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三重管高压旋喷桩在长春地铁施工中应用

发布时间:2017-03-01 浏览次数: ?【字体:

 1.前言

   随着国家城镇化进程的不断推进,城市人口迅速增长的同时,城市的既有交通运输功能已渐渐进入到无法承受持续增长人群的窘境,为缓解城市交通高负荷的运输压力,许多城市都正在大范围的进行城市轨道交通建设,其中盾构法施工区间暗挖隧道是比较常用的一种施工形式,盾构机作为一个“庞然大物”其造价成本非常高,为保证这个“金疙瘩”进出洞的绝对安全,就需要在盾构机始发及接收前对前方部分区域的土体进行预加固,来确保盾构机安全的始发掘进及到达接收,三重管高压旋喷桩就是其土体预加固常用的施工方法。

2.特点

2.1 加固止水效果好

    由于三重管高压旋喷桩注浆使用的压力大,因而喷射流的能量大、速度快,能够连续、集中地作用在土体上,压应力和冲蚀等因素能在很小的区域内产生效应,对土体有巨大的冲击和搅动作用,使注入的浆液和土拌合凝固为新的固结体,达到满足规定要求的强度,同时施工中,桩与桩之间互相咬合搭接,形成止水帷幕,止水性能好。

2.2 振动噪声小

    盾构掘进施工多在城市繁华市区进行,三重管高压旋喷桩在加固过程中施工振动、噪声的控制显得尤为重要,城市建设行政主管部门对施工现场的噪声量要求比较高,三重管高压旋喷桩基于自身的施工工艺及施工特点能够满足有关部门的降噪要求。

3.适用范围

    适用于加固淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土。

4.工艺原理

    三重管高压旋喷旋桩是由三种介质(高压水流、压缩空气及水泥浆液)搅拌混合喷射的方法,系利用高压泵将水、气、水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头,以高速水平喷入土体,借助液体的冲击力切削土层,同时钻杆一面以一定的速度旋转,一面低速徐徐提升,使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固,形成具有一定强度的圆柱固结体(即旋喷桩),从而使地基得到加固。

5.工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

    喷浆示意图及工艺流程见图5.1.1-15.1.1-2,具体施工顺序如下:

5.1.1 桩位放样

    施工前用全站仪测定旋喷桩施工的控制点,埋石标记,经过复测验线合格后,用钢尺和测线实地布设桩位,并用竹签钉紧,一桩一签,保证桩孔中心移位偏差小于50mm

5.1.2 钻机就位

    钻机就位后,对桩机进行调平、对中,调整桩机的垂直度,保证钻杆应与桩位一致,偏差应在10mm以内,钻孔垂直度误差小于1.5%;造孔前应调试空压机、泥浆泵,使设备运转正常;校验钻杆长度,并用红油漆在钻架上标注深度线控制线,保证孔底标高满足设计深度。

5.1.3钻进

    钻机施工前,应首先在地面进行试喷,在钻孔机械试运转正常后,开始引孔钻进。钻孔过程中要详细记录好钻杆节数,保证钻孔深度的准确。

5.1.4 制浆

    选用P.O42.5普通硅酸盐水泥,在配置浆液时,应先在搅拌桶内注入部分清水,然后倒入水泥搅拌均匀,加固水泥浆体水灰比11-1.21,搅拌时间不少于60s

5.1.5 旋喷提升

    当钻杆端部喷头贯入土中,喷嘴达到设计标高时,即可喷射注浆,在喷射注浆参数达到规定值后,随即按旋喷的工艺要求,由下向上旋转喷射注浆,喷射时,先应达到预定的喷射压力、喷浆后再逐渐提升旋喷管,以防扭断旋喷管。为保证桩底端的质量,喷嘴下沉到设计深度时,在原位置旋转10秒钟左右,待孔口冒浆正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行,不得中断,钻机 发生故障,应停止提升钻杆和旋转,以防断桩,并马上检修排除故障,为提高桩底端质量,在桩底部1.0m范围内应适当增加钻杆喷浆旋喷时间。在旋喷提升过程中,在中粗砂层位置宜取较小的提升速度、较大的喷射压力。

5.1.6 充填回灌

    每一孔的高压喷射注浆完成后,孔内的水泥浆很快会产生析水沉淀,应及时向孔内充填灌浆,直到饱满,孔口浆面不再下沉为止。终喷后,充填灌浆是非常重要的工作,回灌的好与差将直接影响工程的质量,必须做好充填回灌工作。

