察 (试压数据见表1) 。

根据试验数据发现, 在砂土中压水泥浆很难达到理想状态。浆液往往是从个别压浆孔压出, 将土体挤裂后从裂缝中向外延展, 而其他绝大部压浆孔则被砂土堵死。但虽如此, 从压浆管中涌出的水泥浆凝结成块后, 一方面将松散的砂挤压密实;另一方面又在砂层中形成刺状, 将小导管锚在砂层中, 起到锚杆的作用, 根据试验结果, 考虑浆液在砂层中的实际扩散情况以及施工中会出现互相串浆情况, 应将注浆小导管加密以达到较为理想的效果。决定超前注浆小导管长3.5m/根, 间距30cm, 外插角5°～10°, 径向注浆小导管长3.0m/根, 环向间距80cm, 纵向间距60cm, 压浆压力控制在2.5MPa以内。

3.4 塌方段流砂层施工处理措施

流砂坍塌段开挖设拱墙超前注浆小导管, 开挖采用短台阶双侧壁导坑法开挖。施工支护格栅钢架间距0.6m, 网喷混凝土厚15cm。上导坑开挖顺序为先开挖左、右侧壁导坑, 支护后再开挖中心核心土并及时支护, 支护完毕后及时打设径向注浆小导管。上导坑左右侧支护完毕后起拱线处设Ⅰ18临时仰拱, 仰拱间距60cm。因下导管坑高度较大, 开挖施工困难, 为防止开挖中流砂涌出或坍塌, 甚至出现支护下沉及掉拱现象, 下导坑开挖分成两个台阶, 开挖后及时支护, 并及时打设径向注浆小导管。下导坑左右侧导坑错开的距离控制在2m～3m之间, 过长则机械无法施工。

3.5 施工监控量测

开挖支护后, 监控量测紧跟, 一旦变形速度加快, 将及时采取措施。每2m设一个量测断面, 布设测点进行位移量测, 其代表断面量测数值详见表2、表3。

mm

mm

从D185断面拱部支护量测的结果可以看出, 施工支护在格栅钢架及喷混凝土支护完成后, 支护的下沉及左右收敛值很大, 在施作了径向注浆小导管及护拱后得到有效控制, 为此, 在以后的施工中, 为保证安全, 都做到了径向注浆小导管与开挖支护紧跟, 起到了良好的效果, 隧洞流砂层支护结构的变形位移得到了有效控制。

4 隧洞渗水及突发涌水的防治

本隧洞施工时发生多次较大的渗水、涌水、涌砂现象, 现将施工过程中的防治进行总结介绍。

4.1 点、面、线流渗水的防治

对超前钻孔探明的点、面、线流渗水, 采用短进尺、弱爆破, 开挖后根据围岩渗漏情况, 采用以下方法处理。

⑴对点状滴水主要采取堵漏剂逐点表面封堵处理。

⑵对点状线流采取表面封堵为主, 埋引水管排水、42.5级普通硅酸盐水泥灌浆处理为辅的原则处理。

⑶对局部面流的部位, 采用T-27气腿钻造孔, 用钢花管插入孔内, 插入后外露长度低于喷混凝土层表面5cm, 钢管与孔口的空隙用棉纱封紧, 用1:1加速凝剂的水泥砂浆堵在面纱外部, 用PVC管或钢管连接, 将水集中引出。喷射混凝土对孔口周围表面进行封堵, 喷射混凝土中掺加XPM防水剂, 然后对引水管进行灌浆处理。

⑷对大面积淋水部位, 在集中漏水部位周围布设灌浆孔, 灌浆孔排距2m, 孔径为φ56, 孔深为3.5m, 梅花形布置, 孔内安装φ42花管进行灌浆处理, 对拱顶要在顶拱180°范围内, 分I、Ⅱ序孔施灌, 由四周向中间, 由下方向上的原则进行灌浆。

4.2 涌水、突水的防治措施

出现突水、涌水的现象时, 一定要进行超前预注浆加固岩体。对掌子面围岩按开挖1倍的洞径, 进行全断面、全封闭的超前预注浆, 把前方的大压力、大流量的地下水阻挡在封闭范围外, 同时加固易塌方的围岩。灌浆材料采用特种水泥, 根据前方水量选用两种灌浆材料:一种为防渗帷幕型, 一种为含水细砂型注浆材料。一般情况浆材采用含水细砂型, 但在钻孔过程中如遇有大的涌水、溶蚀洞穴等采用防渗帷幕型注浆材料及两者的联合使用, 具体的做法如下。

