袖阀管注浆加固既有建筑物施工工法 一、前言 自索列坦修工法发明问世以来 , 在国内外工程中得到了很好的推广应用 . 中 国引进索列坦修工法后 , 进行了研究和开发 , 并称此法为袖阀管注浆工法。 该工法 以分段注浆为主要工艺特点 , 可针对不一样土层采用不一样的注浆参数。 广州地铁五号线穿过繁华闹市区, 地质条件复杂多变, 岩层上软下硬, 节理 发育,地铁周边既有建筑物、构筑物较多,对沉降反应敏感。隧道采用矿山法施 工,掘进时将不可避免的因应力释放, 地下水流失, 放炮震动等影响到相应地面 建筑物安全。通过对本区间隧道所经区域的地面建(构)筑物的实地调查,隧道 开挖施工可能对其造成影响的地面建(构)筑物有:假日酒店前人行天桥、区庄 立交桥、环市东路 386、388 (A5),396、398、400 号民宅 (H5、H6)等。施工中 采用袖阀管注浆加固既有建筑物, 通过地面预注浆的方法在既有建筑物基础和隧 道之间形成一道竖向止水帷幕, 切断基础地基与隧道上方失水区域两者之间的水 流联系, 同时挤密加固土体。 使隧道施工会造成的失水沉降, 控制在帷幕的隧 道一侧,而不至于影响到既有建筑物基础和地基。实现既有建筑物沉降不超标, 居民不搬迁,施工不进入民房内的效果。 本工法是在广州地铁五号线 段施工经验的基础上归纳总结出的。 二、工法特点 (一)灌浆过程具有可控性。具有上下两个止浆塞形成止浆系统,能将浆液 限定在注浆区域的任一段范围内进行注浆,达到分段注浆的目的。 (二)止浆系统在光滑的袖阀管内能自由移动,可根据自身的需求在注浆区域内 某一段反复注浆。 (三)根据地层特点,可在一根注浆管内采用不一样的注浆材料,选用不同的 注浆压力进行注浆施工。 (四)适合使用的范围较广, 即适于渗透性较好的土层, 又适于渗透性较差的土体。 (五)由于骨架效应的存在,浆脉在土体中形成了复合结构,更由于袖阀管 在土体中的存在,使这种复合结构犹如加筋土一般,效果越来越明显。 (六)在场地狭窄( 2 ×3m)净空高度小( 2.2m)的情况下仍可进行作业。 三、适合使用的范围 袖阀管注浆施工工艺是目前处理地基一种的比较先进的方法。 它能进行定深、 定量、分度、分段、间歇、重复注浆,集中了劈裂注浆法、压(挤)密注浆法和 渗入注浆法的优点。适用于地质条件复杂,断层破碎地带,富水地层地段,场地 狭窄情况下的地基加固。 四、工艺原理 注浆加固地层是把具有充填和凝胶性能的浆液材料, 通过配套的注浆机具压 入所需加固的地层中, 经过凝胶硬化后充填和堵塞地层中的空隙, 减小注浆区地 层渗水系数及坑道开挖时的渗漏水量, 并能固结软弱和松散岩体使地层强度和自 稳能力得到提高。 袖阀管结构如图 1 所示,一般都会采用 PVC 塑料管作袖阀管,为了方便地进行 灌浆,在袖阀管上一般每隔 33cm-35cm 钻一组 4 Φ6mm 或 4 Φ8mm 的射浆孔, 每组孔的纵向长度 6cm-10cm,每米袖阀管上一般钻 2-3 组射浆孔。在每组射浆 孔外部都包裹有一层橡胶套, 橡胶套长度比每组射浆孔长度略长, 以包裹住射浆 孔为原则。 在把袖阀管放入钻孔时, 橡胶套的作用是防止钻孔泥浆或套壳料进入 管内;灌浆时橡皮套在压力作用下被浆液冲开, 使浆液进入地层, 并且可保证按 要求分清层次,形成劈裂,而当停止灌浆时,橡胶套又弹回并裹紧袖阀管,防止 管外流体进入管内, 起到逆止阀门的作业。 为防止橡胶套上下错位, 须在橡胶套 两侧用固定环固定。袖阀管不应有较大的弯曲,内壁必须光滑。 阀管上的每组射浆孔,即为一个灌浆段,灌浆头由双塞系统止浆塞和灌浆芯 组成 (如图二),每一次灌浆头在袖阀管中上下移动灌浆时, 只包含一个灌浆段, 亦即灌浆头移动距离与每组射浆孔间距相同。 图一 袖阀管结构示意图 图二注浆芯管结构图 五、施工工艺流程及操作要点 (一)施工工艺流程图 搭设施工平台 测 放 孔 位 钻机就位,校正方位和倾角 钻进成孔至设计深度 配制搅拌套壳 注 入 套 壳 料 料 制作袖阀管 下入袖阀管 配制搅拌固管止浆料料 安装止浆环,注入固管止浆料 待 凝 制备注浆液 下入芯管,开环注浆 自下而上进行,分段间歇注浆 全孔段注浆完成,冲洗袖阀管 保护好袖阀管, 必要时进行后备注浆 图三袖阀管注浆施工工艺流程图 (二)袖阀管注浆施工方法 1、钻孔 (1) 成孔设备和钻进方法的选择: 地面注浆选用 XY-100 型钻机,针对较软土层采用合金钻具回转钻进方法成 孔;针对硬土层和破碎岩层采用风动潜孔锤冲击钻进, 该钻机重量轻, 利于迁移, 并有较高的钻进效率。 (2) 钻机安装: 底座水平,机身稳固可靠。调整钻机高度,立轴对正孔位,将钻具放入孔口 管内,使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上,用罗盘、水平尺和辅助线检测立轴 方向和倾斜角度。 (3) 钻孔护壁: 采用优质稀泥浆护壁。当砂层较厚、孔内塌孔时,用φ 108mm 套管护孔,待 孔内注入套壳料并下入袖阀管后,才将φ 108mm 套管提出孔外。 (4) 注意事项: 钻孔布置注意避开管线,并不得破坏既有的基础。 2、安装袖阀管、浇注套壳料及固管止浆 (1) 钻孔至设计深度并采用清水洗孔后, 立即将套壳料通过钻杆泵送至孔底, 自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止。 (2) 依次下入按注浆段配备的袖阀花管和芯管, 下管时及时向管内加入清水, 克服孔内浮力,顺畅下入至孔底。 ⑶灌入封闭泥浆(即套壳料) 套壳料一般以膨润土为主,水泥为辅组成,大多数都用在封闭袖阀管与钻孔孔壁 之间的环状空间, 防止灌浆时浆液到处流窜, 在橡胶套和止浆塞的作用下, 迫使 在灌浆段范围内挤破套壳料(即开环)而进入地层。 套壳料浇注的好坏是保证注浆是保证注浆成功与否的关键, 它要求既能在一 定的压力下, 压开填料进行横向注浆, 又能在高压注浆时, 阻止浆液沿孔壁或管 壁流出地表。套壳料要求其脆性较高,收缩性要小,力学强度适宜,即要防止串 浆又要兼顾开环。 套壳料采用粘土和水泥配制,配比范围为水泥:粘土:水 =1:1.5:1.88,浆液 比重约为 1.5,漏斗粘度 24-26s;实际施工时应通过多组室内及现场试验,选取 最佳配比。依据工程中的要求,套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在 2-5d 内可灌浆。 3 2 2 套壳用量( m )=1.3×π× R (钻孔半径 -袖阀管半径 )×H 注浆段高度。 套壳料浇注方法: 成孔后, 将钻杆下到孔底, 用泥浆泵将拌好的套壳料经钻 杆注入孔内注浆段。 (3) 固管止浆:在袖阀管外花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管,在孔 口上部 2 米孔段压入止浆固管料, 直至孔口返止浓浆为止。 止浆固管料采用速凝 水泥浆,水 :水泥 =1:1.5。可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。 图四袖阀管法施工程序图 3、待凝 要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆。待凝时间控制在 2~5 天以内。 4、开环灌浆 ① 开环:灌浆的前期阶段,使用稀浆(或清水)加压开环。在加压过程中, 如果出现压力突降,进浆量剧增,表示已经“开环” 。开环后即按设计配比开始 正式注浆。 ② 灌浆:采用双栓塞芯管进行灌浆。根据各组注浆参数表要求,从孔底自 下而上进行注浆,每排孔眼作为一个灌浆段,其段长为 50cm。 ③ 注浆液采用 32.5 普硅水泥, 注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐 调整水灰比。开环压力为 0.35mpa 左右,具体数值根据现场实验调整。正常注浆 压力为 0.4-0.8Mpa。注浆压力控制在 1.0MPa 以内,并由下而上逐渐减小,视具 体情况分别采取了或作适当调整。 ④ 注浆次序:每次都必须跳开一个孔进行注浆,以防止发生窜浆现象。 ⑤ 间歇注浆:全孔段注浆完成后,间歇一段时间再进行第二次注浆,间歇 时间控制在 10~30min 之内。 5、终灌标准: ① 当注浆压力≥ 1.0Mpa,吸浆量 2.5L/min ,稳定时间 25 min 。 ② 发现被加固建筑物有上抬的趋势时,立马停止注浆。 ③ 发生窜浆或浆液漏失严重时,立马停止注浆。 6、后备注浆措施 每孔注完浆后, 用φ 20 水管插入袖阀管内, 泵入清水把袖阀管内残留水泥浆 冲洗干净,以备复注。浆管口用胶布封上,以备在以后开挖过程中,地面出现沉 降时,进行重复注浆。 7、压力注浆时的监测措施 在注浆过程中,要密切监测地面及建筑物的沉降情况,如发现被加固建筑物 有上抬的趋势,立马停止注浆,严控注浆前后建筑物的上抬量不允许超出 2mm 。 8、灌注材料及配比 用 32.5R 普通硅酸盐水泥作灌注主料,确定各种灌注材料的合理配比,在施 工中使用的材料配比(重量比)如下: ① 袖阀管套壳料: 水泥:粘土:水—— 1:1.5:1.88 (重量比,配方由现场试验最后确定) ; ② 固管料为单液水泥浆,配比为 水:水泥—— 1:1.5; ③ 袖阀管注浆的浆液配比 水泥:水—— 1:1~0.6:1,先稀浆后稠浆。如注浆效果较差时根据实据情况 采用双液浆或超细水泥浆液。 ④ 速凝剂: 如发现地下有水流通道,孔内漏浆严重时,可掺入适量的的水玻璃作为速凝 剂。水泥浆与水玻璃体积比 C:S=1:(0.5~1),其中: 水玻璃:浓度为 45Be',模数 n=2.4~2.8 六、劳动力组织 注浆实施工程人员一览表 工作类别 配备人数 备注 施工队长 1 专业方面技术人员 2 材料员 2 电工 1 焊工 2 钻孔班 4 人/机,共 16 人 注浆班 6 人/班,共 18 人 施工平台搭建 6 人 杂工 5 人 合计 53 人 七、材料与设备 注浆设备一览表 设备名称 型号规格 主要性能 数量 备注 钻机 XY-100 钻深 100m 4 台 用于地面注浆、 注浆泵 BW-150 压力≥ 4.5MPa 2 台 7.5KW 注浆泵 FBY-80/45 压力≥ 4.5MPa 2 台 15 KW 泥浆泵 BW-50 压力≥ 2MPa 1 台 4.5 KW 搅浆机 200L 快速型 5 台 4.5 KW 八、质量控制 制定技术管理制度和岗位制度, 加强全面质量管理, 建立完整全面质量检查 监督机制和施工全套工艺流程质量保证体系,采用“信息管理、动态施工”的科学施工方 法,确保工程保质、保量,按时完成。 ①按实施工程的方案做好各项施工前的准备工作; ②做好技术交底工作。 工程建设项目技术负责人对施工员、 机组队长进行技术交 底,确保施工按方案要求进行; ③做好各种施工机械设备的保养、 检修工作, 保证施工全套工艺流程中机械设备的正 常运转; ④按方案提供的控制轴线和控制点, 根据设计图纸测放出注浆孔位, 开工前 专人复核检查注浆孔位; ⑤袖阀管套壳料配方由现场试验最后确定,应严控,套壳料实施工程质量 的高低决定注浆施工的成败。 ⑥钻孔机对准孔位,调整垂直度,保证垂直钻孔机对准孔位,调整垂直度, 保证垂直成孔; ⑦ 严 格控 制注 浆压 力, 开 环压 力为 0.35mpa 左 右 ,正 常注 浆压 力 为 0.4-0.8Mpa。注浆压力控制在 1.0MPa 以内,并由下而上逐渐减小,注浆压力过 小则效果不明显,注浆压力过大则造成浆液浪费。 九、安全措施 1、进场实施工程人员必须配戴安全帽。按规定配齐其他安全防护装置。严格按 照操作规程和安全规程进行实施工程,确保施工安全。 2、每日收工时必须清理好现场,施工工具要摆放整齐,施工机械要及时清 洗和检修,尽力搞好文明施工。 3、搞好消防安全。努力协调好场地周围相关单位的关系等。 4 、做好工人的安全教育工作,安全员要常常检验核查执行措施,做好事故预防 性工作,保障施工工作顺顺利利地进行。 5、对注浆泵及钻机应专人负责使用及保养,防止危害他人。 6、常常检验核查所有电源线路,杜绝漏电触电事故发生。搞好夜间施工照明。 十、环保措施 1、桩基周围挖、砌施工沟 ( 槽) ,护筒埋设严密、不漏浆,用铁桶制作泥浆 池循环利用,集中运出,防止施工全套工艺流程中废浆横流。 2、施工中的多余泥浆应集中堆放管理, 每天进行清理, 严禁泥浆任意排放。 3、车辆离开施工现场前,一定要做好清洗工作,以防将
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