浅谈“新二管法”高压灌浆在地铁工程的运用

浅谈“新二管法”高压灌浆在地铁工程的运用
摘要主要介绍“新二管法”高压灌浆的施工工艺及技术措施,与三重管旋喷桩施工成桩机理的比较,阐述“新二管法”的优点及在工程中的运用。

关键词“新二管法”;高压灌浆;地铁工程
1概述
某车站主体结构基坑深17.1～18.1米,原设计采用:采用Φ1200@
1300钻孔灌注桩,桩间施做Φ600三重管旋喷桩止水的围护结构形式。

在旋喷桩止水完成后挖除2号降水井四周土方时,发现出现井内地下水上涌的情况。

分析认为基坑外中粗砂层地层来水。

1.1地质概况
场地岩土自上而下有:人工填土层、陆交互相沉积层、上更新世冲洪坡积层,该层共分4个亚层,分别为:粉砂,中粗砂,粉质粘土,淤泥、淤泥质土、残积土层、基岩。

1.2特殊地质情况
经过地质勘察钻孔揭露,本车站范围内的软土为淤泥、淤泥质土层和淤泥质粉细砂层。

淤泥、淤泥质土层呈流塑状,St=2.4,属中灵敏度土层,在施工中易产生流泥、触变、蠕变及震陷,同时其承载力较低。

淤泥质粉细砂层呈松散～稍密状,属饱和液化砂土层,而且含水量较丰,透水性较好;施工时易因水头差产生流砂、管涌、崩塌,亦会因外来震动产生液化。

车站范围内含水、透水地层粉细砂层、中粗砂层较发育,厚度较大。

粉细砂层呈松散～稍密状,在地震作用下局部有轻微液化趋势;同时粉细砂层、中粗砂层还因其含水量较丰,透水性较好,施工时易因水头差产生流砂、管涌、崩塌。

1.3抽芯情况
施工过程抽芯结果发现,中粗砂层旋喷桩成桩质量不稳定,部分桩中粗砂层无水泥。

经抽芯观察发现部分桩中粗砂层无水泥,呈散砂状,经反复多次复喷无改善,芯样呈散砂状现象。

中粗砂层旋喷桩难以成桩原因分析:
地铁总组织专家对旋喷桩工程施工存在的问题进行了分析研究,专家分析认为:某站中粗砂层存在“地下承压水层流”这一特殊地质条件对旋喷桩成桩造成严
重影响。

地下水渗流造成旋喷浆液流失,成桩质量难以保证。

承压水简介:充满于两个隔水层之间的水称承压水,如图1。

图1自流单斜构造示意
承压水不仅有下层的隔水底板,而且有稳定的隔水顶板。

承压水最重要的特征是具有较大的水压力,因此只要把承压水的上层隔水层打穿,承压水就可自动涌出,因此又称自流水。

自上层隔水层底到承压水位之间的铅直距离,为该点的承压水水头。

隔水顶板的相对位置越低,水头越高。

承压水的形成同地质构造有关,通常在向斜构造、构造盆地中有利于承压水的存在。

向斜构造成因的承压水存在水平层流;同时在旋喷桩成孔施工中,旋喷机钻杆穿过杂填土层,淤泥质粉细砂层、粉质粘土层后进入中粗砂层,打穿粉质粘土层时承压水即通过钻孔上涌,形成上升泉(图2),流量同地表水水位、隔水层以上地质条件等因素有关。

钻孔过程中形成的上升泉及承压水水平层流都会对旋喷桩质量造成严重影响,在浆液初凝前,水泥砂浆被稀释带走的可能性很大,从现场抽芯情况来看承压水对旋喷桩的影响客观存在,影响程度与地层分布、地表水等因素相关。

地下承压水对旋喷止水桩施工非常不利,水平渗流及竖向“上升泉”的影响将造成旋喷桩水泥浆液流失,从而影响旋喷桩桩体强度,甚至根本无法成桩。

2施工技术措施
根据有关专家对原旋喷桩施工情况分析意见,并结合本工程实际情况,采用国内先进的“新二管法”高压喷射灌浆工艺,在原旋喷堵缝桩轴线外侧1.0m处采用旋喷桩做一道防渗墙,孔间距0.80m,墙体进入强风化层基岩1.0m,旋喷桩顶高程5米,局部管线埋深段桩顶高程:管线底下0.5米。

止水帷幕施工范围:主体段东西两侧,主体扩大北端,2号风亭全范围。

旋喷桩施工示意图(图3)。

在旋喷桩防渗墙每施工20m,在旋喷防渗墙与灌注桩间增加2个旋喷桩,形成相对独立的格构。

在搅拌桩分区部位,在搅拌桩墙体端头与灌注桩件增加2个旋喷桩,保证分区的独立、密闭。

“新二管法”高压喷射灌浆的机理是以大于34MPa的高压水泥浆通过两个Φ2mm的喷嘴喷出,所形成的高压水泥浆射流直接冲切破坏土体,水泥浆射流四周辅以压缩空气保护,随着喷杆的旋转(摆动)和提升,在压缩气的保护作用下水泥浆液同冲切后的土体充分掺搅混合,同时压缩空气使切割后的部分土体从孔口冒出;高压水泥浆在切削土体过程中所形成的混合体,就是水泥掺量满足预定要求的水泥土浆液,水泥土浆液固结后即形成所需要的防渗加固帷幕。