为达到设计灌浆压力, 起到阻浆和有效承压作用, 在超前预注浆前先浇注2m厚, C25混凝土止浆墙封闭掌子面, 在止浆墙上预埋设超前管棚及灌浆孔口管, 首根管棚于设计开挖线外插4°角, 止浆墙前扩挖隧洞断面为洞轴两侧各0.5m, 长度6m的注浆管棚工作室, 管棚为φ108, 长27m, 开挖22m, 剩余留作下一段灌浆的止浆墙。超前管棚布设在隧洞开挖边线外, 既是灌浆管, 也是开挖后岩体的强支护。

造孔与设计孔位偏差不大于10cm, 因此在钻孔中应及时纠正偏斜。孔口要埋设孔口封闭器, 以防止突发涌水, 孔口管长度通常要5m。采用超大钻头 (直径130mm) 先造一深5m的孔, 然后插入φ91的钢管。孔口灌口500mm采用缠麻和药卷锚固固定, 待凝3h后采用低压灌浆固定, 压力不大于0.5MPa。对钻孔过程中出现的涌水、涌砂, 根据涌水量、涌水压力和静水压力确定注浆压力和调凝时间。

灌浆采用大压力、大排浆量的GZB—ys型高压注浆泵, 最大排浆量200L/mm, 最大压力12MPa。根据不同注浆材料的特点, 选用两种不同型号的制浆机, 一种为搅拌转速为1440r/min的高速搅拌机, 一种是转速为33r/min的低速搅拌机。前者用于防渗帷幕型材料, 水灰比为0.4～0.6, 浆液搅拌时间3min以上;后者用于含水细砂型材料, 水灰比为0.8～1.2, 浆液搅拌时间2～3min, 并不得低于或超过搅拌时间。

超前预注浆采用自外向内、从下向上的顺序依次进行, 一次钻孔到设计孔深, 灌浆方式采用孔口封闭, 孔内循环, 全孔单液灌注, 孔内下直径10cm (4英寸) 钢管作为射浆管, 射浆管与孔口封闭器采用丝扣连接, 射浆管之间采用管箍连接。一般情况浆材采用含水细砂型, 但在钻孔过程中遇有大的涌水、溶蚀洞穴、塌孔或掉块难以钻进时, 就立即停钻采用防渗帷幕型注浆材料先进行处理, 灌浆压力大于4MPa, 灌浆结束3h后继续钻进, 直至设计孔深为止。钻孔形成后采用含水细砂型灌浆材料一次灌注, 灌浆压力亦为大于4MPa, 当灌浆压力大于4MPa, 灌注量小于5L/min, 可再持续灌注30min结束;如注浆压力持续长时间达不到设计压力, 注浆压力比初始压力高1.0MPa时, 持续灌浆15～30min可结束灌浆。

φ108超前管棚既作为灌浆管, 又是开挖后岩体的强支护, 其壁厚6mm, 钢管问净距330mm, 每节钢管长4～6m。接头采用厚壁管箍 (管箍长300mm、外径114mm、壁厚6mm) 丝扣长度不小于150mm, 接头错开布置。钢管前端加工成锥形以便安装, 并防止注浆的浆液前冲。管壁每隔10～20cm钻设溢浆孔 (梅花形布置) , 孔眼直径6～8mm, 尾部2.0m范围内不钻孔, 以防止漏浆。纵向两组管棚的搭接长度不小于2m。管棚钢管洞内侧即为开挖边线。灌浆初始压力控制1.0～1.5MPa, 终止压力为2.5MPa。浆液浓度0.5:1, 灌浆结束标准:当注入率不大于1.0L/min, 持续灌浆10min。封孔方式采用压力灌浆封孔法。

在灌浆形成包裹隧洞的混凝土不透水壳与管棚支护的作用下, 采用短进尺开挖, 及时架设H160钢拱架, 并进行锚喷支护。上述办法有效地防治了隧洞的突发涌水问题, 确保隧洞的安全施工。

5 结语

本输水隧洞施工实践证明, 地下工程的任何地质灾害都是有前兆标志的, 只要增强施工人员的防范意识, 尽早判断预测, 就可以减少事故的发生, 此外在流砂层进行隧洞施工时, 应采取必要的预防处治措施, 避免塌方或涌砂、涌水现象的发生。

