城市袖阀管注浆加固设计与工艺研究

1、城市袖阀管注浆加固设计与工艺研究浏览次数:199次发布日期:2012-6-5 22:13:56 1工程概况随着城市地下空间的开发和利用，地下t程丿施工对附近已有建筑物的彩响越来越受到关 注。深圳地铁四号线二期工程区间隧道下穿梅观立交桥群(k9+154 一 k9+266)便属于此类 问题。为了尽量减小地铁施工对立交桥桩基的影响，采用袖阀管注浆法对桩基周围地层 进行注浆加固。袖阀管注浆工法是由法国soletanche基础工程公司于上个世纪50年代 首创的一种注浆工法，乂称soletanche 3法。袖阀管注浆工法由于能较好地控制注浆范 i韦i和注浆压力，可进行重复注浆，且发生冒浆与串浆的可能性很小

2、等特点，被国内外公 认为最可靠的注浆工法z1 。该方法在注浆加固工程中近年來得到较广泛应用，深圳、 广州地铁施丄中曾多次采用袖阀管注浆技术加固地层，取得了良好的效果。深圳地铁四 号线二期工程区间隧道在k9+154 一 k9+266地段下穿梅观立交桥群，梅观立交桥群桩基 离隧道的开挖轮廓线最近仅5. 46m, o隧道为单洞双线隧道，隧道埋深约17m,采用矿 山法暗挖施工和复合式衬砌。隧道为马蹄形轮廓，开挖断面宽11. 48m,高7. 8m0采 川超前小管棚、边墙锚杆、钢筋网、钢筋格栅和喷混凝土联合支护。如何保证地铁区间 隧道施工屮桩基乃至梅观立交桥群的安全性是本工程的重难点，也是本工程建设成功的

3、 关键。区间隧道下穿梅观立交桥群地段，地质情况非常复朵，为富水流沙地层。从地表 至隧道顶部的上覆岩层依次是：人工填土、人工填石、砾砂、粉质粘土、砾砂、砾质粉 质粘土、全风化的粗粒花岗岩、强风化混合岩。其中砂质粉质粘十为灰白色，由粗粒花 岗岩风化残积而成，除石英外其它矿物均已风化成粘性土，大于2mm的石英角砾含量小 于20 ；全风化的粗粒花岗岩除石英外其它矿物均己风化成粘土。原岩结构基本破坏， 但尚可辨认，具有微弱的残余结构强度。地下水主要为基岩裂隙水，赋存在风化层中稳 定水位埋深在0. 70-27. 00m之间，涌水量约为1290m0/do2袖阀管注浆原理袖阀管注浆工法是在浆液经过注浆泵加压后

4、，通过连通管进入注浆管，聚集到袖阀管注 浆管段，然后通过钻有直径为6ram的泄浆孔的pvc管(即袖阀管)，在内压力的作用下， 将包裹在pvc外的橡胶圈胀开和套壳料挤碎。当压力逐渐增人到一定程度，被加压的浆 液就会沿着地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动，此时由于供浆量小于进入量， 压力会口动回复到平衡状态，续后的浆液在压力作用下，使得劈裂裂缝不断向外延伸， 浆液在土体中形成固结体，从而达到增加地层强度，降低地层渗透性的冃的。逐次提升 或降低注浆内管即可实现分段注浆，袖阀管注浆原理。橡胶圈的作用是当孔内加压注浆 吋橡胶圈胀开，浆液从泄浆孑l进入地层，停止注浆吋橡胶圈在袖阀管外部浆液的作用 下封

5、闭泄浆孔，阻上泥土和地下水逆向进入袖阀管内。套壳料的作用是在袖阀管周围形 成具有一定强度的保护层，注浆吋浆液在袖阀管有孔的部位挤碎套壳料，而上部和下部 的套壳料仍具冇一定强度，可以阻止浆液的上下流动。这样浆液就只在很小的范围横向 流动，以增加地层加固半径。而双塞管的作川是增压，当浆液通过注浆内管进入双塞管 后，浆液从内管上的4cm长的出浆孔流出。当浆液进入袖阀管和双塞管中间吋，在压力 作用下，橡皮帽被顶起，随着浆液的聚集，压力达到一定程度后，袖阀管外侧的橡胶圈 被胀开，套壳料被挤碎，从而浆液被挤圧到地层屮。袖阀管注浆需分段进行，每段注浆 应一次完成。3袖阀管设计参数为减小隧道开挖对桩基的影响，

