第四章地下工程施工之辅助工法-2

1、第四章地下工程的施工同济大学地下系谢雄耀副教授xiexiongyao tongj i. edu .cn地下工程的辅助工法0物理方法：冻结法、降水法、动力压密法、 深层挤密桩法、土的加筋法0化学方法：注浆法、深层搅拌桩、粉喷桩1.1注浆法定义机械压力一浆液f土粒间或裂隙松散土 （天然地基）1“人造石”2013-3-27§ 1注浆法施工M.2注浆类型0按照注浆材料水泥浆液优点强度高、耐久性好、材 料丰富、工艺简单成本低；缺点：容易离析和沉淀稳 定性差化学浆液优点：可注性好缺点：强度低、耐久性差、 环境污染、成本高ul.2注浆法类型f参透性注浆：土层结构不受扰动,03-05MPa0按工艺原

2、理一劈裂注浆:附加应力一土体剪切裂缝 一超孔隙水压力一消散固结*压密注浆 M1¥1惰性浆液材料-均匀凝固胶体&压密周围土体亠喷射注浆法2013-3-27§ 1注浆法施工-喷射注浆法原松散状土体经过高压喷射注 浆后，变成圆柱形、板壁形和 扇型固结体，并且有良好的强 度、抗渗性、耐久性。从而可 提高抗剪强度、地基承载力， 降低土体压缩性。L師飙并聲勰衆沛入单向玆斟2013-3-275.恥締并分节移动注鷄曽4.连接注嘶注A拌制好的飆3. WWiilg献玆注淞管§ 1注浆法施工花管注浆套管护壁注浆法M.3常用注浆方法一边钻边注2013-3-27§ 1注浆

3、法施工f花管注浆2013-3-27步骤：1、打入一下部带尖头的花管图引2、冲洗进入管中的砂土 图b;3、最后自下而上分段拔管灌浆图 c特点：1、工法简单2、遇卵石及块石时打管很困难,故只适用于较浅的砂土层；3、灌浆时容易沿管壁冒浆-套管护壁注步骤：1、边钻孔边打入护壁套管，直至预 定的灌浆深度图a;2、接着下入灌浆管图b;3、然后拔套管灌注第一灌浆段丨图 c；4、再用同法灌注第二段及其余各 段，直至孔顶图d o特点：打管较困难，为使套管达到预 定的灌浆深度，常需在同一钻孔中 采用几种不同直径的套管。§ 1注浆法施工 f边钻边注2013-3-27(b)步骤:在地表埋设护壁管，上而下钻完

4、一段灌注一段，直至预定深度为止。特点：1、无需在砂砾层中打管；2、是容易冒浆，而且由于是 全孔灌浆，灌浆压力难以按深度 提高，灌浆质量难以保证。§ 1注浆法施工 f袖阀管注浆0 彳 WMi/UJL3 5-2/简介: 又称Soletanche方法，于20 世纪90年代开始广泛用于国际 土木工程界。在砂砾地基灌浆 中，袖阀管法用得最多。§ 1注浆法施工 f阀管注浆特点：1討根据需要灌注任何一个灌浆段；2、可以进行重复灌浆；3、可使用较高的灌浆压力，灌浆 时冒浆和串浆的可能性小；4、钻孔和灌浆作业可以分开，使 钻孔设备利用率提高。5、缺点：耗费管材较多；每一 个灌浆段长度固定为3

5、350cm ,不能根据地层的实际情况调整灌浆段长度。步骤1、钻孔。通常用优质泥浆，如膨润土 造浆；2、插入袖阀管。为使套壳料的厚度均 匀，应设法使袖阀管位于钻孔的中心；3、浇注套壳料。用套壳料置换孔内泥 浆,浇注时应避免套壳料进入袖阀管 内，并严防孔内泥浆混入套壳料中；4、灌浆。待套壳料具有一定强度后， 在袖阀管内放入带双塞的灌浆管进行灌 浆；13注浆设计对于有管涌和水土流失危险之处则更须预先进行可靠的预防性 地基处理。必须加固的位置和范围要选在可能引起突发性灾害 事故的地质或环境条件之处，包括但不限于以下条件：CO 液性指数大于1.0的触变性及流变性较大的粘土层，基坑开 挖较深，墙前土体有可