参考文献

[1]水利部水工程技术咨询中心.水工建筑物水泥灌浆规范 (SL62-94) [S].北京:中国水利水电出版社, 1994

过流砂层 篇6

关键词：流砂层,钻孔灌注桩,施工技术

1 工程概况

汜河桥上部结构为16m装配式预应力砼空心板，桥面连续，下部结构采用柱式桥墩，排架式桥台，钻孔灌注桩基础。桩径1.4m，桩长34m。地质情况：地表为低液限粘土层，原地面8.4m以下有6m的松散粉细砂土层，其下为卵石、亚粘土层。

2 施工方案的选择

2.1 沉井法

预制钢筋混凝土沉井，然后就位，在井孔内吸泥砂挖孔，使沉井下沉。该方法施工工艺繁琐，垂直度难以控制，且施工费用高。

2.2 冲击钻加钢护筒法

先埋设钢护筒，随着钻机的深入，同时下沉钢护筒。该方法可以有效的防止流砂、塌孔;但钢护筒的垂直度也难以控制，且施工费用高。

2.3 冲击钻孔，抛填片卵石和粘土加固法

在冲击钻进的过程中，根据地质变化情况，通过不断地调整抛填片卵石和粘土数量，使所抛填片卵石含量达到钻进体积的0.5～1.0倍，所抛填粘土应使泥浆比重达到1.3～1.5;确保在粉细砂层的孔壁四周形成一稳固护壁。该方法可以有效的防止流砂、塌孔，且施工费用低。

根据该工程地质情况，通过认真分析和慎重考虑，该工程钻孔桩采用冲击钻孔施工方法，抛填片卵石和粘土加固的方法进行施工。

3 施工工艺

3.1 施工准备

1)砼配合比的选配：严格按照施工规范进行砼的试配，并根据孔内有无水的实际情况，选择合理的砼施工配合比，其坍落度以不易堵塞导管为原则，一般控制在18～20cm之间为宜。

2)准备粘土：开钻前要准备足够的粘土(膨润土)。

3)储备足够的片石、卵石，其厚度或粒径以15～25cm为宜。

4)准备足够的机械零配件，确保在机械发生故障时能得到及时修理恢复。

5)制备泥浆：钻孔泥浆由水、粘土和添加剂组成，具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具、增大静水压力，并在孔壁上形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止塌孔的作用。

3.2 施工放样

该桥基桩中心采用坐标法全站仪直接定位。施工时依据设计桩位布设十字形护桩，以便随时检查钻孔偏位情况。

3.3 安制护筒

本桥钢护筒采用厚12mm的A3钢板卷制，直径为1.8m，分段制作，并以钢带焊接连成整体。为加强其刚度，防止在沉设过程中产生倾斜，在护筒的外侧布设6道角钢。埋设时可先采用人工开挖埋设护筒一定深度，然后利用钻机冲击锤振动加压沉入护筒。

3.4 钻孔作业

按设计桩位，安装好钻机和测量对中后，即可开始进行钻孔作业施工。

1)开始钻进时，应匀速提升小冲程冲击，一般为1.5～2.0m，当钻孔达到3m深后，可增大冲程，一般采用2.5～3.5m。在开始钻进时，就往护筒内抛填片石和粘土，使护筒底部形成1m厚的坚实护壁，增强地基对护筒的承载力。施工时要经常校核孔位，用千斤顶校正钻架。

2)当钻进到湿土或稀土时，一般为低液限粘土与粉细砂层交界处，此时应立即抛填片卵石和粘土，在钻进的同时不断进行，使交界处形成1m深25cm厚的坚实护壁。

3)在钻孔进入粉细砂层后，在钻进的同时不间断抛填片卵石和粘土，直至进入到粘土层后1m，使整个粉细砂层形成一个完整密实的坚固护壁。此外，在钻进的同时，及时向孔内注水，使孔内水位保持高出地下水2m左右，应控制泥浆的相对密度在1.3～1.5之间。

4)钻进过程中应及时排除钻渣，使钻锤能正常冲击到新鲜地层。

5)在钻进过程中如发现塌孔，先向孔内注水提高水位，然后将粘土装入编织袋沉入孔底，土袋的数量根据漏浆的多少而定，并修复孔口，校正桩位，以小冲程对其进行冲击，让粘土和编织袋碎块挤入孔内裂隙达到堵塞的目的。

