盾构端头地基加固施工技术

1、.3-2-25盾构端头地基加固施工技术1前言1.1概述盾构始发或到达时需凿除洞门，这时会由于切除竖井挡土墙（桩）而使开挖面处于暴露状态且会保持较长时间，这时稳定性较差的软土就很易发生塌方事故，严重影响盾构的安全施工，故在盾构的始发和到达的端头必须根据具体地质情况采取切实可行的加固措施以确保安全。通过盾构端头地基土质改良使地层具有一定的自稳性和抗渗性，从而确保进出洞施工的安全和质量。地基加固方法有冻结法、注浆加固法、置换法等，目前国内广泛应用的是深层搅拌桩、高压旋喷桩加固法，具有安全可靠，施工工艺简单且经济性等优点。两者相比较，深层搅拌桩比高压旋喷桩更经济，前者适合于粘土地层、后者适合于砂层或含

2、砂地层，旋喷桩比搅拌桩的实际加固效果更有保证。1.2特点盾构端头地基加固与一般的地基加固处理相比，除要求加固土体具有要求的强度外，对加固均匀性以及止水性均有较高的要求（加固土体无侧限抗压强度一般不小于0.50.8MPa，渗透系数不大于1×10-7cm/s），且加固深度一般较大，从十米到几十米不等。1.3适用范围适用于盾构进出洞端头的地基加固。2盾构进出洞端头地基加固区域常见的盾构进出洞端头地基加固区域如图2-1所示。盾构进洞（始发）端加固长度一般为6m，盾构出洞（到达）端加固长度一般为3m，加固范围超出盾构外缘3m。对于加固区至地面部分一般采用弱加固，除非地基承载力不能满足盾构吊装需

3、要。桩位施工顺序一般为跳孔施工。图2-1 常用的盾构进出洞端头地基加固区域图3深层搅拌桩3.1工艺特点深层搅拌桩加固工法是利用水泥、生石灰粉为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基一定深度与软粘土强行拌和，并利用固化剂与软土搅和过程中发生的一系列物理反应和化学反应，使该加固区域的地基硬结成具有一定强度的复合地基。深层搅拌桩施工具有无噪声、无振动、无污染、工效高、成本低等优点。加固土体无侧限抗压强度一般不小于0.50.8MPa，渗透系数不大于1×10-7cm/s。3.2适用范围深层搅拌法适用于饱和软粘土、淤泥质亚粘土、新吹填土、沼泽地带炭土、沉积粉土等土层的地基加固。3.3布桩形式深层

4、搅拌桩的布置主要分为A型和B型两种，具体如图3-1所示，若采用A型布桩虽能满足承载和止水的要求，但桩距太密和水泥用量较大，较不经济；而采用B型布桩不能满足止水要求，可根据地面荷载等选择布桩形式。根据地质的差异，成桩直径为0.61.2m。图3-1 深层搅拌桩常见的两种布置形式3.4设计3.4.1一般要求 （1）深层搅拌法适于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120KPa的粘性土等地基。（2）工程地质勘察应查明填土层的厚度和组成，软土层的分布范围、含水量和有机质含量，地下水的侵蚀性质等。（3）设计前必须进行室内加固试验，针对现场地基土的性质，选择合适的固化剂及外掺剂，为设

5、计提供各种配比的强度参数。加固土强度标准值宜取90d龄期试块的无侧限抗压强度。 （4）施工前应标定深层搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数，并根据设计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配比和施工工艺。3.4.2设计计算 （1）深层搅拌法处理软土的固化剂可选用水泥，也可选用其它有效的固化材料。固化剂的掺入量宜为被加固土重的7%15%.外掺剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节约水泥等性能的材料，但应避免污染环境。 （2）搅拌桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基荷载试验确定，也可按下式计算：fsp，k=m·Rkd/Ap + 

6、3;（1-m）fs，k式中 fsp，k复合地基的承载力标准值； m面积置换率； Ap桩的截面积； fs，k桩间天然地基土承载力标准值； 桩间土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取0.51.0，当桩端土为硬土时，可取0.10.4，当不考虑桩间土的作用时，可取0； Rkd单桩竖向承载力标准值，应通过现场单桩荷载试验确定。单桩竖向承载力标准值也可按下列二式计算，取其中较小值： Rkd =fcu，kAp Rkd=qsUpl + Apqp式中 fcu，k与搅拌桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值； 强度折减系数，可取0.