“新二管法”的主要优点在于它比老二管法水泥浆液压力大,流量大,能量大,所以形成的桩径也较大,新二管法直接用水泥浆切削地层,所切削范围被水泥浆液充填、固结,形成所需桩体;而三重管法用高压水切割地层后形成砂土浆液,水泥浆液低压注入,须由水泥浆液将原状土浆液挤出才能形成桩体,在注入水泥浆液的同
时,流量基本相同的高压水大大增加了地层中含水量,将水泥浆液稀释,即高压水切削地层的范围大但成桩较小。

图3新二法高压旋喷桩施工示意图
3高喷灌浆施工工艺
高喷防渗墙施工分两序孔施工,先施工1序孔,后施工2序孔。

3.1施工工艺
高喷灌浆施工要求个工序密切配合,分两序施工,旋喷桩施工工艺流程见图4。

图4旋喷桩施工工艺流程图
3.2施工工艺控制
3.2.1测量放样
根据施工轴线按设计施工图进行桩位放样,并且做好明确标记,放样偏差小于3cm。

3.2.2钻孔
采用300型液压地质钻机回转钻进,该钻机扭矩大,成孔效率高,质量有保证;钻进采用硬质合金钻头,孔径ф130,钻孔要保证顺利下入喷射管。

钻机就位后,孔位偏差不大于5cm,钻机机架垫平,钻具垂直地面,在钻进过程中要注意使钻孔不发生偏斜,钻孔深度进入强风化基岩 1.0m,成孔垂直度偏差小于0.5%。

在Ⅰ序孔施工中,每间隔15～20m,在钻孔接近设计终孔高程时,下部进行取芯,以验证是否进入强风化层。

3.2.3高喷台车就位、试喷
高喷台车就位后要保持平稳,喷杆悬吊状态下对准孔心,偏差小于二分之一孔径,保证下管、提升及旋喷灌浆的顺利进行。

下喷杆前要先检查喷嘴及管路是否完好畅通,再进行喷浆、气试验,当压力符合设计要求后方可下管。

3.2.4下喷射杆
为防止下管过程中泥沙堵塞浆嘴,可将喷嘴包扎或边喷水边下管,但水压力不
得太大。

3.2.5水泥浆液制备
水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥,水泥应新鲜、无结块,过0.08mm筛筛余量不大于5%。

每批次应有水泥出厂合格证明,并按批次进行现场复检。

制备水泥浆液时,应严格控制水泥浆液水灰比,采用下料机自动下料,经常测量浆液比重,水泥浆采用高速搅浆机制浆,搅拌时间不小于30S,水泥浆拌好在放置到储浆桶前要认真过筛,防止杂物进入浆管堵塞喷嘴,为使水泥浆不发生离析,储浆桶内设慢速搅动装置,且水泥浆液存置时间不得超过4h,否则应作为废浆处理。

3.2.6高喷灌浆施工
喷杆下到设计喷浆高程,开始送入符合设计要求的水泥浆及压缩空气,孔口冒浆正常后,开始旋转或摆动提升,喷注施工中上节喷杆要卸除,下节喷杆继续喷注的,必须使下节喷杆高出井口装置50cm以上时,方可停喷,桩体搭接大于50cm以保证防渗体的垂直连续性,喷浆中如遇故障停喷时,要尽快恢复喷射,并在恢复喷射时喷杆须下降20～50cm,喷浆施工采用间隔桩位跳桩作业,使邻桩旋喷间隔大于24h。

3.2.7清洗管路
喷浆完毕,应迅速拔出喷,清洗机身、管道移机至下一孔位。

3.2.8回灌
喷射结束后,随即在已喷射孔内进行静压充填灌浆,直到浆面不再下沉为止,保证高喷防渗墙固结后墙顶标高,回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。

3.3可能出现问题的处理预案
1)施工过程中,出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时,必须查明原因,及时处理。

2)高喷施工中,喷浆孔严重漏浆,可采取加大浆液浓度或在浆液中掺加速凝剂,从孔口抛填级配料,适当降低气压和浆压等措施。

3)喷浆中如遇故障中断后恢复施工时,尽快恢复喷射,搭结长度不小于50cm。

4)若发生串浆,应填堵被串孔或调整施工孔序。

待串浆孔高喷灌浆结束后,应尽快进行被串孔的扫孔、高喷灌浆或继续钻进。

5)喷射过程中注意孔口冒浆情况,孔口不冒浆时,要分析是漏浆还是冒浆不畅,
采取相应措施,并观察地面是否有隆起。

4施工主要参数
高喷灌浆工程属于隐蔽性工程,施工初期需进行生产性试验,对高喷灌浆技术参数和施工工艺等进行调整和完善,选择适合本工程的施工参数,保证高喷灌浆施工质量达到设计要求,施工部位拟选在中粗砂层比较厚的部位进行试验,重点检查透水性很强的中粗砂层的旋喷桩成桩情况,拟选取5孔进行试验,其中3孔为一序孔,两孔为二序孔。

根据本工程地层情况、有关规范及类似工程的施工经验,喷射灌浆拟按以下参数施工,待进行试验后最确定后续施工参数(见下表1)。

5结语
根据地层情况及施工经验,新二管法的主要优点在于它比老二管法水泥浆液压力大,流量大,能量大,水泥每米用量500～700公斤,所以形成的桩径也较大,根据抽芯观察,有效桩径可以达到1.5米,且早期强度上升快,砂层段3天即可达到3MPa 左右,而传统工艺三重管、双重管成桩直径仅0.6米,强度上升慢,新二管工艺克服了地层动水对桩体的冲刷稀释,保证了桩体成桩及咬合质量,保证了帷幕的止水效果。

新二管旋喷帷幕成桩质量检测情况:
委托某工程安全检测中心进行旋喷帷幕抽芯检测,报告结论为桩体成桩良好,合格。