5.1.7 钻机移位

    旋喷提升到设计桩顶标高时停止旋喷,提升钻头出孔口,清洗注浆泵及输送管道,然后将钻机移位。

 5.1.1-1三重管高压旋喷桩喷浆工艺示意图  

 

5.1.1-2三重管高压旋喷桩工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1 钻进成孔

    钻孔由动力装置带动钻杆旋转,通过钻杆前端的特制钻头切削土层钻进,由于采用一体式钻杆及钻具,为防止钻头上的气孔、浆孔被切削的土层所堵塞,钻进过程中须输送介质带压钻进,钻进的同时不断的向钻杆内输送一定压力的水及压缩空气,钻进过程中的水压、控制在2-3MPa,压缩空气气压控制0.7MPa

5.2.2 旋喷提升参数

    三重管高压旋喷桩成桩施工质量的好坏取决于加固地层的工程地质、水文地质条件以及施工工艺、喷射压力、提升速度、土类和土性等因素影响,为保证成桩质量达到满足设计要求的强度、直径及咬合宽度,施工前必须进行试桩,通过试桩实验收集该加固区域的施工参数,以便引导后续施工,施工现场施工3根试桩,通过收集3根桩的施工参数及检验加固效果,结合技术、经济因素分析确定了最优的技术参数数据,施工参数控制值见表5.2.2

5.2.3 砂层加固

    砂层渗透系数大、在水动力作用下会产生流砂现象,对于地下工程来说属于极其不良地层,从某种程度上讲砂层的加固成败决定了整个地层的加固成败,所以施工中必须引起高度的重视,通过工程地质详勘报告以及试桩中实际收集的地层特性情况确定了砂层的准确位置,该砂层区域位于盾构施工隧道上方及盾构施工区域内,如加固不好极有可能在后续盾构机通过该区域时流砂涌入工作仓,导致地面建筑物、构筑物及管线的沉降,经项目部技术部门会同中铁隧道勘测设计院共同研究对该区域施工必须严格按照技术标准,施工参数进行,旋喷提升至该区域采用减慢原参数中提升速度、提高原参数中的浆液喷射压力以及重新对该区域进行复喷的施工方法来确保砂层加固的效果。

6. 材料与设备

6.1 材料

    采用P.O42.5普通硅酸盐水泥作加固材料。

6.2 设备

    机具设备表见表6.2。

7.质量控制

7.1 工程质量控制标准

三重管高压旋喷桩的施工技术检查项目见表7.1

 

7.2 施工检查内容

7.2.1 施工前检查

    在施工前对原材料、机械设备及喷射工艺等进行检查,主要有以下几方面:

⑴原材料的质量合格证及复验报告,拌和用水的鉴定结果。

⑵浆液配合比是否合适工程实际土质条件。

⑶机械设备是否正常,在施工前应对地质钻机、高压泥浆泵、水泵等作试机运行,同时确保钻杆、钻头及导流器畅通无阻。

⑷检查喷射工艺是否适合地质条件,在施工前也应作工艺试喷,试喷桩孔数量不得少于2孔,必要时调整喷射工艺参数。

⑸施工前还应对地下障碍情况作一普查,以保证钻进及喷射达到设计要求。

7.2.2 施工中检查

   施工中重点检查内容有。

⑴钻杆的垂直度及钻头定位。

⑵水泥浆液配合比及材料称量。

⑶钻机转速、沉钻速度、提钻速度及旋转速度等。

⑷喷射注浆时喷浆(喷水、喷气)的压力、注浆速度及注浆量。

⑸孔位处的冒浆状况。

喷嘴下沉标高及注浆管分段提升时的搭接长度。

⑺施工记录是否完备,施工记录应在每提升1m或土层变化交界处记录一次压力流量数据。

7.2.2  施工后检查

    施工后主要对加固土体进行检查,包括:

⑴固结土体的整体性及均匀性。

⑵固结土体的有效直径。

⑶固结土体的强度。

⑷固结土体的抗渗性。

7.3 成桩质量检查

7.3.1 质量检验时间、内容

    施工质量的检验宜在高压喷射注浆结束28天后进行,采用取芯方法进行检验。

7.3.2 质量检验数量、部位

    检验点的数量为施工注浆孔数的2%,并不应少于5点,不合格者应进行补喷。检验点应布置在下列部位:①有代表性的桩位;②施工中出现异常情况的部位;③地基情况复杂,可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。

