深基坑止水帷幕AM管灌浆施工工法

深基坑止水帷幕幕TAM（Tube--A-Mannchettte）管灌浆工法1.前言TAM管灌浆施施工工法是一一种结合压密密注浆、劈裂注浆等现代灌浆理论而发发展形成的新型地地表垂直深层层灌浆施工技术术。TAM管灌浆法法通过较大的的压力将浆液液注入岩土层层中，灌浆芯管上下下的止浆塞可实现现分段分层灌浆，可根据据施工需要选选择连续或跳跳段灌浆，使得松松散的地层和和较密实的地地层均得到很很好的灌浆加固效果果，避免了以以往的灌浆工艺在松松散地层和较较密实地层同同时存在时，松松散地层灌浆浆量大，较密密实地层注不不进浆的现象象的发生。TTAM管灌浆法一般用于深深度50m以内的的地表灌浆，在地质情况况比较复杂的的情况下，该该技术有很好好的应用效果果。TAM管灌浆法法具有在灌浆浆区域内任一一段反复灌浆浆以及同一根根TAM管内可可采用不同灌灌浆材料等显显著优点，施施工实践证明明TAM管灌浆技术安全全可靠，经过过总结提高，形形成此工法。2.工法特点2.1钻孔、灌浆可采取平行作作业方式，提提高施工效率。2.2灌浆芯芯管具有上下下两个止浆塞塞形成的止浆浆系统，能将将浆液限定在在灌浆区域的任任一段范围内内进行灌浆。止浆系统在在光滑的TAAM管内可自自由移动，一一般由下而上上，达到分段灌浆浆的目的，可据地层情情况调整灌浆浆长度，选择连连续或跳段灌灌浆，每个灌浆长度一般般固定为300～50cmm。2.3可根据据地层特点，在在某一段灌浆浆区域内反复复灌浆，或在灌浆管内不同同区段采用不不同的灌浆材料，选选用不同的灌灌浆压力进行灌浆。灌浆压力较小小时浆液扩散散沿灌浆孔的水平平方向多于垂垂直方向，可可有效地压密密土体；灌浆浆压力较大时时浆液扩散沿沿灌浆孔的垂直直方向多于水水平方向，可可在土体中产产生劈裂效应应。2.4由于外外皮浆的作用用，采取较大大的灌浆压力时，发发生冒浆和串串浆的可能性性小。3.工法关键技技术3.1根据各各个区域不同同地质水文条条件特性，选选择不同的灌灌浆参数和灌浆材料进行灌浆。灌浆施工一般穿越越粉质粘性土土层、中细砂砂层、粗砂砾砾层、残积层层和破碎带等等不同地质构构造，而各种种地层的吸浆浆能力，以及及浆液在地层层中的扩散作作用机理也不不尽相同，采采用不同的灌灌浆材料和灌浆参数对灌浆效果有着着决定性作用用。3.2灌浆采采取定压定量量双控指标，保保证灌浆效果，控控制地表隆起起。灌浆控制标准准主要以压力力控制为主，以以每次灌浆量和总灌浆量为辅，灌浆浆施工中应通通过现场监测测对灌浆参数及浆浆液配方作进进一步确定，根根据现场实际际情况适当调调整，确保灌灌浆效果。3.3TAMM管的灌浆步距和溢浆孔孔布设间距，可可根据灌浆施工中所所选择的灌浆浆材料和地层层的特性进行行设置，从而而达到理想的的灌浆效果。4.适用范围围本工法适用于各各类填土、砂砂土、淤泥质、粉粉质粘性土、全全（强、中）风化、断层破碎带等等地层，富水和流动动水条件下基基坑工程的止止水帷幕施工工。针对淤泥质质等软弱地层层，该工法是是目前被国内内外公认的最最可靠的灌浆浆方法，著名名的英吉利海海峡隧道，法法、日、意等等国以及台湾湾、香港地铁铁工程均使用用过该灌浆方法。5.工艺原理TAM（Tubbe-A-MMancheette）灌浆工法通过TAM管和灌浆芯管组成成的灌浆系统对土土层进行分次次灌浆，有效地地填补地层空空隙，并可以以通过二次灌灌浆弥补灌浆缺陷，使使地层得到有有效的加固止止水效果。