第四章地下工程施工之輔助工法-2

1、第四章地下工程的施工同濟(jì)大學(xué)地下系謝雄耀副教授xiexiongyao tongj i. edu .cn地下工程的輔助工法0物理方法：凍結(jié)法、降水法、動(dòng)力壓密法、 深層擠密樁法、土的加筋法0化學(xué)方法：注漿法、深層攪拌樁、粉噴樁1.1注漿法定義機(jī)械壓力一漿液f土粒間或裂隙松散土 （天然地基）1“人造石”2013-3-27§ 1注漿法施工M.2注漿類型0按照注漿材料水泥漿液優(yōu)點(diǎn)強(qiáng)度高、耐久性好、材 料豐富、工藝簡單成本低；缺點(diǎn)：容易離析和沉淀穩(wěn) 定性差化學(xué)漿液優(yōu)點(diǎn)：可注性好缺點(diǎn)：強(qiáng)度低、耐久性差、 環(huán)境污染、成本高ul.2注漿法類型f參透性注漿：土層結(jié)構(gòu)不受擾動(dòng),03-05MPa0按工藝原

2、理一劈裂注漿:附加應(yīng)力一土體剪切裂縫 一超孔隙水壓力一消散固結(jié)*壓密注漿 M1¥1惰性漿液材料-均勻凝固膠體&壓密周圍土體亠噴射注漿法2013-3-27§ 1注漿法施工-噴射注漿法原松散狀土體經(jīng)過高壓噴射注 漿后，變成圓柱形、板壁形和 扇型固結(jié)體，并且有良好的強(qiáng) 度、抗?jié)B性、耐久性。從而可 提高抗剪強(qiáng)度、地基承載力， 降低土體壓縮性。L師飆并聲勰衆(zhòng)沛入單向玆斟2013-3-275.恥締并分節(jié)移動(dòng)注鷄曽4.連接注嘶注A拌制好的飆3. WWiilg獻(xiàn)玆注淞管§ 1注漿法施工花管注漿套管護(hù)壁注漿法M.3常用注漿方法一邊鉆邊注2013-3-27§ 1注漿

3、法施工f花管注漿2013-3-27步驟：1、打入一下部帶尖頭的花管圖引2、沖洗進(jìn)入管中的砂土 圖b;3、最后自下而上分段拔管灌漿圖 c特點(diǎn)：1、工法簡單2、遇卵石及塊石時(shí)打管很困難,故只適用于較淺的砂土層；3、灌漿時(shí)容易沿管壁冒漿-套管護(hù)壁注步驟：1、邊鉆孔邊打入護(hù)壁套管，直至預(yù) 定的灌漿深度圖a;2、接著下入灌漿管圖b;3、然后拔套管灌注第一灌漿段丨圖 c；4、再用同法灌注第二段及其余各 段，直至孔頂圖d o特點(diǎn)：打管較困難，為使套管達(dá)到預(yù) 定的灌漿深度，常需在同一鉆孔中 采用幾種不同直徑的套管。§ 1注漿法施工 f邊鉆邊注2013-3-27(b)步驟:在地表埋設(shè)護(hù)壁管，上而下鉆完

4、一段灌注一段，直至預(yù)定深度為止。特點(diǎn)：1、無需在砂礫層中打管；2、是容易冒漿，而且由于是 全孔灌漿，灌漿壓力難以按深度 提高，灌漿質(zhì)量難以保證。§ 1注漿法施工 f袖閥管注漿0 彳 WMi/UJL3 5-2/簡介: 又稱Soletanche方法，于20 世紀(jì)90年代開始廣泛用于國際 土木工程界。在砂礫地基灌漿 中，袖閥管法用得最多。§ 1注漿法施工 f閥管注漿特點(diǎn)：1討根據(jù)需要灌注任何一個(gè)灌漿段；2、可以進(jìn)行重復(fù)灌漿；3、可使用較高的灌漿壓力，灌漿 時(shí)冒漿和串漿的可能性??；4、鉆孔和灌漿作業(yè)可以分開，使 鉆孔設(shè)備利用率提高。5、缺點(diǎn)：耗費(fèi)管材較多；每一 個(gè)灌漿段長度固定為3