6、能发生过大的塑性破坏； 地下水丰富的松散砂性土或粉砂土层； 坑边设备重载区或坑外有较大的超载，或坑外有局部的松土 或空洞； 基坑附近有重要的保护设施或对沉降较敏感的建筑设施： 坑周边有较大的边坡或较大的水位差； 坑内局部加深区域的加固。13注浆设计1）应考虑注浆的目的：用于防渗、加固、提高地基 承载力，增加土体稳定性，还是降低土体的压缩 性。2）注浆标准的确定;3）选择适宜的注浆材料，有水泥基浆材，化学浆材（水玻璃类、环氧树脂类）4）注浆参数，包括注浆压力、浆液扩散半径、浆液 浓度以及凝胶时间。2013-3-27桩位墙肋式布置图(b)桩位格栅式布置图(c)基坑土体加固桩位排列布置形式2013-

7、3-27土体加满膛式布直图闾土体加固格柵式布直图土体加 art 苗基坑土体加固平面布置形式42013-3-27抢险类加固2013-3-272013-3-27自馬地面控制世紫屁板I地下左或墙U 1bt 1 桩戏 2:0 近立 3it±ft 区变 动力 主应邻独郸近建S3物基础2013-3-27被动区注浆示倉图亠主动区控制注浆卩2013-3-27§2人工地层冻结法冻结机理了解土的组成：固体一一土颗粒，不考虑其冻结气体一一含少量水蒸气，不考虑其冻结 液体水。包括自由水、结合水土的冻结 土中水的冻结2013-3-27§2人工地层冻结法10冻结管冻土誉本原理12人工地层冻结

8、法(Artificial Ground Freezing, AGF)(简称 “冻结法"),是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天 然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程 的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊 施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结 地层。制冷方法间接式：盐水制冷-30°C-35 °C 直接式：液氮制冷-196 °C冻土特点绝对的封水性较高的强度:-8°C, 2.7MPa;-30 oC,5.54MPa安全性、可知性、变化性土 :禾工®矿山凿井：竖井斜井隧道施工：隧道掘

9、进；盾构顶管进出洞联络通道 基坑工程、穿越.地下对接、管线工程、事故处理 基础加固边坡加固环境保护：污染物处理土工试验：原状土取样2013-3-27§2人工地层冻结法土冻结的阶段第一阶段先形成很小的分子集团，称为结晶中心 或生长点；第二阶段一一再由这些分子集团生长变成稍大的团粒, 称为晶核；第三阶段最后由这些小团粒结合或生长，产生冰 晶。2013-3-27§2人工地层冻结法2013-3-272013-3-27土冻结过程的il度特征Source Reproduced with permission of V. Lunardini from I unurdini 1981.20

10、13-3-271、过冷。土中水处于负温但无冰 晶存在，原因是结晶中心在比冰 点更低的温度下才能形成；bound 2、跳跃。土中水形成冰晶和冰 Fozen.豐黑囂疥J生长时，放出结晶潜热，使 土温骤然升高；恒定。冰晶不断生长，因潜 热释放，土温保持基本不变；4、递降。土中大部分水完成结 晶，潜热释放基本停止，土温 继续下降§2人工地层冻结法影响土冻结的因素分散度越大，土的粘性越大，则冻结温度越低。（砂土粉土黏土）2013-3-272013-3-27含水量越大,则冻结温度越高。（含水量2013-3-27越高越接近清水）含盐量越高，则冻结温度越低（结冰温 度下降）§2人工地层冻结