6、袖阀管施丄前在隧道和袖阀管设计位置z间打设2排 159分隔加强钢管，钢管的间距0. 4m,错开布迸，且深入隧道底板以下5m。为增大 钢管的刚度，在钢管内充填水泥浆。外圈袖阀管和内排钢管之距离为0. 5m,钢管数量 共计为102根。钢管施工好后，根据设计在桩基周围施设2圈50x3. 5袖阀管，注浆孔 间距为0. 4m,设计钻孔直径-90mm,袖阀管共计174根（见图3）。袖阀管成孔后用套壳 料置换出护壁泥浆，套壳料的配比（重量比）为水泥：粉质粘土：水=1：1. 5： 2。套壳料养护5-7d达到强度0. 3-0. 5mpa后，在袖阀管内放入双塞注浆芯管进行注浆。注 浆材料为水泥、水玻璃双液浆，水泥

7、与水玻璃体积比1： 0. 5,水泥浆水灰比为1： 1, 水玻璃模数为2. 4o注浆压力控制在0. 5-1. 5mpa,形成注浆终孔直径约为0. 6m的 止水帷幕。在注双液浆时，每次双塞管的提升高度控制在30-50cmo4袖阀管施工袖阀管注浆法主耍施工流程，包括放样定位和钻孔、置换套壳料、插入袖阀管、注浆等。4. 1放样定位和钻孔先用全站仪通过基点坐标在桥桩周i罚引入一些辅助坐标点，再通过 这些处标点，采用拉线和卷尺量测的方法定出钻孔孔位。定出孔位后，用水泥砂浆在周 i韦i加固。由于袖阀管孔距仅40cm,为减小孔间的相互影响，在现场施工时每隔两孔钻孔 注浆，待一排袖阀管孔注浆结束后，再对z间的袖

8、阀管孔进行钻孔注浆，使得相临孔间 距达1. 2m。先钻外侧圈，注浆完成后，再实施内圈钻孔注浆。钻机就位后，应使其 平整稳固，在开钻前利用吊锤钻头和钻孔的垂肓度进行检测，并在钻进2m时及以示每 加一节钻杆均需对钻机调平校正，要求钻孔的倾斜度g。在钻进的过程中，一般采用合 金钻头，当遇到岩石吋，采用金刚钻头。桥桩的北侧，在钻进过程中发现大概有3m左 右厚的孤石存在，利用金刚钻头钻孔取芯。为防止钻孔的塌孔，采用泥浆护壁。在刚开 钻时，由丁泥浆的稠度不能够达到护壁的要求，现场采川膨润土进行调试，护樂泥浆比 重为1. 051. 12o泥浆的循环通过皮管和钻杆连接完成，在泥浆循环的过程中，会把 大虽的粘土

9、和砂砾循环到地面的泥浆池中，现场工人通过滤网将英从地面泥浆池中过滤 出，始终保持泥浆的比重在1. 05-1. 12之间。为保证钻孔质量，应注意：在钻孔时, 保证转速均匀；在换钻杆时，钻杆提升和放下应保持垂直，以免扩孔。4. 2置换套壳料成孔后立即通过钻杆将套壳料置换孔内泥浆，方法是将通过循环泥浆的 管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下,通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料。套 壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置 换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池。在发现排出的泥浆中含 有套壳料时，停止置换。根据设计套壳料的配比为（重量比）水泥（p.

