天津塘沽中央大道海河隧道高喷工程.docx

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天津塘沽中央大道海河隧道高喷工程

高喷防渗支护工程

施工部位主要包括干坞、南北岸护壁工程、隧道工程的高喷防渗支护以及用于开挖基坑土方时,坑外水渗入基坑时采用高压旋喷桩、隧道宽度变化处围护结构外侧高压旋喷桩地基加固等。

1施工工艺流程及施工方法说明

本标段的高喷围堰防渗工程分两序施工,先施工Ⅰ序的旋喷,再施工Ⅱ序的

旋喷。

施工工序主要包括钻孔、下注浆管、喷射、成墙等。

施工程序见图2-2-1。

 

施工工序说明如下所述:

(1)钻孔

首先将钻机对准孔位,用水平尺掌握机身水平,垫稳、垫牢、垫平机架。

控制孔位偏差不大于5cm。

(2)下设注浆管

将注浆管下放到设计深度,摆喷时调整好喷嘴方向。

(3)喷射提升

当喷射管下到设计深度后,送入水、气、浆,静喷1~3分钟;待注入的浆液冒出后,按预定的提升、旋转、摆动速度自下而上边转动、摆动,边提升直到设计高程,停送水、气、浆,提出喷射管。

(4)清洗

当喷射到设计高程,喷射完毕后,及时将各管路冲洗干净,不得留有残渣,以防堵塞,尤其对注浆系统更为重要。

通常将浆液换成清水进行连续冲洗,直到管路中出现清水为止。

一次下沉的喷管可以不必拆卸,直接在喷浆的管路中用泵送清水,即可达到清洗的目的。

(5)回浆

为解决凝结体顶部因浆液析水而出现的凹穴现象,当喷射结束后,随即在喷射空内进行静压充填注浆,直至孔口液面不再下沉为止。

(6)钻机移位

以上施工工序完成后将钻机移至下一孔位,准备下一孔的注浆施工。

2施工主要机具与材料

2.1主要施工机具

根据本工程地质情况及施工进度计划,高喷钻孔拟采用MD-80型工程钻机。

(1)MD-80型工程钻机

MD-80型钻机可用于施工高压旋喷桩、隧道管棚支护孔等,将其滑架安装位置略微变动。

(见图2-2-3)

MD-80型钻机性能稳定,工作效率高,具有多用性,具备钻进复杂地层和处理事故的能力。

它配套普通合金钻头等钻具可进行回转钻进;在硬岩层采用常规球齿钻头,进行冲击回转钻进,高速成孔。

(2)GYP-50型液压高喷台车及其它附属设施

GYP-50型液压高喷台

GYP-50型液压高喷机适用于水库、高层建筑、等工程的防渗、防塌、加固工程的高喷施工。

该机为液压步履式底架,具有纵向、横向移动、对孔就位迅速、机动性强、结构紧凑、起落迅速、安全可靠等特点。

可进行单管、双管、三管法高喷施工,达到国内领先水平。

表2-2-1GYP-50型液压高喷台车技术参数

工程

技术参数

外形尺寸

长(5m)×宽(1.9m)×高(20m)

提升力

1.5T(单绳)