7.3.3 检验方法

    旋喷桩的检验采用钻孔取芯方法进行。

    钻孔取芯:在已施工好的固结体中钻取岩芯,并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验,检查内部桩体的均匀程度,及其抗渗能力。

7.4 质量保证措施

    为保证旋喷桩的施工质量,根据施工条件、设计要求和相关行业规范,拟采取如下质量保证措施达到施工质量目标。

⑴放注浆管前,先在地表进行射水实验,待气、浆压正常后,才能下注浆施工。

⑵采用P.O42.5普通硅酸盐水泥作加固材料,每批水泥进场必须出具合格证明,并按每批次现场抽样外检,合格后才能投入使用。施工中所有计量工具均应进行鉴定,水泥进场后,应垫高水泥台,覆防雨彩布,防止水泥受潮结块。

⑶浆液水灰比采用1.2:1,浆液比重1.435kg/L,每延米桩体掺入水泥250kg。施工现场配备比重计,每天量测浆液比重,严格控制水泥用量,确保浆液配比的正确性.灰浆搅拌应均匀,并进行过滤。喷浆过程中浆液应连续搅动,防止水泥沉淀。

⑷施工前进行成桩试验,由设计、业主、监理、施工单位共同确定旋喷桩施工参数,保证成桩直径不小于设计桩径。

⑸严格控制喷浆提升速度,其提升速度为0.13m-0.18m/min 。喷浆过程应连续均匀,若喷浆过程中出压力骤然上升或下降,大量冒浆、串浆等异常情况时,应及时提钻出地表排除故障后,复喷接桩时应加深0.4米重复喷射接桩,防止出现断桩。

⑹高喷孔喷射成桩结束后,应采用含水泥浆较多的孔口返浆回灌,防止因浆液凝固后体积收缩,桩顶面下降,以保证桩顶标高满足设计要求。

⑺因地下孔隙等原因造成返浆不正常,漏浆时,应停止提升,用水泥浆灌注,直至返浆正常后才能提升。

⑻实行技术人员随班作业制,及时发现和处理施工中的质量隐患。认真如实填写施工记录,客观反映施工实际情况。

⑼根据地质条件的变化情况及时调整施工工艺参数,以确保桩的施工质量。调整参数前应及时向业主、监理、设计部门报告,经同意后调整。

8. 安全措施

    根据旋喷作业的施工特点,按照国家《劳动保护法》发放相应的劳保用品:如安全帽、工作服、防护眼镜、橡胶手套、防尘口罩等。在岗前对员工进行安全常识教育培训,并持证上岗。严格实行国家法律、法规、作业标准承包工程安全管理规定,为本标段安全目标的实现,争创安全生产建筑工程标准工地提供必要的保证。

8.1 施工现场

⑴施工材料堆放有序,不侵入运输通道道施工界限。

⑵施工机械的转动部分有安全罩。

⑶所有吊装装置必须有安全检验证书,并定期维修管理。

⑷配电箱开关有操作指示和安全警示。

⑸机械定期维修,确保作业安全。

⑹危险品必须严格管理,其存放、运输、使用均要符合国家和地方的有关规定。

⑺临时设施及变压器等供电设施,应按《施工现场临时用电安全技术规范》的规定,采取防护措施,并增设屏障、遮栏、围栏、保护网。凡可能漏电伤人或易受雷击的电器设备,均设置接地装置或避雷装置,并派专业人员检查、维护、管理。