浆浆液经过灌浆浆泵加压后进进入灌浆芯管，聚聚集到TAMM管灌浆管段，然然后通过TAAM管上钻有有的泄浆孔，在在内压力的作作用下，将包包裹在泄浆孔孔外的橡胶圈圈胀开、外皮浆挤碎碎。当压力逐逐渐增大到一一定程度，被被加压的浆液液就会沿着地地层结构产生生充填、渗透透、压密、劈劈裂流动，此此时由于供浆浆量小于进入入量，压力会会自动回复到到平衡状态，续续后的浆液在在压力作用下下，使得劈裂裂裂缝不断向向外延伸，浆浆液在土体中中形成固结体体，从而达到到增加地层强强度，降低地地层渗透性的的目的。逐次次提升或降低低灌浆芯管即可可实现分段灌灌浆，TAM管灌浆原理如图图1所示。图1TAM灌灌浆原理6.工艺流程及及操作要点6.1TAMM灌浆法施工工工艺流程图TAM管灌浆工工法主要施工工流程包括放放样定位和钻钻孔、插入TTAM管、灌注外皮浆、压力力分段灌浆等。施工工工艺流程图见见表1及图2。表1TAM灌浆浆法施工工艺流流程图图2TAM灌灌浆法施工工工艺示意图6.2钻孔及灌灌浆设备就位位用全站仪通过基基点坐标引入入辅助坐标点点，再通过这这些坐标点，采采用拉线和钢钢尺量测的方方法定出钻孔孔孔位。钻机就位后，应应使其平整稳稳固，开钻前前对钻杆的垂垂直度进行检检测，在利用用平水尺或角角度器把钻孔孔机调较至垂垂直角度之后，随即进进行钻孔施工工，在钻孔期期间仍需不时重复地监监察钻孔角度度，每加一节节钻杆均需对对钻机调平校校正，以避免免造成过大偏偏差而影响工工程质量，要要求钻孔的倾倾斜度≤1%。灌浆孔采用临时时套管护壁水水冲法钻进成成孔（图3），临时套管外径一般般约70mm~110mm，钻进深度应应达到灌浆固结段。钻孔孔过程中应选选用合适的钻钻孔压力、钻钻机转速和冷冷却液流量，并并注意孔内情情况，避免出出现卡钻、埋埋钻、烧钻。钻进过程中中要做好记录录，为灌浆作业提供供参考数据。图3钻孔图44灌浆设备由于灌浆孔距一一般在300mm~1000mmm，为了减小小钻孔间的相相互影响，在在现场施工时时每隔一孔钻钻孔灌浆，待一半半钻孔完成TTAM管外皮皮浆灌浆结束后，再再对其之间的的灌浆孔进行钻钻孔灌浆，使得施施工时相临钻钻孔间距达22倍灌浆孔距。（式1）灌浆孔距可根据据式1确定，R是浆液在土体中的扩散散半径，t为灌浆时间，s；k为土体的渗流流系数，cmm/s；v为浆液的运动动粘滞系数，cm/s；h1为灌浆压力，MPaa；r0为TAM管半径径，cm；de为土体的有效效粒径，cmm；n为土体的孔孔隙率。灌浆设备（图44）应就近安装装，灌浆管路不宜宜过长，一般般不超过500m，以防压压力损失。灌灌浆设备应四四面围封，防防止污染环境境。6.3下放TTAM管、灌注外皮浆浆在钻孔完成后，应应立即把外径径48mm的TAM管沉放放至钻孔底部部，由于每节节TAM管的长长度为4m，在插入时相相邻两节TAAM管用PVC套管连连接，采用PPVC胶合剂剂将TAM管和连连接套管粘牢牢。TAM管每节节连接好后，依依次下放到钻钻孔中，直到孔底，下放时尽量量保证袖阀管管的中心与钻钻孔中心重合合。插入的第一一节TAM管下端头安装套套头封堵（图图5），在所有TAAM管接驳完完成后，需在在整支TAM管中注注入清水（图图6），利用重力作作用，使TAM管不会会浮起，同时应保证证TAM管的上上端头露出地地面100mmm，用套头头套牢，防止止杂物进入管管内，影响灌灌浆质量，之后再将临时套管管抽出及拆除除（图7）。