行程距离

纵向1m/步横向0.4m/步

一次提升高度

14m-18m

液压油类型

32#

(3)回浆泵

高喷注浆施工过程中,会产生冒浆。

有些工程可以将冒出的浆液回收再利用,以提高材料的再利用,以提高材料的利用率,降低施工成本。

冒浆的回收利用率应根据防渗墙体的设计要求和冒浆中地层颗粒的含量及特性而定。

一般冒浆的回收率为20%~50%。

回收浆液必须用回浆泵输送到搅拌机内与新浆液充分掺混才可用。

另外,回浆的利用应根据现场监理工程师的指示后再使用。

回浆泵可以选用注浆泵、泥浆泵、杂污泵等。

本工程选用3PN型泥浆泵。

(4)搅浆机及注浆泵

①搅浆机

搅浆机有卧式搅浆机和立式搅浆机两种。

本工程选择立式搅浆机。

立式搅浆机进行搅浆作业时,水、水泥或其他材料按配比放入上桶内,电动机驱动减速机,带动搅臂旋转搅浆。

浆液搅好后,打开放浆板,放入下桶备用。

上下两桶的搅轴、搅臂同轴同速旋转,因此,下桶浆液不会沉淀。

立式搅浆机还有一种两桶分离式,即用一个立桶搅浆,浆液搅好后,放入一个立式储浆桶内,供注浆泵吸浆输浆。

本工程拟选用高速搅拌机。

纯水泥浆液的搅拌时间应不少于30s,浆液在使用前应过筛,自制备至用完时间宜小于4h。

②注浆泵

注浆泵是将浆液灌入地层的柱塞式泵,具有一定的压力和流量。

三管(三介质)工法应用的注浆泵一般额定压力P≥1.0MPa,流量50~150L/min,本工程选择3SNS型注浆泵(见图2-2-3)。

3SNS型注浆泵为三缸往复式柱塞泵,运行状态好,压力平稳,额定压力10.0MPa,最大排量200L/min。

注浆泵动力机的旋转运动,通过传动机构使柱塞变为往复直线运动。

柱塞回程时,泵头内腔形成真空,产生负压,使上阀关闭,下阀打开,泥浆被大气压压送到泵头内。

柱塞进程时,泵头内浆液产生压力,使下阀关闭,上阀打开,泥浆便压出泵头进人输浆管路,最后经喷射装置下端的喷头进入地层。

 

(5)高压水泵选用

高喷施工中的供水系统的主要设备是高压水泵及其高压胶管。

本工程拟采用3D2-S型卧式三柱塞高压水泵,其额定压力30~50MPa,流量50~100L/min,工作压力20~40MPa,其主要特点如下:

3D2-S型高压泵特点是体积小、结构紧凑。

动力端采用飞溅润滑或强制润滑,传动平稳可靠、降低摩擦系数、提高润滑性。

动力端温升低,适于长时间连续作业。

适于做高压水射流辅助破岩落煤、井下液压支柱供液、高压水射流清洗、冶金除鳞、粉沫冶金、船舶清洗除锈、基础工程、液体输送、工程掘进以及各种胶管、金属管、油田钻井井口设备试压用泵。

既可泵送清水、乳化液,亦能泵送其它具有化学性质的液体。

①柱塞直径小。

柱塞直径一般在φ30mm上下。

加工精度高,工作稳定可靠。

②柱塞往复快。

柱塞往复405次/min,不但流量大,而且水射流的脉动频率高,射流均匀稳定。

③柱塞密封性好。

由于柱塞往复快,承受压力高,因此采用了特制承压高耐磨的密封填料。

为了保护柱塞和填料,必须应用不含泥砂的清洁水。

另外,高喷注浆工程使用的高压胶管为4~6层钢丝缠绕的胶管。

常用的胶管内径有φ16mm、φ19mm、φ25mm、φ32mm等,工作压力30~55MPa,要求爆破压力为工作压力的3倍。

(6)空压机

三管(三介质)高喷注浆,要用压缩空气与主射流(水泥浆或水)同轴喷射,以提高主射流的喷射效果。

供气系统由空压机、流量计和输气管组成。

目前,高喷注浆工程中常用YV形活塞式风冷通用空气压缩机,排气压力0.7~0.8MPa。

本工程拟采用V-3/7型空压机。

表2-2-2YV-3/7型空压机技术参数一览表

工程

单位

参数

额定排气压力(表压)

MPa

0.7

排气量(吸状态)

m3/min

3

轴功率

KW

≤17.4

噪声值

dB(A)

≤87

润滑油耗量

g/h

70

冷却水耗量

t/h

0.9

吸气温度

≤40

排气温度

≤160

曲轴转速

r/min

970

外型尺寸(长×宽×高)

mm

1437×1225×1180

主机质量

kg

420

2.2施工材料

主要施工材料包括:

水、水泥及必要的外加剂和掺和料。

(1)水

本工程施工用水采用自来水。

水质要求按JGJ63-89第3.0.4条款的规定执行。

拌浆用水的温度不高于40℃。

(2)水泥

高压喷射浆液用水泥选用不低于P42.5级普通硅酸盐水泥,使用前除取得出厂检验合格证外,还分期、分批进行取样,按相关标准进行凝结时间、抗折强度、抗压强度、安定性等指标的检测。