⑻调制水泥浆时,应戴好防尘口罩。

⑼做好管路的调查保护工作,联系相关部门,做好应急准备。

8.2 机械操作安全技术要点

⑴高压泥浆泵

泵体内不得留有残渣和铁屑,各类密封圈套必须完整良好,无泄漏现象。

安全阀中的安全销要进行试压检验,必须确保在规定达到最高压力时,能断销卸压,决不可安装未经试压检验的或自制的安全销。

指定专人司泵,压力表应定期检修,保证正常使用。

高压泵、钻机、浆液搅拌机等要密切联系配合协作,一旦某部发生故障,应及时停泵停机,及时排除故障。

⑵钻机

司钻人员应具有熟练的操作技能并了解旋喷注浆的全过程和钻机在旋喷注浆的作用。

钻孔的位置需经现场技术负责人确认,确认无误后方可开钻。

人与喷嘴距离应不小于600mm,防止喷出浆液伤人。

⑶管路

高压胶管:在使用时不得超过容许压力范围。

胶管:弯曲使用时不应小于规定的最小弯曲半径。

⑷清洗及检修

喷射注浆施工结束后,应马上将钻杆、泵及胶管等用清水清洗干净,防止浆液凝结后堵塞管道,造成再次喷射时管道内压力骤增而发生意外。

施工中途发生故障,必须卸压后方可拆除连接接口,不得高压下拆除连接接口。

8.3 施工用电安全保证技术要点

⑴严格实行《施工现场安全生产保证体系》、《施工现场临时用电安全技术规程》相关规定。

⑵电缆接头不许埋设和架空,必须接入线盒,并固定在开关箱上,接线盒内应能防水、防尘、防机械损伤,并远离易燃、易爆、易腐蚀场所。

⑶所使用的配电箱必须符合JGJ46-88规范要求的电箱,配电箱电气装置必须做到一机一闸一漏电保护。

⑷开关箱的电源线长度不得大于30m,并与其控制固定式用电设备的水平距离不超过3m

⑸所有的配电箱、开关箱必须编号,箱内电气完好匹配。

⑹所有电机、电器、照明器具,手持电动工具的电源线应装置二级漏电保护器。

⑺施工现场的电器设备设施必须有有效的安全管理制度,现场电线电气设备设施必须有专业电工经常检查整理,发现问题及时解决。

9. 环保措施

    在本工程施工的全过程中,系统地采用和实施一系列环境保护管理手段,以期得到最优化的结果。根据客观存在的粉尘、污水、噪声、废气和固体废物等环境因素,实施全过程污染预防控制,尽可能地减少或防止不利的环境影响。

9.1 施工废水

⑴所有施工、生活废水在排放前必须取得相关部门的批准、同意。

⑵施工中产生的废弃泥浆必须经过沉淀池沉淀处理后,方可排入市政污水管,严禁直接排入市政污水管。废浆沉碴必须用密封的槽车外运,送到指定地点处置。

⑶各类土方、建筑材料运输车辆在离开施工现场时,为保持车容应清洗车辆轮胎及车厢,清洗废水应接入施工现场的临时排水系统。

9.2 施工粉尘

⑴在水泥搅拌过程中,水泥添加作业应规范,搅拌设施应保持密闭,防止添加、搅拌过程中大量水泥扬尘外逸。

⑵运输车辆进出的主干道应定期洒水清扫,保持车辆出入口路面清洁,以减少由于车辆行驶引起的地面扬尘污染。

⑶由于施工产生的扬尘可能影响周围正常居民生活、道路交通安全的,应设置防护网,以减少扬尘及施工渣土影响。

⑷装有建筑材料、渣土等易扬撒物资的车辆,车厢应用覆盖封闭起来,以避免运输过程中的扬撒、飘逸,污染运输沿线的环境。

9.3 施工噪声

⑴施工期间严格实行建筑施工噪声污染控制管理的相关规定。

⑵由于特殊原因须在夜间从事超标准的、危害居民健康的建设施工作业活动的,必须事先向作业活动所在地的环境保护主管部门办理审批手续,并向周围居民进行公告。

⑶根据施工项目现场环境的实际情况,合理布置机械设备及运输车辆进出口,搅拌机等噪声设备及车辆进出口应安置在离居民区域相对较远的方位。

10. 效益分析

    通过对本工程实际施工达到满足设计要求质量的情况下收集施工成本和对比清单报价中的应收价款净利润为40万元,由于地层因素的影响其它施工工法不具备达到满足该地层加固要求条件的要求,故不做对比分析。

11. 应用实例

    三重管高压旋喷桩加固土层在长春地铁2号线BT8标段世纪大街站及东方广场站盾构始发、接收井区域成功进行了施工应用,达到满足设计要求的施工质量,在施工过程中经过不断试验的摸索及和施工、设计单位的沟通交流中,通过分析长春伊通河以东一级阶地工程地质、水文地质的条件,收集了在此区域取得良好加固效果的重要施工参数,在满足规范、设计的前提下,经过技术经济的比选,最终成功的完成了该项施工作业任务。(胡乃光)

 

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