青岛水平旋喷桩试验方案Word文件下载.docx
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区间隧道VI级围岩段平面图
1.2工程环境条件
隧道左线下穿青岛市河西果品批发市场多栋浅基础砖混结构房屋，右线紧邻黑龙江路，地下管线众多，与区间隧道并行，呈南北走向。
1.3工程地质与水文地质条件
⑴场地地层概述
场内地质主要以人工填土层（Q4ml）、全新统冲洪积层（Q4al+p1）、上更新统冲洪积层（Q3al+pl）、粗粒花岗岩、细粒花岗岩、构造岩组成。
本段主要地层为强～中等风化岩及第四系砂层及粘土层，第四系松散土层自稳能力差，尤其是饱和砂土、砾砂地层易坍塌，发生突水。
具体见图二。
图二：
⑵场地水文地质条件
场区地下水稳定水位埋深：
1.6～9.0m，标高：
8.52～27.65m。
类型主要为松散岩类孔隙水和块状岩类裂隙水。
场区松散岩类孔隙水，主要分布于剥蚀堆积斜坡及侵蚀堆积一级阶地地貌单元。
主要含水层砂土层、砾砂层，为第四系潜水～微承压水。
块状岩类裂隙水：
块状岩类裂隙水主要赋存于基岩中，包括风化裂隙水和构造裂隙水。
风化裂隙水主要赋存于基岩花岗岩强风化～中等风化带中，岩石呈砂土状、砂状、角砾状，风化裂隙发育，呈似层状分布于地形相对低洼地带。
基岩风化裂隙水在场区主要以层状、带状赋存于基岩强风化带、岩脉旁侧裂隙密集发育带中，由于裂隙发育不均匀，其富水性亦不均匀，局部有一定的承压性。
强风化带中长石多风化成粘土矿物，透水性较差，富水性贫；
节理发育带，裂隙张开性较好，导水性较强，富水性贫～中等。
地下水接受大气降水和上覆孔隙水的补给，其下伏微风化～为风化花岗岩为良好的隔水层，涌水量受季节性影响较大。
2水平旋喷桩加固试验桩目的
明挖车站内地质条件与该段暗挖隧道基本一致，在车站内施做试验桩，可以实现以下目的：
1、在车站土方开挖过程中检查成桩效果，检查桩径、桩体强度及均匀性。
2、检查成桩精度、相邻桩体的相互咬合程度以及水平旋喷桩对围岩土体的加固效果。
3、检查成桩帷幕的止水效果。
4、根据施工参数及成桩效果分析，并据此修改施工参数，扩大桩径，减少工程量，缩短水平旋喷桩的施工周期，进而保障隧道施工总工期，确保隧道旋喷施工能达到预期效果。
3水平旋喷桩试验桩总体施工部署
3.1总体施工部署
根据本次水平旋喷桩施工目的和施工任务，现场施工8根水平旋喷桩，呈隧道断面弧形布置，从上往下依次编号为1#、2#....8#。
每根桩长为20m，桩中心间距为350mm，相邻桩相互咬合150mm，从上往下依次施工，也可以进行跳一根桩施工，即先施工1#桩，接着施工3#、5#、7#，再旗2#、4#、6#、8#。
水平旋喷桩按水平施工。
水平旋喷桩布置如图三示，图中单位为mm。
可根据现场地层情况调整位置使得基本能覆盖主要针对地层。
3.2总体施工计划
计划2010年3月24日人员、设备全部进场，3月25日安装调试设备，3月26日开钻，24小时不间断作业，从正常开钻后要求每天（24小时）至少完成两根桩施工任务，计划用四天时间完成全部8根试验桩施工任务。
3.3资源配置计划
3.3.1劳动力计划
水平旋喷桩施工人员配备计划
部门
工种（职务）
人数
备注
现场管理人员
施工队长
2
作业班组
班长
泵工
焊工
普工
6
总计
14
3.3.2主要机械设备配置计划
主要机械配备计划
序号
名称
规格型号
数量（台）
备注
1
水平钻机
75kw
高压泵
160KW
3
泥浆泵
BW-250
4
潜水泵
QS25*40*5.5
5
交流电焊机
BX3-500
搅拦机（搅浆桶）
7
空压机
20m3
钻杆
3m
13根
3.3.3主要材料配置计划
主要材料配备计划
数量
水泥
425
40吨
甲供
膨润土
2.0吨
电焊条
1箱
氧乙炔
3套
孔口管、球阀
根据现场施工情况确定是否需用。
4水平旋喷桩施工技术方案
4.1水平旋喷桩施工技术要求
1、水平旋喷桩位置偏差为±
3cm。
2、水平旋喷桩打设角度偏差5‰以内。
3、水平旋喷桩长不小于设计桩长。
4、成桩后桩体必须满足强度要求，桩体应确保连续，均匀达到止水效果；