若需要提高墙体强度时,在普通硅酸盐水泥中外掺高效扩散剂。

(3)掺和料

为减缓水泥浆液沉淀速度,在硅酸盐水泥中添加3%水泥重量的膨润土和3%膨润土重量的碳酸钠,膨润土的细度为200目。

(4)外加剂

在水泥浆液中掺入的速凝剂、减水剂、稳定剂等其它外加剂的质量应符合DL/T5100-1999的规定。

2.3浆液

高压旋喷注浆水灰比将根据设计及监理工程师要求确定,根据设计参数要求选择“三重管法”喷射工艺,根据该工艺进行浆液配合比实验。

主要包括:

浆液拌制时间、浆液密度、浆液流动性、浆液的沉淀速度和沉淀稳定性、浆液的凝结时间(初凝和终凝)以及浆液固结体密度、强度、弹性模量和透水性等。

3高喷围堰防渗施工

主体防渗墙施工前首先进行生产性实验,从而确定高压旋喷与摆喷的各项施工技术参数,主要技术参数包括孔距、水压和水量、气压和气量、浆压和浆量浆液比重、水灰比等。

通过现场生产性实验,对暂定的施工技术参数进行修正,以指导主体工程正常施工。

主要工程施工过程中应针对不同的施工条件及时调整施工技术参数,以满足设计要求。

3.1高喷防渗墙形式及主要参数选定

高喷防渗墙采用旋喷的形式,有效旋喷桩径600mm,正式施工前做试桩实验,保证抗渗系数≤1×10-7cm/s。

主要施工技术参数见表2-2-3。

表2-2-3高压喷射注浆参数一览表

项目

高喷注浆技术参数

压力(MPa)

36~40

流量(L/min)

80~120

喷嘴孔径(mm)及个数

1.7~1.9(2个)

压力(MPa)

0.7~0.8

流量(L/min)

0.8~1.2

喷嘴个数

2个

压力(MPa)

0.2~1.0

流量(L/min)

60~80

水灰比

0.7:

1

进浆比重(kg/cm3)

1.5~1.7

回浆比重(kg/cm3)

1.2~1.3

喷嘴孔径(mm)及个数

6~12(2个)

提升速度(cm/min)

5~10

旋转/摆动速度

转速(r/min)

(0.8~1.0)v

摆速(次/min)

注浆管外径(mm)

φ146

3.2主要施工技术要点

地层的种类和密实度、地下水质、土颗粒的物理化学性质,对高压喷射注浆凝结体均有不同程度的影响,也可以说,高压喷射注浆凝结体的形状和性能取决于被处理的地层类别。

在施工中,各项工艺参数的配合、选用已由表2-2-3给出,但在实际施工中,要因地制宜,采取恰当而必要的工艺措施。

(1)钻孔

根据地层情况选择合适的钻机,根据本工程的地质情况拟选择回转式钻机,松软的浅孔可以选择钻进效率更高的麻花钻,块石、人工堆石体层中可以选择气动冲击回转钻。

合适的钻进措施能够大大的提高钻进效率,降低设备损耗。

(2)搅浆

水泥浆搅拌时间对结石强度有很大影响。

普通搅拌机要求搅拌时间不得少于3分钟;搅拌1小时得到的结石强度最高,但超过2h时则结石强度开始下降;搅拌时间超过4小时,结石强度急剧下降,甚至不凝固。

所以搅拌时间不能过长。

(3)喷射

通过喷射工艺参数的调整可以控制固结体的形状。

凝结体具有特殊的形式,可通过调节喷射压力和流量,改变喷嘴移动方向和速度加以控制。

当喷嘴只旋转不提升或少量提升,可呈圆饼状;当底部、中间和顶部旋喷时慢速提升,并有意加大压力或重复喷射,而其余按一般参数旋喷时,可呈大底圆桩状、糖葫芦状和大顶状圆柱。

