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三重管喷射注浆工法(三重管旋喷桩)加固地基三重管喷射注浆工法(又称三重管旋喷桩)是一种先进的地基加固技术,广泛应用于软弱土层、淤泥质土、粉细砂层等地质条件较差区域的地基处理。该工法通过钻杆中心的三重管道系统,分别输送高压水、压缩空气和水泥浆液,在钻进至设计深度后,边提升边旋转喷射,利用高压水射流切割扰动周围土体,辅以气流增强搅拌效果,同时注入水泥浆与土体强制混合,形成具有一定强度和良好止水性能的圆柱状水泥土固结体。
三重管旋喷桩的主要特点在于其分步喷射机制:首先由高压水切割土体,扩大有效加固范围;随后气流环绕水射流形成气幕,防止喷嘴堵塞并增强土体扰动;最后低压注入水泥浆,充分填充切割空间并与土粒拌合,形成均匀桩体。相比单管或双重管工法,三重管法能更有效地控制喷射压力和浆液注入量,成桩直径更大(通常可达800~1200mm),桩身质量更稳定,尤其适用于对承载力和防渗要求较高的工程。
(5)桩基础的代用。
db6501/t 042-2023 城市工程建设项目多测合一技术规程(6)地下盾构法等顶管施工始末端的加固。
二、加固原理与加固方法
由钻机操作特殊的三重喷射管,喷射管端部由三个喷嘴,分别喷射高压水,压缩空气和水泥浆。由高压水和压缩空气形成的喷射流用以切削土体,由另一喷嘴喷出之水泥浆与被切割的土混合,形成水泥、土混合体,达到加固土的目的。由于由钻机操作的喷射管边喷射,边旋转,边提升,从而形成具有较高强度的柱状水泥土加固体,称之为旋喷桩。如果边喷射边提升而不旋转,则在土层中片状的范围内实现水泥与土的混合。
有时,根据工程需要,也可形成“片状”加固体,例如隔水帷幕。此时,只要在喷射时,钻杆只提升,而不旋转,即所谓定向喷射。或者,只在一定的角度(如120°)内摆动,即所谓摆动喷射。
三重管喷射注浆法施工设备平面布置概括如图2所示。
当第一阶段贯入土中时,可借助喷射管本身的喷射贯入,只是在必要时,才在地基中预先成孔(孔径为φ15cm)。,放入喷射管进行喷射加固。
由于喷射注浆法没有系统的专用机具,因此施工机具需因地制宜地加以选择。
三重管喷射注浆法施工的主要机具有以下几种:
高压泵为柱塞式高压清水泵。高压泵的压力通常要求能在15.0MPa以上。一个良好的高压泵应能在高压下持续工作,设备的主体结构和密封系统应有良好的耐久性。
泥浆泵用在三重管旋喷中输送水泥浆之用。实际使用压力控制在200Pa左右,根据使用情况来看,由于水泥浆对机械和密封系统均易产生磨损,致使泥浆因此而不能顺利吸入与排出。因此,对泥浆泵的维护和检修是十分必要的。
采用的有6m3/min、9m3/min、柴油空压机或电动空压机,工作压力为70Pa,旋喷中当保持管线中压力为40~55Pa时,空气实际排量为1m3/min左右。
喷射注浆法采用的钻机,通常不是专门特制的,而是对一般勘探用钻机,根据喷射 工艺的要求(提升速度和旋转速度)加以适当改制。但钻机的灵活性及功能对喷射注浆法的施工水平起着重要使用。为了适于喷射注浆法施工的要求,冶金工业部建筑研究总院已开发了专用的旋喷钻机。日本、德国、意大利等国一些专业施工公司,均开发采用各具特色的旋喷钻机。
(1)喷射管:三重管法的喷射 管要同时输送水、压缩空气和水泥浆,而这三种介质均有不同的压力,因此,喷射管必须保持不漏、不串、不堵,加工精度严格,否则将难以保证施工质量。
(2)其他仪表:施工质量管理在喷射注浆法中是至关重要的。过去多采用人工读数记录方法。工程实践表明,采用各种相应的仪表进行控制和记录是十分必要的。其中主要有记录泵的压力、液量和空压机的送风量,记录压缩空气量的为玻璃转子流量计。
五、施工人员及施工管理
(1)班长,1人,负责协调指挥各机具操作人员之间的联系。
(3)空压机工,1人,负责空压机操作。
(4)钻机,2人,负责钻机操作。
(6)机修工,2人,负责各种机具维修。
(7)电工,1人,负责各机具安全用电兼负责施工安全。
(8)记录员,1人,负责施工记录。
(9)技术员,1人,负责施工技术工作。
由技术员负责,具体职责为:监督施工参数及处理施工时发生的临时变更情况,及时与设计单位联系。
由当班班长与操作工建立TQC小组,班长负责监督实施设计施工参数,严格按操作规程操作,并作好施工记录,发现问题,及时与技术员联系解决,定期进行TQC活动,保证施工质量。