5、水平旋喷桩应严格按照设计桩位、桩径、桩长和桩数施工。
6、对每根桩从钻孔至成桩做以下记录：
施工日期、开钻时间、结束时间、旋喷压力、旋喷提升速度、桩长、注浆量；
7、施工前，现场应先进行两根成桩试验，通过试验桩掌握钻进速度、拔钻速度、旋喷速度、喷浆压力、单位时间喷浆量等技术参数，确定旋喷的均匀性，确定最佳施工参数和最佳施工工艺；
8、桩体施工过程要连续，不能间断，防止出现断桩，短桩现象的发生。
如因机械故障或其它原因停机在30-120分钟的，应重复旋喷1m，超过2小时的，按断桩处理，应重新钻桩。
4.2、水平高压旋喷桩施工概述
1、导向原理
预导孔施工采用水平定向钻进打设，利用导向定位系统跟踪监测预导孔打设角度和方位变化，发现钻进角度偏差应及时进行纠偏。
导向定位系统包括导向钻头及导向定位探棒，如图四。
具体纠偏方法如下：
如图所示：
钻头内装有特制的传感器，传感器直接由15V直流供电。
显示屏显示钻头的倾角（水平角度）、面向角（导向板的方向：
导向板朝上即为12点，如同钟面）。
打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。
受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。
同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。
如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。
所以导向钻头是上下纠偏的关键。
2、水平旋喷喷桩施工原理
采用水平定向钻机打设水平孔，钻进至设计深度后，拨出钻杆，且同时通过水平钻机、钻杆、喷嘴以大于35MPa的压力把配制好的浆液喷射到土体内,借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐外拔，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后形成直径比较均匀，具有一定强度（0.5～8.0Mpa）的桩体，从而使地层得到加固，当旋喷桩相互咬接后,便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体,水平旋喷桩具有梁效应和土体改良加强效应，能够起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用,保证隧道掘进安全。
4.3、水平高压旋喷注浆技术特点
1、强度高，因为在高压旋喷过程中，使土体与水泥浆充分混合，从而形成一种类似混凝土的固结体，其强度要比一般的水泥浆体强度高。
2、均匀性，在成桩过程中，高压水泥浆喷射流，可以将较大的块状土体破碎，使其充分与水泥浆液混合，形成水泥浆液与土体较均匀的混合体。
3、可控性。
水平旋喷的浆液局限在土体破坏范围内,浆液注入部位和范围可以控制,可通过调节注入参数（切削土体压力、固化材料注入速度与配比、注入量等）获得满足设计要求的固结体。
4.4、水平旋喷桩效果
1、水平旋喷桩施工后，能够实现改良和加固土层的效果，使土体与水泥浆液混合形成均匀的桩体，并在隧道开挖施工时起到梁效应及防流沙、抗滑移功能。
2、预导孔施工过程中严格控制好钻孔仰角和方位角，能够实现相邻桩体的相互咬合，进而在隧道拱顶形成一个连续的旋喷桩帷幕体，实现止水效果。
3、水平旋喷桩在旋喷过程中，水泥浆液能沿着地层的缝隙渗透扩散，尤其在涌水量较大的地层中，水泥浆液扩散填充缝隙后也能起到止水的效果
4、旋喷桩施工过程中，控制退杆速度和钻杆旋转速度及注浆压力，就能使旋喷注入的水泥浆液与切割的土体混合后的体积远远大于原土体的体积，并完全充填原有土体的空间，凝固后形成一个与未被切割的土体保持紧密接触的圆柱桩，从而有利于控制地表沉降。
4.5、施工工艺流程
n
y
4.6、施工工艺
4.6.1施工准备
1、设备进场
（1）检查钻机运行是否正常。
回油管的快速接头是否完好，机台各种油管有无损伤。
