宜阳北钢工矿机械设备有限公司

衡阳注浆机厂(工法地下连续墙墙趾后注浆工法)

地下连续墙墙趾后注浆工法

1、前言

地下连续墙墙底后注浆工艺,作为地下连续墙的一项补充完善的工艺技术,是在地下连续墙完成后,在地下连续墙施工过程中,在墙底预置注浆管路,待墙身混凝土达到一定强度后,用高压泵通过注浆管路向墙底以下土体进行注浆,它能因为注浆,加固墙底沉渣,挤密了墙侧土体及改良墙侧泥皮,改善地下连续墙与土之间的边界条件,墙底、墙侧土体强度同时得到提高,从而明显减少地墙因自重而产生的沉降,使地墙的承载力获得提高的一种工艺技术。

在深基坑结构施工中,用于围护结构的连续墙,墙底后注浆工艺,增强墙底土体的固结,明显降低墙体的沉降、减小墙体侧向位移,使围护结构更加稳定,使周围的环境得到更安全的保护;对于围护和结构墙“两墙合一”的地下连续墙,后注浆工艺尤其适用,后注浆相当于对结构进行永久的加固,对有效提高地下连续墙承载力、减少沉降量、加强结构的稳定,效果十分明显。

2、工法特点

地下连续墙墙底后注浆工法,有如下特点:

2.0.1 加固墙底虚土,增大承压面积

地下连续墙墙底后注浆时,水泥浆液通过端部注浆管渗入(压入)墙底虚尖及干渣石等处间隙中,同墙底虚土结合起来,增大了墙底强度,改良了墙底虚土。在墙底虚土被水泥浆液充满固化后,水泥浆液继续向受泥浆浸泡而松软和本身有一定渗透性的墙底持力层中渗透,在墙底形成扩大头,增大了墙底承压面积。

2.0.2提高墙底土体承载力,增加反向预应力

随着扩大头的不断扩大,因渗透压力受周围致密土层限制不断升高,压力升高对墙底持力层有一定压密作用,压密了墙底土体,提高了墙底土体承载力,同时给墙底面施加反向预应力,能使墙身微抬,当地下连续墙,尤其是“两墙合一”的永久结构墙体承受自上而下的垂直荷载时,此反向应力将承担部分荷载,从而提高地下连续墙的承载力。

2.0.3 充填墙侧,改良泥皮

随着注浆压力的向上释放,墙底注浆时部分浆液将沿墙侧上返,充填墙侧与墙周土体间空隙,同时可以破坏固化泥皮,提高墙侧混凝土与墙侧土体的粘结力,从而提高墙侧摩阻力,另一方面也同时挤密了墙侧土体。

2.0.4 提高墙侧土体强度,相当于增大墙厚

当水泥浆液在墙侧上下运动时,同时也沿径向渗透,由于浆液渗透长度不断增加,浆液体内压力不断增高,当浆液体的压力大于墙侧土体空隙水渗透压力时,浆液径向向墙侧土体中渗透。它一方面可以密实由于成槽时受泥浆浸泡而松软的墙壁土,另一方面浆液与墙侧土体结合,提高了墙侧土体强度,模糊了墙壁与墙侧土的界限,相当于增大了墙厚,提高了侧摩阻力,从而提高了地下连续墙的承载力。

2.0.5 增加墙底土体刚度

墙底的压力注浆,对墙底虚土进行胶结改造,部分浆液渗透扩散产生加筋效应,土体强度和变形模量大幅度提高,大大增加了墙底土的刚度,从而有效地减少了墙底的沉降,从另一个角度提高了承载力。

2.0.6 减少后期沉降

在注浆压力作用下,使一部分墙底土压缩变形在施工期内提前完成,使同等沉降条件下地下连续墙承载力提高,也减小了后期使用沉降。

3、适用范围

本工法适用于市中心周边建筑物临近,地下管线复杂,对位移、变形要求严格的深基坑开挖和地下建筑永久性的挡土围护结构,地下水位以下的截水,防渗,还可作为承受上部建筑的永久性荷载兼有挡土墙和承重基础的作用。

