洞口土体加固施工方案

ν——提升速度（m/min）；
H——喷射长度（m）；
q——单位喷浆量（m3/m）。 根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数 量。本工程水泥用量：180kg/m，浆液比重：1.35-1.4，砼流量：100l/mm 2.3.5 强度要求 旋喷桩设计要求，成桩 28 天后抽芯取样进行无侧限抗压强度试 验，抽检数为 2%，并不小于 2 根，其无侧限抗压强度不得小于设计 要求；地基加固后，复合地基承载力不得小于设计要求。本工程强度 等级为 C20。 2.4 工艺流程
高压旋喷桩施工工艺流程图见图 4。
准备工作
制浆 一级过滤
二级过滤 高压泵对浆液加压 启动高压清水泵、空 压机供水、风
钻机就位 调整钻架角度
钻孔 插管 试喷 高压喷射注浆作业
喷射结束
泥浆排放处理
拔管 机具清理 桩机移位 图 4 施工工艺流程图
2.5 操作要点
2.5.1 施工前准备工作
（1）在设计文件提供的各种技术资料的基础上作补充工程地质 勘探，进一步了解各施工工点地基土的性质、埋藏条件。
1、福州东部新城商务中心办公区项目水源热泵取退水工程(施工 图)；
2、《岩土工程勘察报告书》； 3、《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003； 4、 国家现行有关技术标准、规程、规范。 三、施工方案：
1、双液注浆
1.1 双液注浆的特点
1.1.1 双液注浆工艺具有良好的流动性、触变性和扩散性。浆液 初凝快且具可调性能，能适时提高强度，可以缩短土体沉降稳定时间，
双液注浆主要具有克服注浆加固中引起的扰动和软化作用以及 缩短固结沉降，控制沉降的特点，因此当双液浆及时充填到土体中的 空隙（砂层），由于浆液具有速凝并可在瞬时内初凝的特点，因此能 起到强化和加固作用。同时注浆过程中浆液流失少而且有效充填量提 高，及时补充了由诸多原因造成的土体损失。同时当双液浆在充填土 体中的空隙达到一定饱和后，会在压力作用下逐渐扩散不断充填空 隙，能对周围土体产生挤压并劈入土体的薄弱部位，形成交叉网状凝 固体，增强了土的密实度和压缩模量，扩大了应力范围，提高了一定 的承载能力，从而增加土体加固的效果。 1.3 双液注浆堵漏止水处理
图 3 一般桩的平面布置形式图
2.3.3 设计承载力图
（1）按桩身强度计算容许承载力。
［Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ= a［σ］A
式中 ［P］——桩的容许承载力（kN）；
a ——桩体材料的强度折减系数，a=0.4～0.5；
［σ］——桩体材料 7cm×7cm×7cm 试件的室内平均抗压强度
（kPa）；
A ——桩的横断面积。
（7）按设计要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作 出明显标识。 2.5.2 施工工艺
（1）钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中 心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于 1%～ 1.5%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是 否畅通，压力是否正常。
（2）制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌 制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机 搅拌 10～20 分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔 径为 0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤 网（孔径为 0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。
（2）按土体强度计算桩身容许承载力。
［P］= ｕΣfi li + A［R］
式中 ［P］——桩的容许承载力（kN）；
ｕ——桩身截面周长，按桩的直径计算（m）；
fi——各土层的容许摩阻力（kPa）； li ——各土层的厚度（m）；
A——桩底支承面积，按桩的直径计算（m）；
［R］——桩尖处的地基容许承载力（kPa）。
能克服注浆中引起的扰动和软化效应。针对本工程顶管洞口外侧为砂 层水压大，顶管机头长 6 米，洞口外侧 7 米范围内注浆。详见平面示 意图。
1.1.2 根据双液注浆的特性，双液注浆具有速凝性能，可以调节 时间，缩短施工工期，在瞬时间内能起到强化和加固作用，比单液注 浆更能达到土体加固的效果。