6)严禁钻锤停留在孔内，以防埋钻。当发生卡钻或埋钻时，要保持冲孔，防止沉渣，还可以加风炮机进行冲孔。对于因塌孔埋锤而卡锤的现象先用自制小钻将锤的十字空钻空，然后利用起吊设备进行晃动，试着取锤。当埋钻情况严重时，沉放比孔径大的钢护筒至钻锤位置，采用人工开挖把钻锤提出，整个过程应快速完成。

7)当钻孔即将到达设计深度时，应先清孔一次，然后再抛填粘土，快速完成剩余部分的钻进施工。

3.5 清孔

1)在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔径等进行检查，确认满足设计要求后，及时进行清孔，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。

2)本桥采用换浆法清孔。利用泥浆泵向孔底压注泥浆，让钻渣上浮并随同泥浆流入泥浆池沉淀。为加速清孔，施工人员可用滤网捞出钻渣。当孔内钻渣清除干净，砂率小于2%时方可下钢筋笼。

3.6 钢筋笼的制作和吊装

1)为缩短成孔后至水下砼灌注两工序之间的间隔时间，钢筋笼在地面分节集中预制，用十字撑进行加固。在钢筋笼吊装过程中，采用YT-32型套管挤压机进行主筋对接，BXT-300型电焊机进行声测管井口焊接。

2)吊装钢筋笼采用多点法，可避免其变形及调整水平，钢筋笼入孔时位居桩中心，缓缓下放，下放过程中去掉十字支撑。在护筒上部横穿钢管，钢管留有钢筋钩，在其就位后，用钢筋钩钩住吊环，控制钢筋笼的标高。

3)为保证成桩的保护层厚度，钢筋笼上事先应安设砼垫块，并用铁丝扎牢。在水下砼的灌注过程中，为保证钢筋笼不被顶升，宜将钢筋笼固定，一般是将其固定在护筒上。

4)下放钢筋笼时，要稳定缓慢下降，避免摆动碰撞孔壁，造成坍孔。

3.7 灌注水下砼

1)砼的水下灌注采用内径为Φ30cm的快速接头导管，根据施工经验比较，本桥漏斗下口与导管顶口相接处采用提板软垫法。试拼导管，检查连接严密、牢固后，方可吊装入孔。导管应置于孔中央位置，并在灌注砼前进行升降试验。导管安装完毕必须进行二次清孔。

2)首批砼浇注入孔后，导管埋入砼的深度应>1m。在灌注过程中，应经常探测孔内砼面位置，及时调整导管埋深，一般≥1m，并≤3m。导管提升时应缓慢进行，不得强力硬提，以防脱落，造成中断施工事故。(下转第151页)

3)砼灌注开始后，应连续地进行，不得中途停顿;当需要拆除导管时，动作要迅速，尽量缩短间隔时间。

4)水下砼灌注最终的砼面必须超出桩顶设计高程1m，用以破除桩头，保证成桩的砼强度。

5)在砼灌注过程中，设专人经常测量导管埋入深度，并作好记录。

3.8 清理桩头

等桩头砼强度达到设计值的25%时，立即拆除护筒并凿除桩头多余砼，达到桩顶设计标高。凿除桩头砼宜采用人工手工凿除，不宜采用爆破或其它影响桩身质量的方法进行。

4 结语

1)钻孔灌注桩施工要制定详细的施工组织设计和应急处理措施，在施工中应选派有经验的技术人员上场指导。施工人员应正确应用有关规范，熟悉地质资料、设计图纸、相关文件及各项技术要求，抓好施工准备、成孔、清孔、水下砼灌注等各个环节的质量控制，采取各种有效措施，保障灌注桩的成桩质量。

2)该桥采用抛填片卵石和粘土进行钻孔灌注桩基施工，能很好地通过粉细砂层地质，有效地防止塌孔、缩孔和流砂现象的发生。

3)该桥采用抛填片卵石和粘土进行施工，材料价格便宜，大大降低了工程成本，取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]公路桥涵施工技术规范[M].北京:人民交通出版社, 2000.