图5TAM管管端头套头封封堵图6TAM管中注注水抗浮在TAM管插入入钻孔后，应应立即把已配比比好的外皮浆浆灌注入钻孔孔内（图8）。TAM管泄浆浆孔外面紧紧紧套着橡胶套套，灌注外皮皮浆时，浆液液不会进入TAM管中。外皮浆浆灌注的质量量是保证灌浆浆效果的关键，外皮浆浆的膨润土、水泥及水份的配比为1:10:20，作用是防止灌浆时浆液流窜，在TAM管周围形成具有一定强度的保护层，灌浆时浆液挤碎TAM管上有泄浆孔的限定部位外皮浆，而上部和下部的外皮浆仍具有一定强度，可以阻止浆液的上下流动，使得浆液只在很小的范围内横向流动，以增加地层的加固半径。图7拔出钻机临临时套管图8灌注外皮浆浆6.4膨润土土水泥灌浆及及化学灌浆6.4.1TTAM管灌浆系统构造造根据地下水位的的高低，现场场施工在地面面以下一定深深度不灌浆，所以在插入入TAM管时，在地面以下下一定范围内内的TAM管上不不钻泄浆孔。TAM管（图9）在灌浆段沿着管壁外外径一般每间隔约约330mm，环向钻有三排共10个直径为为6mm的泄泄浆孔（图10），外包橡皮胶圈圈。溢浆孔布设设间距可根据据灌浆施工中所所选择的灌浆浆材料和被注注地层的特性性调整设置，从从而达到理想想的灌浆效果。橡橡胶圈的作用用是当孔内加加压灌浆时橡胶圈圈胀开，浆液液从泄浆孔进进入地层，停停止灌浆时橡胶圈圈在TAM管外部部浆液的作用用下封闭泄浆浆孔，阻止泥泥土和地下水水逆向进入TTAM灌浆管内，从从而起到灌浆浆管的单向阀阀作用。图9TAM管图图10TAMM管泄浆孔灌浆芯管（图111）可在TAM管内上上下自由移动动，逐次提升升或降低灌浆浆芯管即可实实现分段灌浆浆，并可根据需需要进行多次次灌浆。灌浆芯管具有有上下两个止止浆塞形成的的止浆系统，能能将浆液限定定在灌浆区域的任任一段泄浆孔孔范围内进行行灌浆，达到分分段灌浆的目的。灌浆浆时，浆液通过灌浆浆芯管经过上上部止浆塞，从从灌浆芯管的出出浆孔流出，进进入TAM管和上上下两个止浆浆塞封闭的泄泄浆孔区域，在在压力作用下下，橡胶圈被顶顶起，随着浆液的的聚集，压力达到一一定程度后，TAM管外侧侧的橡胶圈被被胀开，外皮浆被挤挤碎，从而浆液被被挤压到地层层中。止浆系系统可在光滑滑的TAM管内可可以自由移动动，可根据需需要在灌浆区域内某某一段反复灌灌浆。图11灌浆芯管管出浆口及上下止浆塞塞6.4.2分阶阶段灌浆外皮浆灌注完成成24小时后，可以在TAMM管内插入灌浆浆芯管至预定定灌浆段，自下下而上分段进进行帷幕灌浆浆（图12），帷幕灌浆工程分两个阶段进行行。第一阶段：膨润润土-水泥灌浆Benttonitee/CemenntGroout第二阶段：化学学灌浆ChemmicalGroutt图12止水帷幕幕分阶段灌浆第一阶段灌浆完完成后12小时，可进行行第二阶段灌灌浆。每一阶段的的灌浆均会由灌浆孔底部开开始进行灌注注，然后逐节节往上提升及及进行加压灌灌注，直至到到达地面以下下一定范围内内的非灌浆区为止。每段灌浆长度为灌浆步距，灌浆步距一般般选取0.3～1.0mm，这样可以以有效地减少少地层不均一一性对灌浆效果的影影响。对于砂砂层，灌浆步距宜选选用低值；对对于砂卵石或或破碎岩层等等，灌浆步距宜选选用高值。每每步距灌浆量可根据据式2确定。