3.1.3 施工安全、简便、快速，工期短，质量好，效果快。 3.1.4 该工法施工设备仪器体积小，调动灵活，比较适用于目前 在鱼塘施工的场地条件，具有对周围环境影响小等优点。 1.2 双液注浆的原理
钻机
高压泥 浆泵
注浆管
浆桶
喷头 旋喷固结体
图 1 单管旋喷注浆示意图
水箱 搅拌机 水泥仓
2.2 成桩机理
高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用： （1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲 击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。 （2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成 空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向（即 阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。 （3）升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体的同时， 由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留 空隙由水泥浆液补充。 （4）充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和 土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。 （5）压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部 位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边 缘部分的抗压强度高于中心部分。旋喷桩固结体情况图 2 所示。
一、工程概况：
本工程位于福建省福州仓山区鼓山大桥西侧闽江面上。因取水泵 房鱼塘内水压大，顶管出洞口标高在-1.3 处，地质情况为砂层。为 防止顶管施工在进入洞口时出现涌水、流沙，顶管机头朝下顶进等情 况，保障顶管工程正常顶进，施工不发生安全事故，排除安全隐患。 拟在顶管洞口进外围土体（顶管机头长度范围内）进行加固，采用在 洞口外侧旋喷桩封闭后，内侧进行注浆的施工工艺。具体位置详见附 图《福州东部新城商务办公区水源热泵取退水工程顶管洞口土体加固 平面布置图》 二、设计依据：
（3）复合地基承载力。
式中
P com
1 Ae
P aR Ae
AP
Pcom ——复合地基的容许承载力（kPa）；
［P］ ——单桩承载力（kPa）；
［R］ ——桩间土天然地基承载力（kPa）；
Ae ——一根桩分担的荷载面积；
Ap ——一根桩的断面积；
A ——天然地基承载力折减系数，当不考虑桩间土作用时
（5）试桩试验。根据室内试验确定的施工喷浆量、水灰比制备
水泥浆液在试验工点打设数根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的 喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、 停浆面等施工工艺参数。
（6）推土机、挖掘机配合自卸汽车清除地表 0.3m 厚的种植土， 杂物，并将原地面按设计要求整平，填出路拱。根据施工现场实际情 况，施作临时排、截水设施，并在施工范围以外开挖废泥浆池以及施 工孔位至泥浆池间的排浆沟。
（3）钻孔。当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设 计标高（预钻孔孔径为 15cm）。
（4）插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二
道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷 射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送 水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高， 观察工作电流不应大于额定值。三重管法钻机钻孔后，拔出钻杆，再 插入旋喷管。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力 （0.5～1.0MPa）边下管边射水。
针对池塘底砂层渗水影响顶管施工的分析，并总结之前采用高
压旋喷桩加固的施工情况，合理选择浆液配比，以确保灌入浆液有效 的扩散半径。扩散半径控制在 2m 以内，混合浆液初凝时间控制在 2min 以内，注浆孔位布置应遵循“分段，分批，逐步加密”的原则，同时 注浆时应遵循“先外后内、先稀后浓”的原则，注浆先从影响区边缘 向中心逐段逼近，灌注浆液浓度应由稀逐渐变浓。