启动柜是否完好（包括启动柜内的各种开关、继电器、变压器、机柜等）、三联泵有无损伤，检查液压油液面高度是否在油箱2/3的高度以上，电机是否受潮，钻具、工具是否齐全；
（2）高压注浆泵运行是否正常，高压注浆管路是否畅通，压力表是否正常。
2、测量放线定桩位，在隧道两侧测量放线定出两个同一里程点，隧道轴线，并在掌子面测量标出隧道开挖轮廓线，测量定出桩位，用钢筋作好桩位标志,并编好每个桩号。
3、钻机安装
（1）平整工作平台，铺设轨道，安装立柱。
场地要求平整，并挖设排水沟。
要求如下：
1）钢垫板规格：
长×
宽=250mm×
250mm；
高强螺栓直径：
Φ16mm；
钢垫板与基础固定要牢，强度要高；
2）H型钢轨找平误差<
3mm；
3）底盘对角线找方误差±
4）斜拉筋需绷紧，交叉拉力基本相等；
5）四柱对角误差±
5mm；
6）升降系统：
卡瓦等上紧，加强整体性；
7）所有螺母必须拧紧，发现溢扣者必须换掉；
（2）油泵、高压泵安装。
要求场地平整，场地硬化，高压泵安装平稳，管路安装摆放整齐。
4、对孔位。
设备安装好后，按技术交底调整钻机角度、方位，对准孔位，孔位误差控制在±
50mm以内。
5、制定浆液。
根据施工方案和技术交底要求的配比配制水泥浆，浆液搅拌必须均匀。
在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。
浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于3分钟，一次搅拌使用时间亦控制在4h以内。
4.6.2钻进
1、开孔并安装孔口管（根据现场地质条件及水文条件确定是否需要孔口管，孔口密封装置结构如下图）：
（1）开孔器开孔，采用ø
130mm钻头钻进，钻进深度为1.60m；
初始开孔角度1%。
（2）退出钻具，准备安装孔口管；
（3）将一根直径为ø
127mm、长0.8m的孔口管埋入已开好的孔内，作为孔口管，孔口管外露0.30m；
（4）在撑子面植ø
12mm钢筋4根，钢筋用锚固剂固结，将钢筋与孔口管焊接牢固，加固孔口管；
（5）安装法兰盘和球阀。
2、配制循环浆液：
用膨润土配制循环浆液。
3、钻孔打设：
为确保钻孔质量，首应先打设1—2个探孔，查明地层变化情况及地层对钻孔角度的影响，然后根据探孔情况确定旋喷桩钻孔的打设角度。
1）检查确定孔口管安装牢固后，调整钻机，对好孔位；
2）将旋喷钻头及第一根钻杆送入孔口管内；
3）安装密封装置；
4）打开循环液排出口（循环液采用膨润土、聚丙乙烯及火碱制作的泥浆）；
5）开始钻进，进孔角度按探孔确定的角度开始钻进，直到钻至设计深度；
6）通过观察循环液压力变化，检查喷嘴是否堵住。
7）钻进过程中要保持循环液压力1.0—2.0MPa，防止在钻进过程中，砂石堵住喷嘴。
4.6.3高压旋喷
1、进行高压喷浆前应检查高压注浆泵，查看泵压读数是否达到设计要求（35—40MPa），泵压达到设计要求时才能开始喷浆；
2、喷浆前应检查
（1）钻杆接头处是否漏气，如漏气，则应将钻杆退回，查出漏气位置重新密封，或更换钻具。
（2）喷嘴是否堵住，喷嘴如堵死，则应将钻杆全部退回进行疏通，疏通后重新下管到设计深度后再进行旋喷。
3、在孔底高压喷浆时应停留一定时间，然后再缓慢外拔钻杆，同时高压喷浆；
4、在高压喷浆时，应安排专人观察泵压变化，一旦发现泵压过低时应及时通知机台停止喷浆，查明原因后再恢复高压喷浆；
5、当钻杆拔至孔口0.50m时停止注浆，关闭浆液通道，再缓慢拔出钻杆，进行封孔作业；
6、每根高压旋喷钻杆拔出后应立即用清水高压冲洗干净，避免残留浆液凝固，避免下次旋喷时残留颗粒物堵喷嘴。
7、喷浆参数：
浆液要求水：
水泥为1：
1；
注浆压力为35—40Mpa；
8、旋喷注浆时应注意事项:
（1）接、卸钻杆要快，并且要清洗接头位置，不得残留杂物，防止喷嘴堵住；
（2）旋喷过程中循环液排出口要保持畅通，如因故堵死，应松开密封装置疏通返浆通道，保持正常返浆，返浆量应控制在规范规定的20%左右。
（3）如果孔内不能疏通，为避免出现抱钻等情况发生，则应将钻杆退出，直至钻孔内返浆正常后再重新下旋喷钻杆进行高压旋喷。