7、350.50； qs桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取58KPa，对淤泥质土可取812KPa，对粘性土可取1215KPa； Up桩周长； l桩长； qp桩端天然地基土的承载力标准值，可按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ7-89第三章第二节的有关规定确定；桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.6. 在设计时，可根据要求达到的地基承载力，按上述求得面积置换率m. （3）深层搅拌桩平面布置可根据上部建筑对变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状、块状等处理形式。可只在基础范围内布桩。 柱状处理可采用正方形或等边三角形布桩形式，其桩数可按下式计算： n=m·A/Ap 式中 n桩数； A基础底

8、面积。 （4）当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，可按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ7-89的有关规定进行下卧层强度验算。 （5）搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的压缩变形和桩端以下未处理土层的压缩变形。其中复合土层的压缩变形值可根据上部荷载、桩长、桩身强度等按经验取 1030mm.桩端以下未处理土层的压缩变形值可按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ7-89的有关规定确定。 （6）深层搅拌壁状处理用于地下挡土结构时，可按重力式挡土墙设计。为了加强其整体性，相邻桩搭接宽度宜大于100mm。3.5主要施工参数下沉速度：0.5m/min；提升速度：0.5m/min；水泥掺量： 1020%，P0

9、32.5级普通硅酸盐水泥；水灰比：0.5；注浆压力：1.52.5 Mpa；强度：根据设计要求，一般加固土体28天龄期后无侧限抗压强度0.50.8Mpa。3.6施工工艺深层搅拌桩施工工艺流程如下图3-2所示。测量放线定桩位开挖导沟搅拌机定位调整钻杆角度搅拌、提升、喷浆复搅、复喷施工结束器械清洗移位搅拌机架设配置浆液制作试块图3-2 深层搅拌桩施工工艺流程图施工工艺如下：（1）桩位放样由现场技术员根据设计图纸和测量控制点放出桩位，桩位平面偏差不大于50mm。在两侧定位架上以设计间距，用红色油漆做好标记，保证搅拌桩每次准确定位。（2）开挖沟槽开挖过程中，根据基坑围护内边控制线，采用挖机开挖，清除地下

10、障碍物。（3）调整桩架垂直桩机移动前必须仔细观察现场情况，移位要做到平稳、安全。桩机定位后，对桩位进行复核，偏差不得大于2cm。（4）桩机垂直度校正在桩架上焊接一半径为5cm的铁圈，10m高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在1.5%内。（5）桩长控制标记施工前应在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长。（6）水泥浆液拌制水泥浆搅拌系统应配有可靠的计量装置，喷浆系统应配备流量表、压力计等检测装置。施工前搭建好可存放水泥的拌浆平台。（7）搅拌桩机钻杆下沉与提升按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在下

11、沉和提升时均需注入水泥浆液。钻杆提升速度不得大于0.5m/min，均匀、连续的注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。搅拌次数以一次喷浆二次搅拌或二次喷浆四次搅拌为宜，且最后一次提升搅拌宜采用慢速提升，桩底应进行复喷。（8）注浆、搅拌、提升开动灰浆泵，待纯水泥浆到达搅拌头后，按要求提升搅拌头，边注浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和原地基土充分拌和，直提升到离地面50cm处或桩顶设计标高后再关闭灰浆泵。（9）桩机清洗在每天施工完毕后，向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。（10）桩与桩搭接时间不应大于12h，

12、相搭接宽度大于100mm；如超过12h，则在第二根桩施工时增加注浆量20%，同时减慢提升速度。4高压旋喷桩4.1工艺特点高压旋喷就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。加固土体无侧限抗压强度一般不小于0.8MPa，渗透系数不大于1×10-7cm/s。4.2适用范围高压旋喷桩适用于砂层、含砂地层等土层或要求较高的地基加固。4.3分类 高

13、压旋喷桩根据输送的介质不同，分为单重、双重、三重管三种，双重管较单重管增加高压空气、三重管较双重管增加高压水，其经济性比较为递增顺序。常用的为单重、双重。根据管的重数和地质的差异，成桩直径一般为0.61.2m。4.4布桩形式高压旋喷桩布置主要分为A型和B型两种，具体如图4-1所示。其优缺点同3.3节所述。图4-1 高压旋喷桩常见的两种布置形式4.5主要施工参数水泥掺量： 1520%，P032.5级普通硅酸盐水泥；水灰比：0.81.5；注浆压力：2530Mpa；浆液流量：80120 L/min；浆液喷嘴：常用0.28mm；提升速度：10 cm/min；旋转速度：10转/min；空气压力：0.6-