同样,定喷、摆喷也可喷成各种形状的凝结体,而旋、定、摆之间还可由单孔或多孔互相搭配,组合成更多形状的凝结体,以满足特殊情况的不同要求。

如要在具有多种地层结构组成的深厚地层构筑性状较为均一的凝结体时,则可依据各种土质种类、紧密度等情况,采取上述类似的工艺措施来实现。

进行深层长桩喷射施工时,应注意地层在垂向上的差异,以及地下水分布的影响。

当使用同一工艺参数对全深度喷射作业时,有可能在不同的深度形成直径差异很大的桩体,造成搭接厚度不够甚至搭接处出现缺口,将影响围堰防渗墙的防渗效果。

常规的开挖检查很难发现这种质量问题,因此,喷射深层长桩时,应该按照地质剖面及地下水资料,在不同深度,针对不同地层土质情况,选择合适的喷射参数,才能获得均匀密实的长桩。

对于深层的硬土,可以采用增加喷射压力或适当降低旋转和提升速度等措施。

(4)复喷

在喷射注浆中,为了增加喷射长度或喷射范围,除通过增加喷射压力,减慢喷嘴移动速度外,还可在第一次喷射注浆完毕后,将喷射管再下入进行第二次喷射(又称复喷),以达到要求,一般在松散地层复喷的效果稍低于粘性土层。

实践中也用复喷来进行第一次喷射注浆中出现了质量事故的修补工作,或者当因故停喷半小时以上后的补喷,

(5)冒浆不正常

喷射注浆中,有部分土颗粒随着一部分浆液沿着喷射管壁冒出地面,俗称冒浆。

从冒浆成分和流量大小可大致了解喷射注浆质量和地层情况,以及喷射效果和喷射参数的合理性。

冒浆量的大小与喷射类型、被灌地层和进浆量有关。

冒浆量过大和过小均属不正常,应及时分析原因予以处理。

一般认为,冒浆(内含土粒及浆液)量小于注浆量的20%为正常现象,超过20%时则为异常。

当基本不冒浆时,也认为是冒浆异常。

(6)浆液的回收利用

对于三管法,由于浆液是低压,因此冒浆可以方便的回收利用。

目前对冒浆中的水泥的分离回收多采取过滤、沉淀,回收调整浓度后再利用。

4施工质量控制

高喷注浆防渗墙施工除保证使用合格的水泥外,其他重点为墙厚、墙深、喷浆体间的相互搭接、墙体连续完整及墙体材料均匀等。

主要施工技术控制要素为孔距、孔深及孔斜率、喷浆杆喷嘴的喷射方向和摆动幅度、水泥浆、水及气体的喷射压力、水泥浆液比重和注入地层的浆量、提升和摆动速度。

难点是钻孔斜率、喷浆杆喷嘴的喷射方向和摆动幅度、喷射浆、水、气的压力的控制。

高喷法施工的质量控制点是:

施工原始纪录、钻孔深度、注浆长度、工艺参数、施工流程、桩孔偏差。

注浆固结体的范围大小与土的种类和基础密实程度有较密切的关系,不同的土类和喷射方式所形成的固结体大小也不相同,因此,在施工前,根据地质资料,在施工区段进行一个或几个围井实验,以检验设计注浆参数和使用的机械设备能否满足设计技术要求。

注浆施工的工程质量直接影响墙体的防渗和加固性能,是高喷法施工的最关键环节,应注意检查浆液比重、浆液初凝时间,注浆流量、风量、水量、压力、提升速度、摆角等参数是否符合设计要求。

高喷注浆施工的质量控制是一种全方位、全过程的控制,既包括施工的各个工序环节,也包括施工的材料,还有施工的设备、人员等方面的控制。

4.1注浆材料的质量控制

(1)对原材料的要求

原材料的种类和质量对注浆材料性能和应用效果影响很大,是工程质量的关键,在工程实施过程中,对进场原材料必须严格按国家标准要求控制。

1)水泥。

水泥是注浆的最主要的原料,由于用量大,除对生产厂家要求有经国家质检部门认证的合格证外,还要求对每一批次水泥都要取样送国家认证的质检机构进行检验,以杜绝不合格水泥进入施工现场。