4、工艺原理

利用围护结构的地下连续墙兼做地下室外墙,既满足地下室外墙的基础要求,又满足围护结构的挡土墙要求,通过基坑中部数道钢筋混凝土内支撑,形成整个围护体系,

地下连续墙墙底后注浆工艺是通过专用的挖槽设备,沿着地下室外墙位置,开挖出具有一定宽度与深度的沟槽,用泥浆护壁,并在槽内设置一定刚度的钢筋笼,然后用导管浇灌水下混凝土,分段施工,用特殊方法接头,使之连成地下连续的钢筋混凝土墙体,墙与地下结构采用预埋钢筋接驳器连接,墙底进行压力注浆,通过墙底注浆工艺,加固墙底沉渣,挤密了墙侧土体及改良墙侧泥皮,改善地下连续墙与土之间的边界条件,墙底、墙侧土体强度同时得到提高。这样既当做围护挡墙,又兼做永久地下室外墙,与基坑中部支撑连结后,形成整个围护;这种围护体型刚度大,整体性好,变形小,故周围土层不致沉陷,地下埋设物不致受损,止水效果好,施工范围可达基坑用地红线,可提高基坑使用面积。

5、关键技术

后注浆关键技术主要包括:管路的安装和通畅、注浆的浆液配方、泵压、泵量、浆液注入总量等。

5.0.1注浆管的定位与安装。

一般地墙的注浆管采用Ф32×3.5mm的黑铁管,每幅槽段设置两根注浆管,间距不大于槽幅宽度1/2,注浆导管安放位置,应在钢筋笼厚度方向的中部,可防止钢筋笼起吊时,既不受弯也不受压,可不影响注浆管连接的牢度和密封,注浆管应与钢筋笼的架立筋绑扎牢固,并与钢筋笼整体下放,最下面一节注浆管底部(注浆器)伸出钢筋笼底部50cm。管与管之间采用丝牙连接,外面螺纹处用止水胶带包裹,并牢固拧紧密封,在钢筋笼下放结束时,必须在注浆管内注入清水检查管路的密封性能,当注浆管内注满清水后,以保持水面稳定不下降为达到要求。

5.0.2浆液配比

浆液配比应满足以下要求:

(1)水灰比满足设计要求,一般在0.55 - 0.5

(2)有可靠的缓凝性;

(3)有极强的流动性;

(4)需要一定早期强度;

(5)有一定的微膨胀性。

浆液的配制应由中心试验室进行试验,检查其初凝时间、标准稠度、结石率,28天强度等指标。浆液宜用滤网进行过滤

5.0.3泵压控制

泵压包括开塞压力、注浆压力、终止压力。

一般正常注入压力为0.8MPA左右,浮动范围在0.6-1MPA之间。该数字的上下限取值与持力层土性及墙底进入深度有关,一般来讲粉砂或夹砂粘土中注入压力高,砂粒径大则注入压力低,有承压水的地层注入压力高,由于管内浆液与管外静水压力及覆土重压力的平衡,墙底埋置越深注入压力越大。

注浆压力的另外一个影响因素是浆液的配方及管路的安装影响,浆液有磨细措施且外加剂配比合理,则注入压力低,反之则高。耐压选择要依实际地层情况进行试注并注意与泵量的匹配。

开塞泵压视注浆器制作及形式与安置效果不同而有变化,一般在1.0-1.5MPA左右,当压力超过4MPA可视为管路不通。

终止压力控制在1.0MPA左右,若有设计浆液不能完全注入而压力升高情况,可在保证设计浆液注入80%的情况下用2MPA作为终压指标。

5.0.4注浆流量

注浆量的选择要满足渗透注入,一般注浆泵量控制在32-50L/min,考虑到施工可行性,同时要参照压力的变化,在注入压力比较低的情况下,可适当加大注浆泵量,否则应以低值注入。施工控制以设计注浆量、注浆压力为准、注浆时间可根据注浆泵量作为参考。完成注浆的条件是:

a、每幅注浆总量达到设计要求;

b、注浆量达到80%及注浆压力达2MPa时。

6、工艺流程及操作要点

6.0.1、后注浆工艺流程:

「工法」地下连续墙墙趾后注浆工法

工艺流程图

6.0.2.1材料准备

注浆管采用Ф32×3.5mm的黑铁管,按实际完成工作量组织管材进场,考虑一定损耗系数,同时按特定浆液配制要求,组织外加剂及小钻进场。

6.0.2.2注浆器和注浆管路安装

墙底注浆器焊接在注浆管路上,且注浆器超出钢筋笼底部0.5m左右,注浆管路安放在槽段内,每幅槽段设置两根注浆管,间距不大于槽幅宽度1/2,一般6m的槽断,注浆管的间距不大于3m。注浆管应绑扎在钢筋笼厚度方向的中部,可防止钢筋笼起吊时受弯而影响注浆管连接的密封,注浆管必须使用10#或12#铁丝按每间隔2m与钢筋笼主筋牢固地绑扎在一起,注浆管路随每幅槽段钢筋笼一起下入之前,必须进行槽深的测定和注浆管路的检查工作。

注浆管路设置要求:注浆管路连接时,其螺纹处必须使用止水胶带,并牢固拧紧密封。在完成一幅槽段钢筋笼安装后,须在注浆管内注入清水,检查管路的密封性,以注浆管内注满清水,并保持水位稳定不下降为准。露出于墙顶部的注浆管上部管口,使用堵头拧紧,防止杂物掉入注浆管内,确保注浆管路畅通。后注浆管路安装示意(见图1)。

「工法」地下连续墙墙趾后注浆工法

图1

6.0.2.3注浆人员组织

后注浆施工人员,一般一台套设备配备一个指挥机长、两个下管班、两个注浆班,并配备两名技术人员进行跟班指导,正常情况下,下管班3人一班,注浆班5人一班。

6.0.2.4注浆技术交底

对施工人员进行详细的技术交底,主要交底注浆量、注浆压力、注浆进度等指标。对浆液配制及浆液细化需针对压浆墙型和地层情况进行认真剖析,分析项目特点,找出项目施工的难点,并加以注意,同时对地下连续墙施工与后注浆施工的工序交叉、交接提出具体要求。

6.0.2.5注浆管路检查,

待地下连续墙墙身混凝土达到设计强度等级后,方可进行后注浆施工,注浆前必须对注浆设备和注浆管路进行检查,对注浆槽段内导管使用清水开塞,检查注浆导管是否畅通。

6.0.2.6浆液配制

按设计水泥量和水灰比进行水泥浆液的配制,水灰比控制在0.5-0.6之间,水泥标号必须符合设计要求,浆液配制过程中,须按一定比例掺加外加剂,水泥浆液搅拌好后,必须用不大于3×3mm的滤网进行过滤,方可开泵注浆。

在渗透性比较差的地层中注浆,水泥浆液必须进行细化处理,细化处理时间根据颗粒分析和渗透系数确定,一般在1-3分钟之间。

6.0.2.7注浆泵量控制

注浆泵量控制在32-50L/min以内(有条件可根据地层情况及注入试验结果调整),常规注浆压力控制在0.8-1MPA左右,每幅墙注浆必须一次完成,两根注浆导管的注浆间隔时间不得超过8小时。

6.0.2.9后注浆终止标准

墙底后注浆施工将设计浆液一次性完全注入墙底,即可终止注浆。遇设计浆液不能完全注入,在注浆量达80%以上,且泵压值达到2MPA时亦可视为注浆合格,可以终止注浆。

注浆管路完全不通,视为不合格,需采取补注浆技术措施。

7、材料与设备

7.0.1、 材料

水泥:根据地层情况,浆液通常选用P42.5级水泥或P32.5级水泥配制。施工前需根据理论计算备足用量,并按有关规定按批次送检,合格后方可使用。

7.0.2、 设备

后注浆施工设备大体上可分为地面注浆装置和地下注浆装置两大部分。地面注浆装置由注浆泵、浆液搅拌机、储浆桶、湿磨机、地面管路系统及观测仪表等组成。地下注浆装置由墙身注浆导管和墙底注浆装置组成(见图2)。