(1)施工场地平整,以防钻机倾斜或沉陷。
(2)及时检查各高压管接头的可靠性,防止高压管暴裂伤人。
(3)及时检查各操作工的操作程序,严防违章操作。
(4)三重管喷射注浆电路复杂,应经常检查,排除隐患,做好安全用电。
六、加固质量及效果检验
三重管喷射注浆法效果检验主要有:
待凝固一周后进行开挖,将固结体露出 ,检查固结体的直径,并现场取样到室内加工成标准试块,检查各龄期桩体的单轴抗压强度,变形特性以及水泥含量等。试块制作按7×7×7cm立方体作抗压强度试验。当用作单轴及三轴抗压强度、抗拉强度时需按试验要求制作试块。
取施工过程中的冒浆体,做成试块,试验其特性。此项试验可以用作判断强度的参考。所取的冒浆应取喷射后期,即水泥与土混合的状态已接近地下实际混合状态的冒浆。
检查桩体的均匀性,并可检验其强度。由于受到水泥土的强度不高和桩径垂直度的影响,取芯工作必须十分仔细才能取得好的效果。
据标贯击数,确定其承载特性。
确定单桩承载力或复合地基承载力。
室内浆液配方试验,现场施工参数试验等。
上述检验项目,应结合工程要求和条件加以确定。其试验方法均参照工程地质勘察和建筑材料试验中相应的方法进行。
1.宝山钢铁总厂工程的深基坑开挖
宝山钢铁总厂初轧1号铁皮坑的平面尺寸为18.3×45.3m,深度为22.3m,与一系列正在施工的重要设备基础和厂房桩基础相邻,因此必须确保铁皮坑在施工过程中的稳定性以及减少其对相邻基础的影响。经过对多种地基加固方案分析对比后,确定采用三重管喷射注浆法加固基坑底部。
2.安徽六合滁河大桥桥墩加固
安徽六合滁河大桥是矿山铁路专用的五孔双曲拱桥,单孔跨度为25m。地层自地表起分别为软塑亚粘土、轻亚粘土。桥墩基础采用Ф100cm灌注桩。南北桥头为了抵抗水平推力,采用混凝土和毛石砌体作为支座。与桥头毗邻的路基采用高填方路堤。因原地形低洼,填土高度约为3~7m。由于路堤荷载的影响,产生不均匀沉降,而使桥墩产生位移,引起桥拱的开裂。裂缝宽度最大约为0.2mm。为了阻止混凝土墩和毛石砌体的不均匀沉降以及桥墩的水平位移,决定采用旋喷桩进行加固,同时采用扩大混凝土墩面积,增设灌注桩与其相连以及对毛石墩注浆加固的综合方案。
旋喷桩的主要作用在于防止相邻填方、铁路荷载引起的附加沉降继续发展,同时增加土体水平抵抗力。为了防止在加固工程中,由于土体短时间内强度降低而发生意外的沉降,因此对桥体的沉降和位移进行了监测。桥拱上的旋喷桩的施工量总计为2000延米。
3.旋喷桩—灌注桩组合挡土壁
武汉钢铁公司翻车机室廊道基坑开挖时,(基础深4.5~10.0m),设计用钻孔灌注桩挡土,维持边坡稳定,由于坑边坡范围内有一层透水性较好的土层,预计基础开挖后将大量涌水,最后确定在两根钻孔灌注桩之间加一根三重管旋喷桩,形成组合式挡土结构db13_t5622-2022标准下载,用以挡土和截水,设计总桩数144根,总延米数为1600m,开挖结果表明,三重管喷射注浆法隔水效果良好。
大港电厂翻车机室地基为高压缩性、低强度的淤泥,建筑主体建成后即发现建筑物沉降大,而且继续在发展,主体结构上并发现有裂纹,工程被迫中断。经多种方法比较,最后选定用三重管旋喷桩加固地基,限制沉降进一步 发展,用本方法的最大优点是可在原基础上开一小孔(Ф130)进行加固施工,因此,施工时对原建筑物影响极小,施工时又采用了早强剂及跳打法施工,施工期间总沉降仅为2.4cm,设计旋喷桩66根,总延米数为980m,施工完后建筑物变形得到了控制。
5.工业结构物地基补强
已有建筑的地基加固是建筑行业日益面临愈来愈多的问题,山东胜利炼油厂减压塔要加高,原地基承载力不能满足要求,要求在不损伤原塔基础的情况下进行地基补强,并且施工作业空间很小。设计选用了三重管喷射 注浆法,设计桩数36根,总延米数为1332m,加固后地基承载力达250~300kPa,满足了设计要求。
td∕t 1061-2021 自然资源价格评估通则6.深圳软土地基加固
福田区高速公路路口,下卧厚层淤泥,由于其它加固工法的各种限制,最后选用喷射注浆法加固路基,设计旋喷桩157根,采用了长短桩相间的设计方法,总延米为1488m,加固开挖后桩径达1.1~1.3m,桩身强度达140Pa,经验算,桩土复合地基承载力达设计要求。