三重管高壓旋噴樁在長春地鐵施工中應用

發布時間:2017-03-01 瀏覽次數: ?【字體:

 1.前言

   隨著國家城鎮化進程的不斷推進,城市人口迅速增長的同時,城市的既有交通運輸功能已漸漸進入到無法承受持續增長人群的窘境,為緩解城市交通高負荷的運輸壓力,許多城市都正在大范圍的進行城市軌道交通建設,其中盾構法施工區間暗挖隧道是比較常用的一種施工形式,盾構機作為一個“龐然大物”其造價成本非常高,為保證這個“金疙瘩”進出洞的絕對安全,就需要在盾構機始發及接收前對前方部分區域的土體進行預加固,來確保盾構機安全的始發掘進及到達接收,三重管高壓旋噴樁就是其土體預加固常用的施工方法。

2.特點

2.1 加固止水效果好

    由于三重管高壓旋噴樁注漿使用的壓力大,因而噴射流的能量大、速度快,能夠連續、集中地作用在土體上,壓應力和沖蝕等因素能在很小的區域內產生效應,對土體有巨大的沖擊和攪動作用,使注入的漿液和土拌合凝固為新的固結體,達到滿足規定要求的強度,同時施工中,樁與樁之間互相咬合搭接,形成止水帷幕,止水性能好。

2.2 振動噪聲小

    盾構掘進施工多在城市繁華市區進行,三重管高壓旋噴樁在加固過程中施工振動、噪聲的控制顯得尤為重要,城市建設行政主管部門對施工現場的噪聲量要求比較高,三重管高壓旋噴樁基于自身的施工工藝及施工特點能夠滿足有關部門的降噪要求。

3.適用范圍

    適用于加固淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土。

4.工藝原理

    三重管高壓旋噴旋樁是由三種介質(高壓水流、壓縮空氣及水泥漿液)攪拌混合噴射的方法,系利用高壓泵將水、氣、水泥漿液通過鉆桿端頭的特制噴頭,以高速水平噴入土體,借助液體的沖擊力切削土層,同時鉆桿一面以一定的速度旋轉,一面低速徐徐提升,使土體與水泥漿充分攪拌混合凝固,形成具有一定強度的圓柱固結體(即旋噴樁),從而使地基得到加固。

5.工藝流程及操作要點

5.1 工藝流程

    噴漿示意圖及工藝流程見圖5.1.1-15.1.1-2,具體施工順序如下:

5.1.1 樁位放樣

    施工前用全站儀測定旋噴樁施工的控制點,埋石標記,經過復測驗線合格后,用鋼尺和測線實地布設樁位,并用竹簽釘緊,一樁一簽,保證樁孔中心移位偏差小于50mm

5.1.2 鉆機就位

    鉆機就位后,對樁機進行調平、對中,調整樁機的垂直度,保證鉆桿應與樁位一致,偏差應在10mm以內,鉆孔垂直度誤差小于1.5%;造孔前應調試空壓機、泥漿泵,使設備運轉正常;校驗鉆桿長度,并用紅油漆在鉆架上標注深度線控制線,保證孔底標高滿足設計深度。

5.1.3鉆進

    鉆機施工前,應首先在地面進行試噴,在鉆孔機械試運轉正常后,開始引孔鉆進。鉆孔過程中要詳細記錄好鉆桿節數,保證鉆孔深度的準確。

5.1.4 制漿

    選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥,在配置漿液時,應先在攪拌桶內注入部分清水,然后倒入水泥攪拌均勻,加固水泥漿體水灰比11-1.21,攪拌時間不少于60s

5.1.5 旋噴提升

    當鉆桿端部噴頭貫入土中,噴嘴達到設計標高時,即可噴射注漿,在噴射注漿參數達到規定值后,隨即按旋噴的工藝要求,由下向上旋轉噴射注漿,噴射時,先應達到預定的噴射壓力、噴漿后再逐漸提升旋噴管,以防扭斷旋噴管。為保證樁底端的質量,噴嘴下沉到設計深度時,在原位置旋轉10秒鐘左右,待孔口冒漿正常后再旋噴提升。鉆桿的旋轉和提升應連續進行,不得中斷,鉆機 發生故障,應停止提升鉆桿和旋轉,以防斷樁,并立即檢修排除故障,為提高樁底端質量,在樁底部1.0m范圍內應適當增加鉆桿噴漿旋噴時間。在旋噴提升過程中,在中粗砂層位置宜取較小的提升速度、較大的噴射壓力。