7.0.2.1 注浆泵

墙底后注浆对泵的要求是排量小而压力高且稳,泵的额定压力应大于要求的最大压力的2倍,同时由于后注浆的开塞要求,泵压最大值要求6MPA以上;泵的排量为50-250L/min。符合上述要求的产品有:中南冶金机械厂的SNS系列注浆泵、锦西注浆厂的2TGZ-60/210型注浆泵、YSG-120/250型注浆泵、HFV专用型注浆泵、US3型灰浆泵、JHB-A型灰浆泵、SCB-1型注浆泵、衡阳探矿机械厂的BW-150型泥浆泵等。注浆泵上必须配备有卸荷阀和压力表

「工法」地下连续墙墙趾后注浆工法

图2

7.0.2.2浆液搅拌机具

浆液搅拌机及储浆桶可根据施工条件选配,搅拌机要求低转速成大扭矩,故须选用适当的减速器,搅拌叶片要求全断面均匀拌浆,应分层配置,搅拌机制浆能力和储浆桶容量应与额定注浆流量相匹配,且搅拌机出浆口应设置滤网。

7.0.2.3 管路系统

该系统主要由浆液地面输送管组成,必须保证密封性。输送管必须采用承受2倍以上最大注浆压力的高压管或无缝钢管,长度不宜超过50米。

7.0.2.4注浆导管

注浆导管材质可为钢管、高强度PVC管等。根据墙厚及注浆的均匀性沿钢筋笼布置。墙身注浆导管应连接牢固和密封,宜采用焊接或管箍连接,与钢筋笼加劲筋焊接或绑扎固定,随钢筋笼一起下放入槽内。

7.0.2.5 注浆器

注浆器是整个墙底压力注浆施工工艺的重要部件,设有单向阀,注浆时,浆液由墙身注浆导管经单向阀直接注入土层。注浆器有如下要求:

(1)注浆孔设置必须利于浆液的流出,注浆器总出浆孔面积大于注浆器内孔截面积;

(2)注浆器须为单向阀式,以保证下入时及下入后混凝土灌注过程中浆液不进入管内以及注入后地层中水泥浆液不得回流;

(3)注浆器上必须设置注浆孔保护装置;

(4)注浆器与注浆管的连接必须牢固、密封、连接简便;

(5)注浆器的构造必须利于进入较硬的墙底持力层。

8、质量控制

后注浆工艺是对地下连续墙工艺的一种补充。保证后注浆的质量控制有以下几个方面;

8.0.1、注浆的设备和材料

(1)必须选用与注浆土层相适应的带单向阀式的注浆器。

(2)墙底注浆器的置入标高要保证插入墙底持力层0.3-0.5m,注浆器要及时开塞,为控制注浆管顶标高,要按现场地坪标高设置调节短管,以保证管顶受控不被破坏。

(3)注浆管设置首先要保证材质要求,其次要保证连接牢固密封,严防从管节间漏浆。

(4)浆液严格按配方配制,保证原材质量,防止离析、泌水引起注浆器、注浆管堵塞。

(5)施工监测控制

施工主要监测控制的是工艺参数指标,在压力,注入速度,注入量三者之中又以注入量的控制为重中之重。

8.0.2、 施工中的冒浆及压力异常的处理

8.0.2.1 注浆过程中的冒浆及处理

施工过程中,如发现浆液沿墙侧上返现象,应首先分析地层情况及注浆量的问题,同时要比照墙体深度情况,可通过调整浆量及采用分次间歇注入方法解决冒浆问题。

8.0.2.2 注入压力过高或过低

出现这种情况除分析浆液配比,水泥质量及拌制磨细过程外,着重调整注入速率,一般通过调整单位时间注入量可以得到解决。

8.0.3、注浆失败补救措施

后注浆施工中如果因注浆管不通,从而导致浆液不能注入的情况,或管路虽通但设计浆液不能达到80%,同时注浆压力达不到终止压力,注浆视之为失败。可采取如下补救措施;