Q=πR2Lnnα（1+β）（式2）式2中，Q为每每步距灌浆量，m3；R为浆液扩散散半径；L为灌浆步距；n为土体孔隙率率；α为浆液在土体中的有效效充填系数，一般为0.33~0.9；β为灌浆损耗系数，一一般为0.11~0.4；灌浆过程中应密密切注意灌浆浆压力的变化化。每段灌浆浆时，压力表表应出现两次次峰值，在灌浆刚开始，出现第一次次峰值，持续的时间间很短，随后压力逐逐渐降到相对对平稳值，持续时间在在一分钟左右右，之后压力表出出现第二次峰峰值，此时该段灌浆完成，可可将灌浆芯管提升进行下一段段灌浆。压力表表出现第一次次峰值是由于于TAM管被外外皮浆包裹引引起的，当外外皮浆被浆液挤碎，这这个峰值很快快下降，随着浆液的的注入，地层中间的的空隙被填充充，灌浆压力也逐逐渐增大，直直到达到第二二次峰值。6.4.3浆液液配比及凝胶时间控控制膨润土水泥灌浆浆及化学灌浆所采用的的浆液配比分分别如下表22及3所示：表2膨润土水泥泥灌浆液Bentoonite//CemenntGroout配比/m³材料数量膨潤土Benttonitee35kg水泥Cemeent350kg清水Wateer700Litter表3化学灌浆浆液ChemiicalGGrout配配比/m³A液B液材料数量材料数量水玻璃SodiiumSiliccate100Litter水泥Cemeent45~90kgg清水Wateer150Litter清水WateerBalancee共计Totall205Litter共计Totall250Litter化学灌浆可根据据地质条件，在淤泥、粉质粘性土、全风化、中强风化、断层破碎带富水等条件下采用普通水泥-水玻璃双液浆，其作用机理主要表现为裂隙填充和劈裂作用；在砂层中采用超细水泥-水玻璃双液浆，其作用机理主要表现为渗透作用。水泥水玻璃双液浆凝胶时间可调，可减少地下水对浆液凝胶化性能的影响，确保浆液在富水和动水条件下的凝胶固结。进行化学灌浆前，必须在现场做配合比试验，以确定配合比的适用性，双浆液的凝固时间需控制在30s至60s内。6.4.4停停止灌浆条件在灌浆过程中，通通过观察灌浆浆范围内排气气、返水、冒冒浆及灌浆孔孔吸浆量、压压力提升速度度、浆流量等等情况，充分分收集现场各各种数据及迹迹象综合判断断，及时调整整灌浆方法和和施工参数，当当出现以下情情况时，可停停止帷幕灌浆浆：A、若灌浆压力力超过5barr或超过上覆覆岩层压力（overburdenpressure）2bar时，两者以较大者为准；或B、灌浆量达到到需灌浆加固土层层体积的155%；或C、地面出现冒冒浆现象。为防止浆液在TTAM管、灌浆芯管和浆泵中中凝固，当灌浆完成后后，灌浆系统必须以清清水彻底清洗洗，以备有需需要再灌浆时时使用。每一一灌浆孔应填填写灌浆记录录表，其中包包含灌浆孔号号、钻孔深度度、灌浆深度度、灌浆日期期、每一灌浆浆步距的浆液液投入量及灌浆压力力数等，以存为证证。在灌浆过过程中，需不不间断地对施施工位置附近近范围进行监监察，以确保保工序不会为附近的的道路、公用设设施及结构带带来不良影响。7.材料与机具具设备TAM管灌浆的的设备主要有有钻孔机械、灌浆泵、压灌浆管路系统统和制浆设备备、TAM管及灌浆芯管等（表4，图13~16）。TAM管采用用聚乙烯塑料料（PVC）加工工，管壁厚约约4mm，具有有较好抗弯强强度。普通硅硅酸盐水泥等等级强度为42.5，水灰比为0..45～0.55；膨润土采用用TRUGEEL1000或与之同等规规格，水玻璃选用用25~35Be。