11、法冻土壁设计|冻土抗拉强度规律与抗压强度相同。强度随着温 度的降低增长，同时取决于土的成分、含水量等 因素。数值上，抗压强度比抗拉强度高26倍。I冻土壁形状。根据工程需要，由冻结管布置，设 计冻土帷幕2013-3-27§3降水法 u 3.1降水原理实质：降低土层中自由水的水面高程，提高地基土体抗剪强度。工程实践表明，夹薄层粉砂(KhA105cm/scc)的粘性土层,在降水3周后，含水量减少30%, 土体体抗剪强度增加3050%。3.2常用降水方法一一明排法喷100mm厚C20混凝土p 6. 5200X200钢筋网片300 X 200排水沟/一2. 453.2常用降水方 一轻型井点降水

12、1）定义：轻型井点就是沿基坑的四周将许多井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下 水从井点管内不断抽出，这样便可将原有地下水位降至坑底以下。2）所需抽水设备：真空泵、离心泵和水气分离器5）施工注意1、轻型井点使用时，一般应连续抽水，（特别是开始阶段）。时抽时， 滤网易堵塞，也容易抽出土粒，使出水混浊，并会引起附近建筑物由于土 粒流失而沉降开裂；同时由于中途停抽，地下水回升，也会引起土方边坡 坍塌等事故2、轻型井点的正常出水规律是“先大后小，先混后清”，否则应立即检查 纠正。必须经常观测真空度，如发现不足，则应立即检查井点系统有无 漏气并采取相应的措施；3、

13、采用井点降水时，应对附近的建筑物进行沉降观测，以便采取防护措 施；4、在抽水过程中，应调节离心泵的出水阀以控制出水量，使抽吸排水 保持均匀，达到细水长流。在抽水过程中，还应检查有无“死井”（ 即井点管淤塞）。如死井太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压 水反向冲洗或拔出重埋。2013-3-27§3降水法ij 3.2常用降水方法轻型井点降水4）井点施工井点系统的安装顺序是：挖井点沟槽、铺设集水总管；冲孔，沉设井点管 ，灌填砂滤料；弯联管将井点管与集水总管连接；安装抽水设备；试抽。井点系统施工时，各工序间应紧密衔接，以保证施工质量。各部件连接头 均应安装严密，以防止接头漏气，影响降水效果

14、。2013-3-27§3降水法 层讎用降水方法喷射井点降水2013-3-272013-3-27当基坑开挖要求降水深度大于6m时，如用轻型井点就必须用多级井点。这会增加井点设备数量和基坑挖土量，延长工期等，往往不是经济的。因此,当降水深度超过6m,土层为渗透系数为0.12.0m/d的弱透水层时，以采用喷射井点为宜，其降水深度可达20m。2）喷射井点设备在排水总管处加设一个射流泵，可以提高抽水深度达30m，称为 射流-喷射井点。3）喷射井点设备与井点布置在排水总管处加设一个射流泵，可以提高抽水深度达30m，称为射 流-硫射井点。2013-3-27§3降水法ij 3.2常用降水方

15、法管井昇点1）适用条件-管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井， 每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。 在土的渗透系数大（20200m/d）、地下水量大的 土层中，宜釆用管井井点。-管井的间距，一般为2050m,管井的深度为8 15m。井内水位降低，可达610m,两井中间水位 则为35m。-管井的沉设，可采用泥浆护壁钻孔法。2013-3-27§3降水法u 3.2常用降水方法管井井点2）施工设备管井井点的设备主要是由管井、吸水管及水泵组成。管井可用钢管管井和混凝土管管井等。钢管管井的管身采用直径150250mm的钢管，其过滤部分采用钢筋焊接骨架外包孔眼 为12mni的滤网，长度23m。混凝土管管井的内径为 400mm,分实管与过滤管两种，过滤管的孔隙率为2025%, 吸水管可采用直径为50100mm的钢管或胶皮管，其下端应沉 入管井抽吸时的最低水位以下。水泵可采用24英寸潜水泵或单 U级磐'常用降水方法一深井井点1）适用条件当降水深度超过15m时，可在管井井点中采用深井泵。这种采用深井 泵的井点称为深井井