注浆压力控制在 0.7~3.5MPa; 注浆后 28 天加固体静力触探比 贯入阻力≥1.4MPa，渗透系数≤1x10。
1.5.2 配比参数 为控制水泥-水玻璃浆液胶凝时间及浆液扩散半径，取得良好的 注浆封堵效果。经试验室配比试验表明，水泥-水玻璃浆液胶凝时间 可在几秒至几十分钟内准确控制。其胶凝时间与水泥品种、水泥浆水 灰比、水玻璃溶液浓度、水玻璃溶液与水泥浆的体积比等因素有关， 如表 1 所示。 表 1 水泥-水玻璃浆液不同条件下的胶凝时间（M=3.0）
璃
在同一条件下，水泥中硅酸三钙越多、水泥浆水灰比越低、水玻璃溶 液浓度越低、水玻璃溶液与水泥浆的比例越小，浆液胶凝时间越短。
2、高压旋喷桩
2.1 加固原理
高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定 位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为 20～40MPa 的高压射 流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度 逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一 个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。 根据喷射方法的不同，本工程喷射注浆采用单管法，及单层喷射管， 仅喷射水泥浆。
1.4 双液注浆施工工艺流程
水泥
水
搅拌制浆
水玻璃
水
稀释后的水玻璃浆液
压力表
储浆桶
单液注浆机
压力表
开关阀 混合器
单液注浆
三通阀门 连接头
注浆管
图 3.2-1 双液注浆流程
1.5 注浆材料及配比参数
1.5.1 注浆材料 选择水泥-水玻璃双液。 水泥：选用 P O42.5 的普通硅酸盐水泥； 水玻璃：选用浓度 Be′=30～40，模数 M=3.0-3.3 的水玻璃原液。
水玻璃浓度 水 1:0.5
Be′=30 27″
泥 1:1.0 1:0.5
浆 1:1.0
：
50″ 31″
56″
Be′=35 29″
56″ 37″
1′12″
Be′=40 W:C(重量比)
34″ 1′07″
0.6:1
42″ 1′32″
0.8:1
水 1:0.5
40″
47″
52″
1:1 玻 1:1.0 1′12″ 1′26″ 1′52″
渗透部分 压缩部分 搅拌混合部分 硬化剂主体部分
图 2 旋喷桩体固结情况图
2.3 工艺设计要求 2.3.1 加固体直径的确定
旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速度 和浆液稠度等诸多因素有关，应通过现场试验确定。本工程采用直径 为 500mm。 3.3.2 布置形式
桩的平面布置形式需根据加固的目的给予考虑，分离布置的单桩 可用于基础的承重，排桩、板墙可用作防水帷幕，整体加固则常用于 防止基坑底部的涌土或提高土体的稳定性，水平封闭桩可用于形成地 基中的水平隔水层。图 3 为一般桩的平面布置形式。本工程采用排桩 布置，桩距为 400mm。
（2）准备充足的水泥加固料和水。水泥的品种、规格、出厂时 间经试验室检验符合国家规范及设计要求,并有质量合格证。严禁使 用过期、受潮、结板、变质的加固料。一般水泥为 425 号普通硅酸盐 水泥。水要干净，酸碱度适中，pH 值在 5～10 之间。
（3）根据补充勘探资料，在选择的试验工点加固范围内的各代 表性地层用薄壁取土器采取必需数量的原状土送试验室，对取得的土 样在进行试验之前应妥善保存，使土样的物理和化学性能尽可能保持 不变。
为 0。
2.3.4 浆量计算
浆量计算有两种方法，即体积法和喷量法，取大者作为设计喷射
浆量。
体积法：
喷量法：
Q
De2 4
K1h1(1
)
D02 4
K 2 h2
式中
Q H q(1 )
V
Q ——需要的喷浆量（m3）；
De——旋喷固结体直径（m）；
D0——注浆管直径（m）； K1——填充率，0.75～0.9； h1——旋喷长度（m）； K2——未旋喷范围土的填充率，0.5～0.75； h2——未旋喷长度（m）； β——损失系数，0.1～0.2；
（4）室内配合比试验。根据设计要求的喷浆量或现场土样的情 况，按不同含水量设计并调整几种配合比，通过在室内将现场采取的 土样进行风（烘）干、碾碎，过 2～5mm 筛的粉状土样，按设计喷浆 量、水灰比搅拌、养护、力学试验，确定施工喷浆量、水灰比。本工 程区取 1.0～1.5。为改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度， 可适当掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸 钠、陶土、碱等外掺剂。若试验之前土样的含水量发生了变化，应调 整为天然含水量。