10、032. 5）：彭润土： 水一 1： 1. 5： 2,实验室对试块进行了抗压强度试验，测得试块三天平均抗压强度为 0. 4mpa,达到设计要求。4. 3插入袖阀管在套壳料宜换结束后立即插入袖阀管。由于每节袖阀管的长度为4m, 在插入时相邻两节袖阀管用长度为20cm的pvc套管连接，采用u-pvc胶合剂将袖阀管 和连接套管粘牢。第一节袖阀管安装好堵头，再对管中注入清水，冃的是减小袖阀管的 弯曲直。袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，卜放时尽量保证袖阀管 的中心与钻孔中心重合。现场施工在地而以下一定深度是不注双液浆的，所以在插入袖 阀管时，在地而以下2m所用的管材为花管，即不在pvc管

11、上钻泄浆孔。同时应保证袖 阀管的上端头露出地面20cm,再用套头套牢，防止杂物进入管内。4. 4注浆套壳料养护5-7d,强度达到0. 3-0. 5mpa后,将注浆内管与双塞管连接好 一起放至袖阀管底部，由卜往上逐段注双液浆，并严格控制注浆效果。根据试验室试配 试验，当水玻璃的浓度为30-35be吋，双液浆的凝固时间只有20多秒。而现场施工很 难控制，极易发生堵管现彖。根据现场丿施工条件，经过试验室多次试验，在通过设计和 监理的同意卜把水玻璃的浓度词整为7-9 be ,把双液浆的凝固时间控制在180s以上。 最终确定双液浆的配合比，水泥浆的水灰比为1： 1,水泥浆和水玻璃的体积比为lo 实际注浆

12、小，每根袖阀管的注水泥浆量为2. 2m3,水玻璃浆量也为1. 2mo,共注双液 浆2. 4mo现场注浆的工艺：注浆内管和双塞管连接好放到袖阀管底部：注浆内管 顶部和液压法浆泵的出浆端连接，中间接冇压力表；通过搅拌机配制水泥浆，把配制 好的水泥浆通过注浆机注入到幫料容器屮；在另一塑料容器屮，调制水玻璃溶液，使 得溶液的浓度在79 be之间；把液压注浆泵的进浆端分别放到水泥浆和水玻璃溶液 中；开卅液压注浆泵进行注浆，水泥浆和水玻璃的体积比为1： 1;注浆压力达到 1. ompa以上并持续30s后，上提注浆内管，提升的高度控制在50cm以内。为防止浆 液在注浆内管和浆泵中凝固，当两容器中的浆液全部注

13、入到袖阀管中后，需対注浆内管 进行冲洗。方法是把液压注浆泵的两个进浆端放人盛有清水的容器中，对袖阀管注入清 水，注入的体积等于注浆内管体积和液压注浆泵进出浆皮管的体积。注浆屮应密切注意 注浆压力的变化。每段注浆时，压力表应出现两次峰值，在注浆刚开始，出现第一次峰 值,压力达到12mpa左右，持续的时间很短;随后压力逐渐降到0. 5-0. 9mpa间的 相对平稳值，持续时间在一分钟左右，压力表出现第二次峰值，压力约为1. 3mpa，偶 尔也能达到1. 6mpa以上，将注浆内管上提进行下一段注浆。压力表出现笫一次峰值是 山于套壳料引起的，当套壳料被挤碎，这个峰值很快下降；随着浆液的注入，地层中间 的空隙被填充，注浆压力也逐渐增大，达到第二次峰值。4. 5施工设备现场施工设备包括：钻孔机械。采用xy - 1ab型工程地质钻机；注 浆机械。套壳料置换泥浆时，所用的注浆机hjb 2型挤压式注浆机，挤压胶管内经 38mm。注双液浆采丿ij fby液压注浆泵，压力范围05-7mpa；搅拌机。0. 5mo容 量双桶搅拌机。4. 6现场监测在桥的立柱上埋设检测点，在地面袖阀管注浆和隧道开挖通过桥桩基的整 个施工过程屮，对桩基的水平位移和竖向沉降进行监测.利用桩基的监测信息指导施丁, 5结语深圳地铁四号线上民区间卜穿梅观立交桥群，由于桥桩基离隧道开挖边界很近，隧道的 施工可能给桩基的安全带