原材料实验应由供应单位、检测单位、施工单位分别进行,互相验证。

在施工过程中,定期或不定期实验检查材料质量。

注浆施工过程中的材料配方应经过设计实验选优。

最好有两种以上同材料配方,两种以上特殊情况配方,以适应施工条件的变化,例如气候变化、材料供应变化、地质条件变化等。

特别注意受天气影响较大的土料、砂料的实验,根据含水量的变化和水质变化随时调整和改变配合比。

2)外加剂是浆液配置时,为改善其性能而添加的材料。

由于外加剂品种质量差别较大,所以外加剂必须进行实验,验证厂家提供的资料是否符合标准。

添加时按照外加剂使用的工艺要求,科学地确定掺量,严格使用工艺。

外加剂品质应符合DL/T5100—1999《水工混凝土外加剂技术规程》的规定。

(2)原材料的检验

为了使浆体和凝结体满足设计施工要求,原材料必须进行理化实验。

1)水泥

根据相关规范,实验工程包括:

强度(3天、28天)、安定性、细度、烧失量、三氧化硫、不溶物氧化镁和碱,必要时要作化学分析。

2)水

本工程施工水源为饮用水,能够满足施工用水要求。

3)外加剂

按有关标准实验。

一般结合配方实验,验证厂家保证的指标。

实验工程:

减水率、泌水率、含气量、粘度(坍落度或扩散度)、凝结时间差(初凝、终凝)、抗压强度比、收缩比等。

特殊用途的外加剂,应符合相应标准,并作相应实验。

(3)浆液或浆体实验

高压喷射注浆时,一部分浆液与地层搅混进入地层,另一部分浆液将由孔壁流出地面。

为了提高注浆效果,减少材料损耗,应该使用最优的浆液水灰比,为此应采取如下几条措施。

1)选用合适的水灰比。

2)通过实验,调整工艺参数,使其冒浆量最小。

3)对流出地面的浆液,经过沉淀池沉砂回收再次利用。

4)保证浆液有足够的稳定性。

5)掌握从原材料拌制到凝结前处于流动状态的浆液或浆体的性能。

这些性能要与施工技术和设备相适应,能满足注浆和防渗墙的质量要求。

(4)凝结体或结石实验

注浆材料从原材料配制,经过浆液或流塑状态,最终凝结形成结石。

凝结体或结石的性能应满足工程要求。

1)凝结体和结石实验分室内实验、施工现场实验

a.室内实验

根据试样来源分室内制样和现场取样。

室内制样实验,其影响因素比较单一,实验成果是理想的结果,施工中不可能完全达到,可以作为施工参考。

b.施工现场实验

为实验施工技术而在工地进行的实验,是为达到实际的注浆和防渗墙施工目的而进行的生产性实验。

2)凝结体和结石的实验工程

外观描述、密度、抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量、渗透系数、破坏比降、抗冻标号等。

4.2施工过程质量控制

施工过程控制采取以单元工程为基础,以工序控制为手段的全过程控制,进行标准化、程序化管理。

根据高喷施工的工艺特点,需要从6个环节加强控制,即定孔位、造孔、浆液配比、下喷管、高压注浆、回注等。

(1)定孔位

在防渗轴线将高喷孔按设计孔距一次性测量放样,并用木桩作标记。

各分部工程Ⅰ、Ⅱ序孔统一编号,以防在高喷时出现错喷,确保地下成墙连续,孔位偏差要求控制在±5cm以内。

对特殊部位,如高喷防渗墙与导墙连接处,则要求适当缩小孔距,确保连接质量。

(2)钻孔是垂直防渗高喷技术中十分重要的环节

钻孔时要求泥浆护壁,以便顺利成孔和保证孔壁稳定。

钻孔的质量和效率被认为是高喷施工得失成败的关键,而防渗墙的连续性和搭接质量在很大程度上取决于钻孔的垂直度。

通常采用的钻孔垂直度控制方法如下:

①设备的选择。

对于本工程钻孔深度不大的条件下,选用回转钻机和工程钻机基本能够保证钻孔的垂直度;

②钻机底架在施工中采用液压调平油缸支承;

③钻具的外径和长度应与孔径和孔深相配套。

复杂地层可考虑使用钻杆扶正器;

④开孔时应调平钻机,利用仪器从相互垂直的两个方向测量钻机给进桅架(或立轴、主动钻杆)的垂直度,钻机开孔前应固定牢固;

⑤钻孔过程中采用KXP-1型测斜仪对孔内情况进行检测,发现问题,及时纠偏;

⑥经常检查钻杆的平直度,特别是主动钻杆。

钻进过程中要经常测量钻孔倾斜度,若偏差较大应即及时采取纠偏措施;