（4）喷射时因故障中断，应酌情尽快处理:
1）因机械故障，要尽力缩短中断时间，及早恢复灌浆；
2）如中断时间超过2小时，要采取补救措施；
3）恢复喷射时，钻杆要多伸入0.30m，保证凝结体的连续性。
（5）喷浆过程中出现冒浆时，应及时从孔口进行封堵，如果出浆量较大时，则应考虑在浆液中加入速凝剂，并控制喷浆量和喷浆速度。
（6）旋喷注浆时返出的浆液要求及时排至地表。
4.6.4封孔
1、喷浆至孔口掌子面0.50m时，应停止喷浆；
2、缷下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口；
3、快速拔出钻杆和钻头，关闭大球阀；
4、高压旋喷注浆完成后应在循环液排出口处安装压力表，然后用250泵补注浆，注浆压力控制在0.8-1.0MPa；
5、补注浆完成48小时后方能缷下大球阀。
4.6.5清洗管道及设备
每根桩施工完毕后都应用清水高压冲洗管道及设备，确保管道内不留在残渣，清洗完毕后移至下一桩位。
4.6.6钻机移到下一孔位，应核查相邻桩的成桩时间，后施工的桩必须在相邻桩成桩时间超过初凝时间后，前一根桩浆液达到一定强度时才能开钻，确保相邻桩相互咬合，因此移至下一孔位时应跳过1至3根后再施做较合适。
4.7、施工难点
1、桩的连续性、均匀性控制；
2、桩的强度及桩的咬合程度控制。
3、克服地层不均匀性对旋喷桩施工的影响，避免出现抱钻、卡钻等现象。
4.8、质量保证措施
1、试验桩施工完成后应进行桩的质量检测，主要检测其桩径、桩长、桩的强度等指标；
2、工程开工前，认真做好技术交底，做到人人明白技术要求，个个分担技术责任；
3、上岗人员必须经过技术培训，特殊工种必须持证上岗；
4、由于高压浆液对土体的削切及钻杆本身的重力，钻头在钻进过程中会发生明显的下移，为此对旋喷桩，上仰角根据桩径、桩长、隧道坡度、地层情况确定，采用跳1根以上施工，从拱底往上施做旋喷桩；
5、施工过程中，操作人员随时记录压力、喷浆量、钻进速度、拔钻杆速度等有效参数。
施工时严格控制各种施工参数，发现问题及时汇报处理。
现场施工做到及时记录、及时调整、及时汇报处理；
6、注浆压力和注浆量应符合设计要求和有关规范的规定；
7、高压旋喷应全孔连续进行，若中途拆卸喷射管，则应进行复喷，搭接长度不小于200mm。
供浆正常的情况下，孔口回浆密度变小、且不能满足设计要求时，应加大进浆密度；
8、在施工时严格遵守操作规程，班长和技术员严格进行质量自检，每根桩在对好钻机后，机手、施工队长都应亲自检查孔位偏差、钻机角度。
5安全文明施工及环境保护措施
1、必须认真贯彻执行国家相关安全法规、法令和安全施工规章制度，严格按操作规程施工，确保安全生产、文明施工；
2、必须配备安检、劳保设施，建立安全生产检查台帐；
3、提高安全意识，对机械设备按期进行检查维修，保持良好状态；
4、确保人员、设备、材料、工艺、施工环境处于安全有效状态，保证安全施工；
5、高压旋喷桩在进行作业时，严格按照机械技术操作规程进行作业；
做到管理人员不违章指挥，作业人员不违章操作；
6、高压泵要全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣和铁屑存在；
各密封圈应完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保能在额定最高压力时断销卸压；
压力表应定期检查，保证正常使用，一旦发生故障，要停泵停机排除故障；
7、电工、电焊工要持证上岗，作业时要戴绝缘手套，穿绝缘鞋；
8、作业现场保持清洁整齐，水泥浆在储灰罐中集中拌制，施工过程中要经常检查管道的损坏状况，避免漏浆；
施工完毕后不可随意排放多余泥浆。
水泥使用完毕后剩余的水泥袋要回收存放，不可随意丢弃。
施工垃圾不乱堆、乱放，存放到业主指定的地点，做到垃圾日产日清；
9、搬运和搅拌水泥作业人员必须带好防尘罩；
10、作业人员统一着装，佩戴安全帽。
北京首尔工程技术有限公司
二O一O年三月二十日
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