5.1.6 充填回灌

    每一孔的高壓噴射注漿完成后,孔內的水泥漿很快會產生析水沉淀,應及時向孔內充填灌漿,直到飽滿,孔口漿面不再下沉為止。終噴后,充填灌漿是非常重要的工作,回灌的好與差將直接影響工程的質量,必須做好充填回灌工作。

5.1.7 鉆機移位

    旋噴提升到設計樁頂標高時停止旋噴,提升鉆頭出孔口,清洗注漿泵及輸送管道,然后將鉆機移位。

 5.1.1-1三重管高壓旋噴樁噴漿工藝示意圖  

 

5.1.1-2三重管高壓旋噴樁工藝流程圖

5.2 操作要點

5.2.1 鉆進成孔

    鉆孔由動力裝置帶動鉆桿旋轉,通過鉆桿前端的特制鉆頭切削土層鉆進,由于采用一體式鉆桿及鉆具,為防止鉆頭上的氣孔、漿孔被切削的土層所堵塞,鉆進過程中須輸送介質帶壓鉆進,鉆進的同時不斷的向鉆桿內輸送一定壓力的水及壓縮空氣,鉆進過程中的水壓、控制在2-3MPa,壓縮空氣氣壓控制0.7MPa

5.2.2 旋噴提升參數

    三重管高壓旋噴樁成樁施工質量的好壞取決于加固地層的工程地質、水文地質條件以及施工工藝、噴射壓力、提升速度、土類和土性等因素影響,為保證成樁質量達到滿足設計要求的強度、直徑及咬合寬度,施工前必須進行試樁,通過試樁實驗收集該加固區域的施工參數,以便指導后續施工,施工現場施工3根試樁,通過收集3根樁的施工參數及檢驗加固效果,結合技術、經濟因素分析確定了最優的技術參數數據,施工參數控制值見表5.2.2

5.2.3 砂層加固

    砂層滲透系數大、在水動力作用下會產生流砂現象,對于地下工程來說屬于極其不良地層,從某種程度上講砂層的加固成敗決定了整個地層的加固成敗,所以施工中必須引起高度的重視,通過工程地質詳勘報告以及試樁中實際收集的地層特性情況確定了砂層的準確位置,該砂層區域位于盾構施工隧道上方及盾構施工區域內,如加固不好極有可能在后續盾構機通過該區域時流砂涌入工作倉,導致地面建筑物、構筑物及管線的沉降,經項目部技術部門會同中鐵隧道勘測設計院共同研究對該區域施工必須嚴格按照技術標準,施工參數進行,旋噴提升至該區域采用減慢原參數中提升速度、提高原參數中的漿液噴射壓力以及重新對該區域進行復噴的施工方法來確保砂層加固的效果。

6. 材料與設備

6.1 材料

    采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥作加固材料。

6.2 設備

    機具設備表見表6.2。

7.質量控制

7.1 工程質量控制標準

三重管高壓旋噴樁的施工技術檢查項目見表7.1

 

7.2 施工檢查內容

7.2.1 施工前檢查

    在施工前對原材料、機械設備及噴射工藝等進行檢查,主要有以下幾方面:

⑴原材料的質量合格證及復驗報告,拌和用水的鑒定結果。

⑵漿液配合比是否合適工程實際土質條件。

⑶機械設備是否正常,在施工前應對地質鉆機、高壓泥漿泵、水泵等作試機運行,同時確保鉆桿、鉆頭及導流器暢通無阻。

⑷檢查噴射工藝是否適合地質條件,在施工前也應作工藝試噴,試噴樁孔數量不得少于2孔,必要時調整噴射工藝參數。

⑸施工前還應對地下障礙情況作一普查,以保證鉆進及噴射達到設計要求。

7.2.2 施工中檢查

   施工中重點檢查內容有。

⑴鉆桿的垂直度及鉆頭定位。

⑵水泥漿液配合比及材料稱量。

⑶鉆機轉速、沉鉆速度、提鉆速度及旋轉速度等。

⑷噴射注漿時噴漿(噴水、噴氣)的壓力、注漿速度及注漿量。

⑸孔位處的冒漿狀況。

噴嘴下沉標高及注漿管分段提升時的搭接長度。

⑺施工記錄是否完備,施工記錄應在每提升1m或土層變化交界處記錄一次壓力流量數據。

7.2.2  施工后檢查

    施工后主要對加固土體進行檢查,包括:

⑴固結土體的整體性及均勻性。

⑵固結土體的有效直徑。

⑶固結土體的強度。

⑷固結土體的抗滲性。

7.3 成樁質量檢查

7.3.1 質量檢驗時間、內容

    施工質量的檢驗宜在高壓噴射注漿結束28天后進行,采用取芯方法進行檢驗。

7.3.2 質量檢驗數量、部位

    檢驗點的數量為施工注漿孔數的2%,并不應少于5點,不合格者應進行補噴。檢驗點應布置在下列部位:①有代表性的樁位;②施工中出現異常情況的部位;③地基情況復雜,可能對高壓噴射注漿質量產生影響的部位。

7.3.3 檢驗方法

    旋噴樁的檢驗采用鉆孔取芯方法進行。

    鉆孔取芯:在已施工好的固結體中鉆取巖芯,并將其做成標準試件進行室內物理力學性能試驗,檢查內部樁體的均勻程度,及其抗滲能力。

7.4 質量保證措施

    為保證旋噴樁的施工質量,根據施工條件、設計要求和相關行業規范,擬采取如下質量保證措施達到施工質量目標。

⑴放注漿管前,先在地表進行射水實驗,待氣、漿壓正常后,才能下注漿施工。

⑵采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥作加固材料,每批水泥進場必須出具合格證明,并按每批次現場抽樣外檢,合格后才能投入使用。施工中所有計量工具均應進行鑒定,水泥進場后,應墊高水泥臺,覆防雨彩布,防止水泥受潮結塊。

⑶漿液水灰比采用1.2:1,漿液比重1.435kg/L,每延米樁體摻入水泥250kg。施工現場配備比重計,每天量測漿液比重,嚴格控制水泥用量,確保漿液配比的正確性.灰漿攪拌應均勻,并進行過濾。噴漿過程中漿液應連續攪動,防止水泥沉淀。

⑷施工前進行成樁試驗,由設計、業主、監理、施工單位共同確定旋噴樁施工參數,保證成樁直徑不小于設計樁徑。

⑸嚴格控制噴漿提升速度,其提升速度為0.13m-0.18m/min 。噴漿過程應連續均勻,若噴漿過程中出壓力驟然上升或下降,大量冒漿、串漿等異常情況時,應及時提鉆出地表排除故障后,復噴接樁時應加深0.4米重復噴射接樁,防止出現斷樁。

⑹高噴孔噴射成樁結束后,應采用含水泥漿較多的孔口返漿回灌,防止因漿液凝固后體積收縮,樁頂面下降,以保證樁頂標高滿足設計要求。

⑺因地下孔隙等原因造成返漿不正常,漏漿時,應停止提升,用水泥漿灌注,直至返漿正常后才能提升。

⑻實行技術人員隨班作業制,及時發現和處理施工中的質量隱患。認真如實填寫施工記錄,客觀反映施工實際情況。

⑼根據地質條件的變化情況及時調整施工工藝參數,以確保樁的施工質量。調整參數前應及時向業主、監理、設計部門報告,經同意后調整。

8. 安全措施

    根據旋噴作業的施工特點,按照國家《勞動保護法》發放相應的勞保用品:如安全帽、工作服、防護眼鏡、橡膠手套、防塵口罩等。在崗前對員工進行安全知識教育培訓,并持證上崗。嚴格執行國家法律、法規、作業標準承包工程安全管理規定,為本標段安全目標的實現,爭創安全生產建筑工程標準工地提供必要的保證。

8.1 施工現場

⑴施工材料堆放有序,不侵入運輸通道道施工界限。

⑵施工機械的轉動部分有安全罩。

⑶所有吊裝裝置必須有安全檢驗證書,并定期維修管理。

⑷配電箱開關有操作指示和安全警示。

⑸機械定期維修,確保作業安全。

⑹危險品必須嚴格管理,其存放、運輸、使用均要符合國家和地方的有關規定。

⑺臨時設施及變壓器等供電設施,應按《施工現場臨時用電安全技術規范》的規定,采取防護措施,并增設屏障、遮欄、圍欄、保護網。凡可能漏電傷人或易受雷擊的電器設備,均設置接地裝置或避雷裝置,并派專業人員檢查、維護、管理。