表4主要设备材材料表设备/材料料型号/规格单位数量钻机HD90或HDD110台2灌浆泵CGP30HPP台2搅浆机M160A台2TAM管聚乙烯塑料（PPVC）m若干水泥42.5Rkg若干膨润土TRUGEL1100kg若干水玻璃25~35Beekg若干图13HD1110钻机图14CGPP30HP高压化学学灌浆泵图15TAM管管图16浆液搅拌器8.劳动组织表5主要劳动动力配置工种人数专业技术人员1钻孔机手2钻孔机跟机4灌浆工6电工1杂工2总计169.质量控制9.1钻孔前前，检查钻机机垂直度，误误差控制在ll％内，在钻进进过程中随时时对钻杆的垂垂直度进行检检测并及时调调整。9.2下放TTAM管时，确确保管节间连连接可靠，底底部加上底盖盖，避免外皮皮浆进入TAAM管内，应应保证袖阀管管位于孔中心心和垂直度，及及时盖好上盖盖，避免杂物物落入。9.3严格按按试验确定的的配比及水灰比拌制制灌浆液，灌浆液应具备备良好的流动动性和较小的的析水性，并并保证在一定定的压力下浆浆液具有良好好的扩散性，达达到灌浆效果。9.4灌浆过过程中控制好好参数及灌浆浆步距，严密密监视灌浆压力和灌浆量，出现现异常应立即即停止，查明明原因并采取取相应措施。9.5灌浆完完成后及时清清洗TAM管，以以备下次灌浆浆。10.安全及环环境措施10.1钻机机、高压灌浆泵、搅浆机等等必须指定专专人操作，应应定期检修检检定，以保证证正常工作。10.2灌浆浆过程中，作作业人员应使使用防护用具具。10.3施工前前应检查灌浆浆设备和管路路系统，其压压力和流量需需满足设计要要求，检查管管道的耐久性性以及连接是是否可靠，灌灌浆管路内不得有任任何杂物，各各类密封圈必必须良好，无无渗漏现象。10.4钻孔孔时，排出的的泥浆应沉淀淀处理后排放放，并符合环环保要求。10.5水泥泥等细颗粒散体体材料，应遮遮盖存放。11.效益分析析与其他灌浆工法法相比，TAAM管灌浆法可以实现分段、定定量、间歇、重复灌浆，能较好好地控制灌浆浆范围和灌浆压力，且且发生冒浆与与串浆的可能能性小，可根据不同地质质条件采用不不同的灌浆材料，灌浆材料凝胶时间间可调，可有有效地控制浆浆液在地层中中的扩散距离离，确保地下下流动水条件件下浆液的凝凝胶固结，能保证止水水帷幕的整体体连续性和有有效的帷幕厚厚度，具有良好的灌浆效果及经济效益。12.工程实例例香港望后石污水水厂深基坑工程在在钢管桩墙外外围边缘位置置采用TAM管灌浆法进行止水帷幕幕灌浆，以防止止大量地下水水涌入。灌浆浆孔中心与钢钢管桩墙中心心点距离约为为300mmm，每个灌浆浆孔之中轴距距离为8000mm，采用用单行排列（图17）。所有有灌浆孔深度均与钢钢管桩墙脚相相同，并由灌灌浆孔底部灌灌至地面对下下1m。基坑工程场地是经填海造地地形成的填海海区，地层中间夹夹有3~6米厚的的海底冲积层层，部份带有有淤泥或软基基层。止水帷幕的的灌浆深度约在在-11mPDD~+4mPDD，采用普通水水泥-水玻璃双浆浆液，浆液扩散半径径400mm，灌浆步距330mm，化学灌浆的双浆液凝固固时间控制在在45s~60s内。图17望后石污污水厂钢管桩桩后止水帷幕香港大埔滤水厂厂深基坑工程在在钢管桩墙外外围进行帷幕幕灌浆，以防止止深基坑开挖挖过程中有地下水涌入入。每个灌浆孔之中轴轴距离为8000mm，采采用双行梅花形布布置（图18）。基坑工程场地地为平整山体体得到的一块块平地