在注浆失败的墙内侧采用地质钻机形成两个小孔,直径Φ90mm左右,深度超过墙底50cm为宜,并与地下连续墙形成1/300的夹角,然后在所成孔中重新下放两套注浆管并在距墙底2m处用托盘封堵,用水泥浆液封孔,待封孔5天后即进行重新注浆,补入设计浆量即完成施工。施工要点见表:

补救施工要点

设备

成孔深孔

成孔直径

成孔垂直度

X-100立轴式钻机

墙深+50cm

Φ90

1/300或向墙底方向微倾

补救措施中,注浆孔成孔能否到位是确保补救措施成功的关键,必须采取足够的措施保证成孔和重新安装注浆管,垂直度≤1/300。

现场由专人对每幅槽段的施工情况进行记录,记录应真实、完整,详细地反映注浆的全过程。

9、安全、环保措施

(1)对进出场道路,注重道路洒水养护,降低粉尘对环境的污染,雨季做好沟渠疏通,防止对道路造成污染。

(2)水泥等粉细散装材料,采取室内(或封闭)存放严密遮盖,卸运时采取有效措施,减少扬尘。

(3)现场的临时道路地面做硬化处理,防止道路扬尘。

(4)施工人员应戴好防护眼镜和口罩等,严格安操作程序进行操作,防止注浆压力泥浆喷溅。

(5)要保证水泥注浆管路的密封,控制好注浆压力,特别要注意压力明显上升时,工作人员要尽量避免近距离的操作;

(6)要控制施工废水排放,可采取在施工区域内设置两级沉淀池,保证废水经二次沉淀后方可向场外排放。

10、效益分析

地下连续墙后注浆工艺,可在不增加地下连续墙的长度,达到墙体结构的设计效果,特别适用于软弱地基的土质条件,因此可缩短施工周期,材料也要节省很多,更重要的是工程造价明显降低,一般可降低5-7%,同时,由于提高了结构稳定性,对周边环境影响减弱,社会效益明显。

11 应用实例

11.0.1 海域阳光二期项目

海域阳光二期工程位于海口市西海岸长海大道东侧,总建筑面积为20.99万平方米,结构形式为框架剪力墙结构,地下二层(局部一层),地上32层。工程于2014年6月10日开工,计划2017年12月31日竣工。由龙元建设集团股份有限公司总承包。地下室基坑开挖开挖深度为7~9米,主体工程基础采用天然筏板基础,支护桩采用Φ800@1200旋挖桩。本工程基坑的安全等级为一级(局部为二级)。主体结构的基坑变形保护等级为一级。

本工程基础施工在过程中采用了“地下连续墙墙趾后注浆工法”,取得了很好的施工效果,节点工期保证,材料成本及损耗降低显著,质量可靠,工艺简便,操作性良好,经济效益明显。

海南绿城清水湾棕榈苑项目

本工程位于海南省陵水市清水湾度假区,总建筑面积116019.80平方米,框架剪力墙结构,地下二层(局部一层),地上17层,工程于2014年3月30日开工,2016年12月31日竣工。该工程采用了“地下连续墙墙趾后注浆工法”,经工程实践检验,该技术确保安全、增强墙底土体的固结,明显降低墙体的沉降、减小墙体侧向位移,使围护结构更加稳定,使周围的环境得到更安全的保护等特点。满足了工程施工的进度要求,节约经济成本,取得了良好的现场效果。

11.0.3 三亚金沙国际酒店

三亚金沙国际酒店总建筑面积23546m2,层高8层。由主楼和副楼两栋建筑组成,主、副楼采用连体地下室,地下室总建筑面积7255 m2,拥有停车位121个,客房179间,采用太阳能热水系统。总造价1.4亿。

该工程在深基坑结构施工中采用了“地下连续墙趾后注浆工法”,经工程实践检验,该技术确保安全、增强墙底土体的固结,明显降低墙体的沉降、减小墙体侧向位移,使维护结构更加稳定,使周围的环境得到更安全的保护等特点。满足了工程施工的进度要求,节约经济成本,取得了良好的现场效果。

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