⑻調制水泥漿時,應戴好防塵口罩。

⑼做好管路的調查保護工作,聯系相關部門,做好應急準備。

8.2 機械操作安全技術要點

⑴高壓泥漿泵

泵體內不得留有殘渣和鐵屑,各類密封圈套必須完整良好,無泄漏現象。

安全閥中的安全銷要進行試壓檢驗,必須確保在規定達到最高壓力時,能斷銷卸壓,決不可安裝未經試壓檢驗的或自制的安全銷。

指定專人司泵,壓力表應定期檢修,保證正常使用。

高壓泵、鉆機、漿液攪拌機等要密切聯系配合協作,一旦某部發生故障,應及時停泵停機,及時排除故障。

⑵鉆機

司鉆人員應具有熟練的操作技能并了解旋噴注漿的全過程和鉆機在旋噴注漿的作用。

鉆孔的位置需經現場技術負責人確認,確認無誤后方可開鉆。

人與噴嘴距離應不小于600mm,防止噴出漿液傷人。

⑶管路

高壓膠管:在使用時不得超過容許壓力范圍。

膠管:彎曲使用時不應小于規定的最小彎曲半徑。

⑷清洗及檢修

噴射注漿施工結束后,應立即將鉆桿、泵及膠管等用清水清洗干凈,防止漿液凝結后堵塞管道,造成再次噴射時管道內壓力驟增而發生意外。

施工中途發生故障,必須卸壓后方可拆除連接接口,不得高壓下拆除連接接口。

8.3 施工用電安全保證技術要點

⑴嚴格執行《施工現場安全生產保證體系》、《施工現場臨時用電安全技術規程》相關規定。

⑵電纜接頭不許埋設和架空,必須接入線盒,并固定在開關箱上,接線盒內應能防水、防塵、防機械損傷,并遠離易燃、易爆、易腐蝕場所。

⑶所使用的配電箱必須符合JGJ46-88規范要求的電箱,配電箱電氣裝置必須做到一機一閘一漏電保護。

⑷開關箱的電源線長度不得大于30m,并與其控制固定式用電設備的水平距離不超過3m

⑸所有的配電箱、開關箱必須編號,箱內電氣完好匹配。

⑹所有電機、電器、照明器具,手持電動工具的電源線應裝置二級漏電保護器。

⑺施工現場的電器設備設施必須有有效的安全管理制度,現場電線電氣設備設施必須有專業電工經常檢查整理,發現問題及時解決。

9. 環保措施

    在本工程施工的全過程中,系統地采用和實施一系列環境保護管理手段,以期得到最優化的結果。根據客觀存在的粉塵、污水、噪聲、廢氣和固體廢物等環境因素,實施全過程污染預防控制,盡可能地減少或防止不利的環境影響。

9.1 施工廢水

⑴所有施工、生活廢水在排放前必須取得相關部門的批準、同意。

⑵施工中產生的廢棄泥漿必須經過沉淀池沉淀處理后,方可排入市政污水管,嚴禁直接排入市政污水管。廢漿沉碴必須用密封的槽車外運,送到指定地點處置。

⑶各類土方、建筑材料運輸車輛在離開施工現場時,為保持車容應清洗車輛輪胎及車廂,清洗廢水應接入施工現場的臨時排水系統。

9.2 施工粉塵

⑴在水泥攪拌過程中,水泥添加作業應規范,攪拌設施應保持密閉,防止添加、攪拌過程中大量水泥揚塵外逸。

⑵運輸車輛進出的主干道應定期灑水清掃,保持車輛出入口路面清潔,以減少由于車輛行駛引起的地面揚塵污染。

⑶由于施工產生的揚塵可能影響周圍正常居民生活、道路交通安全的,應設置防護網,以減少揚塵及施工渣土影響。

⑷裝有建筑材料、渣土等易揚撒物資的車輛,車廂應用覆蓋封閉起來,以避免運輸過程中的揚撒、飄逸,污染運輸沿線的環境。

9.3 施工噪聲

⑴施工期間嚴格執行建筑施工噪聲污染控制管理的相關規定。

⑵由于特殊原因須在夜間從事超標準的、危害居民健康的建設施工作業活動的,必須事先向作業活動所在地的環境保護主管部門辦理審批手續,并向周圍居民進行公告。

⑶根據施工項目現場環境的實際情況,合理布置機械設備及運輸車輛進出口,攪拌機等噪聲設備及車輛進出口應安置在離居民區域相對較遠的方位。

10. 效益分析

    通過對本工程實際施工達到滿足設計要求質量的情況下收集施工成本和對比清單報價中的應收價款凈利潤為40萬元,由于地層因素的影響其它施工工法不具備達到滿足該地層加固要求條件的要求,故不做對比分析。

11. 應用實例

    三重管高壓旋噴樁加固土層在長春地鐵2號線BT8標段世紀大街站及東方廣場站盾構始發、接收井區域成功進行了施工應用,達到滿足設計要求的施工質量,在施工過程中經過不斷試驗的摸索及和施工、設計單位的溝通交流中,通過分析長春伊通河以東一級階地工程地質、水文地質的條件,收集了在此區域取得良好加固效果的重要施工參數,在滿足規范、設計的前提下,經過技術經濟的比選,最終成功的完成了該項施工作業任務。(胡乃光)

 

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