14、0.8Mpa；强度：根据设计要求，一般加固土体28天龄期后无侧限抗压强度0.8Mpa以上。 4.6施工工艺高压旋喷桩施工工艺流程如下图4-2所示：测量放线定桩位钻机定位调整钻杆角度钻孔横向高压喷射注浆旋转提升、拔管喷射结束器械清洗移位钻机准备配置浆液开启高压风、水图4-2 高压旋喷桩施工工艺流程图施工工艺如下：（1）旋喷施工前，应首先进行场地平整和桩位布置并做好排水设施，然后钻机定位。将钻机安置在现场精确测设的孔位上，使钻头对准孔位中心。钻机安装定位要准确、水平、稳固。为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后须作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置。钻杆垂直度1%。（2）钻孔的目的为了

15、将注浆管插入预定的地层中。钻孔位置与设计孔位偏差不得大于50mm。用低压1.0N/MM 清水或粘土浆喷射，边喷边回转钻杆，使钻头钻至设计标高，当遇到坚硬地层或障碍物时，要摸清情况，采取地质钻等措施。（3）喷射注浆管插入预定深度后，由下至上同时喷射高压浆及低压空气。注浆时随时检查浆液初凝时间、浆液流量、浆液压力、旋转提升速度及（空气、水的压力、流量）等参数是否符合设计及规范要求，并随时做好记录。（4）钻杆的旋转和提升必须连续不中断，拆卸钻杆继续旋喷时，其搭接长度不小于100mm。遇故障停喷2小时以上复喷时的搭节长度不小于1m。（5）按照预定的旋喷参数先进行试喷，现场试验，绘制作业过程曲线，优化参

16、数，保证符合设计要求检查并排除故障。喷嘴回转、提升，形成旋喷桩。（6）喷射完毕后，把注浆管等机具设备冲洗干净，浆液换成水，进行清洗喷射，泥浆泵及管路内不得存有水泥浆。（7）将钻机等机具设备移至新孔位。5劳动力组织深层搅拌桩及高压旋喷桩劳动力配置见表5-1、5-2所示 表5-1 深层搅拌桩施工劳动力配置表序号工种人数1搅拌桩机司机42电 工13普 工84测 工25制 浆 工46机 修 工2表5-2 高压旋喷桩施工劳动力配置表序号工种人数1钻机司机22制 浆 工23电 工14普 工45测 工26机 修 工16机具设备配置深层搅拌桩及高压旋喷桩机具配置见表6-1、6-2所示表6-1 深层搅拌桩机械设

17、备配置表序号设备名称型号单位数量1双轴搅拌机台12压浆泵台13空压机6m3台14储浆桶1表6-2 高压旋喷桩机械设备配置表序号设备名称型号单位数量1旋喷桩机GS500-4台12高压清水泵XZ台13排污泵7.5DNP-120台34泥浆搅拌泵UB3台15拌浆机UB3台16空压机6m3台17储浆桶个17质量控制要点深层搅拌桩及高压旋喷桩质量检验标准见表6-1、6-2所示表7-1 深层搅拌桩施工质量检验标准检查项目允许偏差检查方法桩体强度设计要求钻芯取样水泥用量设计要求查看流量计搭接长度200尺量桩底标高±200mm测机头深度桩位偏差50mm尺量桩垂直度偏差1 %经纬仪桩径0.04D（D：桩

18、径）尺量表7-2 高压旋喷桩桩施工质量检验标准检查项目允许偏差检查方法桩体强度设计要求钻芯取样水泥用量设计要求查看流量计注浆压力按参数设定指标查看压力表搭接长度200mm尺量孔深±200mm测机头深度桩体直径50mm尺量桩垂直度偏差1%经纬仪测转杆或实测桩径0.02D（D：桩径）尺量质量控制要点如下：（1）各技术工种人员必须持证上岗，上岗前必须进行考核，合格后方能允许上岗操作。（2）开工前组织施工人员进行技术交底，施工中根据工程要求召开质量管理专题会，不得使用不合格的施工机具及不合格或失效的水泥。（3）控制钻头下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度都得到充分搅拌。（4）严格按施工工艺执行，确保搅拌均匀，保证桩身质量，每根桩必须有完整的施工记录资料。8安全注意事项（1）严格执行安全操作规程，安全员负责安全教育和检查，有权制止不合要求的施工操作。（2）机械设备运行时，特别是在制桩过程中，岗上人员必须坚守岗位，夜间