⑦钻孔完成后进行孔斜检测,不合格的必须在邻近位置重钻。

(3)浆液配比

高喷所用浆液主要材料为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、外加剂等。

水泥在使用前应作质量鉴定。

搅拌水泥浆液所用水应符合混凝土拌合用水标准。

浆液水灰比和比重应控制在设计允许范围之内。

浆液存放温度在10℃以下时,存放时间不宜超过5小时;温度在10℃以上时,不超过3小时。

高喷作业时,随时检测浆液的比重,发现达不到使用要求,应立即停止使用,重新拌制合格后方能喷浆。

(4)下喷管

主要控制喷管是否下到设计深度,保证下喷管的时间间隔不要过长,否则必须进行复喷。

摆喷时还必须严格控制喷嘴的角度在下放时控制在设计的方位。

喷浆过程中,若需拆卸注浆管,需要先停止提升、回转和送浆。

(5)喷浆作业

喷浆作业是高喷成墙的关键作业,质量控制的关键是根据相应地层条件和设计技术参数对水压、气压、浆压、摆喷角度、旋转速度、提升速度、注浆比重、回浆比重等参数,实行实时的调整和控制,并进行详细记录。

发现某一参数超过设计允许范围,立即分析原因,采取相应的措施。

喷浆过程中如发生机械故障而导致停机时间较长时,则要求重新进行高喷作业时的复喷长度不小于0.5m。

当注浆深度大时,易造成上粗下细的固结体,影响固结体的承载能力或抗渗作用,因而需采用增大压力和流量或降低旋转和提升速度等措施。

喷浆过程中,注意观察冒浆情况,以了解土层情况和喷射效果,当冒浆量大于注浆量的20%时或基本不冒浆时,应分析原因,有针对性的采取调整喷射压力、提升速度和旋转速度,加水玻璃或砂等措施。

(6)回注

喷注后的浆液有析水现象,可造成固结体顶部出现凹穴,对地基加固及防渗不利。

为此,可采用静压注浆或浆液中添加膨胀材料等措施。

4.3施工设备及人员的控制

(1)施工设备

施工设备的型号、数量必须满足防渗墙的技术要求及现场条件,施工设备的备件必须足够,施工前必须对设备的运行状况和其性能进行实验,确保设备工作正常。

设备应进行正确的组装和现场布置,布置时应该考虑施工方便,管道不宜过长。

所有计量设备如压力表、密度计,必须经国家标准计量单位或国家认可的检验单位检定、检验合格,并且检定结果保证在有效期内。

(2)施工人员

1)高喷作业是一项技术要求较高的工作,作业人员必须经过培训,并持证上岗。

2)施工前,应进行技术交底,使施工人员能够熟悉工艺流程、质量控制环节以及设备的性能。

3)各个工艺流程配备的人员数量必须满足要求。

4)工程的技术负责人员必须具有丰富的工程经验和对现场问题进行处理的应变能力,有很强的责任心,负责对施工进行认真的组织,掌握施工参数和质量标准,负责施工中的进度图表、原始资料的整理及竣工图纸的绘制、竣工工作总结及技术总结。

(3)安全操作

高压喷射注浆是一种多种机械互相配合的流水作业,加上交叉施工,因此,施工必须严格操作规程,确保人员设备的安全。

1)各种机械设备要细心保养维修,经常检查,确保运转中不发生任何故障。

2)喷射时,要密切注视各种机械的运转情况,如发现异常立即停机检修。

3)吊、放喷射管路时,严禁管下站人,所有进工地人员必须配戴安全帽。

5质量检查

5.1质量检查的工程

墙体质量检测主要包括:

墙体几何尺寸,墙体的连续性、完整性和均匀性,墙体材料的防渗性能、物理力学性能。

5.2主要的检查方法

对于高喷墙的施工质量效果,目前国内检查的方法有物理力学实验、开挖检查、钻孔检查、围井检查、标准贯入实验、无损检测等方法。

进度计划

见进度横道图。

劳动力计划

施工工效的选定,高喷钻孔按900m/月,高喷2000m/月·组。

工种

机组数量

人员数量

备注

高喷钻孔工

40

80

80台钻机

高喷工

20

200

40台高喷机

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