过流砂层 篇7

1 工程概况

平定高速公路第十七合同段长庆桥大桥中心桩号K1+619.7, 全长956.68m, 为跨越泾河和丰甜公路而设, 桥位处河道较宽, 河床常年流水, 地质从表层到桩基底分别为黄土、亚粘土、卵石土、粗砂、圆砾土、弱风化长石砂岩、微风化长石砂岩不等。

该桥桩基础共100根, 其中钻孔灌注桩共700m/24根, 分别位于0#、29#台, 桩径均为1.2m, 桩长在14～40m之间;人工挖孔桩共1216m/76根, 除3#～11#墩设计为扩大基础外, 其余每墩4根, 按嵌岩桩设计、单排布置, 孔口尺寸分别为1.5m、1.8m、2.0m见方不等, 其中1.5m×1.5m桩基为348m/24根、1.8m×1.8m桩基为616m/36根、2.0m×2.0m桩基为252m/16根, 桩长均在12～41m之间, 桩端持力层均为长石砂岩层。

2 成孔方法选择

该桥各墩位处桩孔下挖至8m左右时, 普遍会遇到厚为3m左右的流砂层, 且渗水量较大, 在一定的水压和震动作用下, 稍经扰动便会产生液化成为流砂, 难于成孔。鉴于此, 我部组建QC小组专门针对该问题进行科技公关, 对各种处治方案进行比选、择优, 具体如下。

2.1 井点降水

通过降低地下水位, 可使细砂层处于无水状态, 但考虑到在抽水过程中, 大量的粉细砂会随水抽出, 若大面积的井点降水, 则可能导致地面塌陷, 该方法不可取。

2.2 帷幕灌浆止水

水利部门有关专家认为在细砂层中灌浆, 幕墙难以形成, 止水效果差, 且费用高, 此法也不能采用。

2.3 预制钢筋砼套壳护壁

因该桥桩位处地层情况复杂, 兼有粘质土层、卵石土、弱风化长石砂岩、微风化长石砂岩, 采用该方案则往往因下沉困难而发生倾斜, 负面影响较大。

2.4 现浇钢筋砼套壳护壁

挖孔出水后采用短掘进、强支护的方案, 通过缩短挖孔层深, 正常的1m左右一段改为0.3～0.5m, 并随挖随检随护壁;采用外齿式护壁做为桩孔衬体, 因为该类护壁具有较强的抗塌孔性能, 稳定可靠, 适合该桥桩基施工。

因此, 我部最后拟定采用现浇钢筋砼套壳护壁方案进行施工。

3 桩孔开挖施工 (含流砂层)

为尽量避免开挖桩孔过程中可能发生的重复问题, 首先要合理安排好施工工序。长庆桥大桥墩位处76根挖孔桩基所处地质情况较为复杂、多变, 我部在挖孔施工中首先选择具有代表性的28#墩位处桩基进行试挖, 取得该处的挖孔施工经验后再予以推广进行全面施工;先行试挖的桩还可充当降水井使用;桩基施工时尽可能按先浅后深、先外后中的次序进行;因本桥桩基净距均大于2倍孔口尺寸且大于2.5m, 施工时可以考虑同时开挖。

3.1 桩基挖孔一般规定

1) 虽然该桥挖孔桩均设计为嵌岩桩, 但在挖孔时仍应使孔壁稍有凹凸不平, 以增加桩的磨擦阻力, 保证护壁的稳定性。

2) 在挖孔过程中, 须经常检查孔口尺寸和平面位置, 因该桥方桩设计为排架直桩, 所以桩位误差必须严格控制在50mm以内, 桩孔倾斜度不超过1%, 孔口尺寸、孔深必须符合设计要求。

3) 挖孔及浇注护壁砼两道工序连续作业, 不宜中途停顿, 以防孔壁被水浸泡流淌造成塌孔。

4) 挖孔达到设计深度后, 应进行孔底处理, 必须做到平整、无松渣、污泥及沉淀等软层。开挖过程中应经常检查了解地质情况, 如与设计资料不符应及时停止, 并根据地质情况及时制定施工方案。

3.2 桩基挖孔施工方法

1) 根据设计孔口尺寸及护壁厚度在地面上放出开挖线, 向下挖深一节护壁的深度, 浇筑混凝土井圈。井圈应高出地面150～200mm, 且应加厚100～150mm。而后将桩位纵横中心线测放到井圈上, 并测出孔口控制高程, 第一井圈的中心线与设计轴线的偏差不得大于2cm。井圈高出地面还有利于防止地表水在施工过程中流入孔内。

2) 第二节桩孔土方开挖时, 用垂球吊线找出井孔中心点, 在桩孔底部打一短木桩, 将桩中心投影到木桩顶上, 以此为据进行第二节护壁的土方开挖。在开挖过程中应该密切注意地质状况的变化。

修筑钢筋混凝土护壁应保证其配筋和砼浇筑强度。上下节护壁的搭接长度不得小于50mm, 每节护壁在施工完后养护24h后拆除;发现护壁有蜂窝、漏水现象时, 应及时补强以防造成事故。护壁应采用早强的细石混凝土, 施工时严禁用插入振动器振捣, 以免影响模外的土体稳定。上下护壁间预埋纵向钢筋应加以联结, 使之成为整体, 确保各段联接处不漏水。

3) 按照设计规定, 如以软质岩层作为桩端持力层, 对桩端承载力起控制作用的, 往往是持力层的承载能力, 而不是桩自身的抗压强度, 此时, 护壁的砼强度, 只满足支挡需要就已经足够了;而在以硬质岩为桩端持力层, 桩的承载力由桩身的抗压强度控制的情况下, 如果设计中未将护壁的抗压强度计算进桩的承载力, 也不必要将护壁的混凝土强度提高。

综上所述, 该桥挖孔桩虽设计为嵌岩桩 (C25) , 可将其护壁标号适当降低, 但我部仍将护壁强度确定为与桩基相同, 即为C25, 以最大限度保证其受力性能。

正常情况下, 每节护壁高在60～100cm之间, 护壁厚在10～15cm之间, 如遇到软弱土层等特殊情况, 可将高度减小到30～50cm, 厚度增大到16～20cm之间。为最大限度保证桩孔的安全开挖, 在软弱土层处比如流沙层部分, 我部采用短掘进、强支护的方案, 确定护壁高度为最小值30cm, 护壁厚度为最大值20cm。

流砂层处护壁采用形式及其受力情况如图1、2所示。

4) 孔内爆破开挖。该桥挖孔桩基下部地质均为长石砂岩层, 必须采用爆破施工, 爆破时应尽可能做到“少药多炮”, 防止超挖扩孔及爆破对孔壁的扰动。我部在大桥桩基爆破开挖时采用炮眼法进行施工。为了在爆破时不炸伤孔壁 (或超挖) 尽量采用垂直打眼;炮眼的数目、位置和斜插方向应根据岩层断面方向来确定, 中间一组集中掏心, 四周斜插挖边;炮眼深度的控制根据岩石的强度进行判断, 软岩石炮眼深度控制在50～80cm之间, 硬岩石炮眼深度控制在30～50cm之间;根据岩石的强度和炮眼的布置间距进行装药量控制, 一般中间炮眼装硝铵炸药1/2节, 边眼装药1/3～1/4节。有水处应使用防水炸药, 避免瞎炮, 如出现瞎炮应按安全规程处理。引爆时尽量采用导爆管起爆, 且选用不同段数。放炮后必须迅速排烟, 可采用铁桶生火放入孔底, 促进空气对流。

5) 终孔检查处理。挖孔达到设计标高后, 应进行孔底处理。必须做到孔底表面无松散碎石等不良地层。如地质情况复杂, 应钎探了解孔底以下地质情况是否能满足设计要求, 否则应与监理、设计单位研究处理。

4 安全技术措施

挖孔工人必须配有安全帽、安全绳, 取土用吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具, 必须经常检查。井口周围用砼设置围护, 井口围护高出原地面20～30cm, 以防止杂物滚入孔内伤人。挖孔与浇注护壁砼两道工序连续作业, 不宜中途停顿, 挖孔如发现出水则应采用短掘进、强支护的方案进行施工, 以防塌孔。挖孔时应经常检查孔内的二氧化碳浓度, 如超过0.3%, 或孔深超过10m, 应采用机械通风。挖空作业暂停时, 孔口必须罩盖。井口应安设牢固可靠的安全梯, 以便施工人员上下。

5 环境保护措施

1) 保护水源:妥善处理桩孔内抽出废水, 不得贪图方便对当地水源造成任何污染。

2) 施工期间要保持排水通畅, 防止桩孔开挖过程中产生的废料、废水对当地河流、灌溉水渠或排水系统产生淤积或堵塞。临时排水系统应能最大限度地减少水土流失。

3) 妥善处理废料、废方, 及时清理场地上的废料废方。弃土堆的设置, 应严格按工程师的指令或有关规范及设计文件要求进行, 不得影响排灌系统及农用水利设施, 并尽量做到修路换田。

4) 工程完工后, 拆除一切临时用地范围内的临时生产生活设施, 搞好租用土地复耕, 绿化原有场地, 恢复自然原貌。退场时的场地清理, 达到地方政府、群众及相关其他单位的要求。

6 结语