5、350cm ,不能根據(jù)地層的實(shí)際情況調(diào)整灌漿段長度。步驟1、鉆孔。通常用優(yōu)質(zhì)泥漿，如膨潤土 造漿；2、插入袖閥管。為使套殼料的厚度均 勻，應(yīng)設(shè)法使袖閥管位于鉆孔的中心；3、澆注套殼料。用套殼料置換孔內(nèi)泥 漿,澆注時(shí)應(yīng)避免套殼料進(jìn)入袖閥管 內(nèi)，并嚴(yán)防孔內(nèi)泥漿混入套殼料中；4、灌漿。待套殼料具有一定強(qiáng)度后， 在袖閥管內(nèi)放入帶雙塞的灌漿管進(jìn)行灌 漿；13注漿設(shè)計(jì)對于有管涌和水土流失危險(xiǎn)之處則更須預(yù)先進(jìn)行可靠的預(yù)防性 地基處理。必須加固的位置和范圍要選在可能引起突發(fā)性災(zāi)害 事故的地質(zhì)或環(huán)境條件之處，包括但不限于以下條件：CO 液性指數(shù)大于1.0的觸變性及流變性較大的粘土層，基坑開 挖較深，墻前土體有可

6、能發(fā)生過大的塑性破壞； 地下水豐富的松散砂性土或粉砂土層； 坑邊設(shè)備重載區(qū)或坑外有較大的超載，或坑外有局部的松土 或空洞； 基坑附近有重要的保護(hù)設(shè)施或?qū)Τ两递^敏感的建筑設(shè)施： 坑周邊有較大的邊坡或較大的水位差； 坑內(nèi)局部加深區(qū)域的加固。13注漿設(shè)計(jì)1）應(yīng)考慮注漿的目的：用于防滲、加固、提高地基 承載力，增加土體穩(wěn)定性，還是降低土體的壓縮 性。2）注漿標(biāo)準(zhǔn)的確定;3）選擇適宜的注漿材料，有水泥基漿材，化學(xué)漿材（水玻璃類、環(huán)氧樹脂類）4）注漿參數(shù)，包括注漿壓力、漿液擴(kuò)散半徑、漿液 濃度以及凝膠時(shí)間。2013-3-27樁位墻肋式布置圖(b)樁位格柵式布置圖(c)基坑土體加固樁位排列布置形式2013-

7、3-27土體加滿膛式布直圖閭土體加固格柵式布直圖土體加 art 苗基坑土體加固平面布置形式42013-3-27搶險(xiǎn)類加固2013-3-272013-3-27自馬地面控制世紫屁板I地下左或墻U 1bt 1 樁戲 2:0 近立 3it±ft 區(qū)變 動(dòng)力 主應(yīng)鄰獨(dú)鄲近建S3物基礎(chǔ)2013-3-27被動(dòng)區(qū)注漿示倉圖亠主動(dòng)區(qū)控制注漿卩2013-3-27§2人工地層凍結(jié)法凍結(jié)機(jī)理了解土的組成：固體一一土顆粒，不考慮其凍結(jié)氣體一一含少量水蒸氣，不考慮其凍結(jié) 液體水。包括自由水、結(jié)合水土的凍結(jié) 土中水的凍結(jié)2013-3-27§2人工地層凍結(jié)法10凍結(jié)管凍土譽(yù)本原理12人工地層凍結(jié)

8、法(Artificial Ground Freezing, AGF)(簡稱 “凍結(jié)法"),是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水結(jié)冰，把天 然巖土變成凍土,增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程 的聯(lián)系，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行地下工程掘砌施工的特殊 施工技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是利用人工制冷臨時(shí)改變巖土性質(zhì)以固結(jié) 地層。制冷方法間接式：鹽水制冷-30°C-35 °C 直接式：液氮制冷-196 °C凍土特點(diǎn)絕對的封水性較高的強(qiáng)度:-8°C, 2.7MPa;-30 oC,5.54MPa安全性、可知性、變化性土 :禾工®礦山鑿井：豎井斜井隧道施工：隧道掘

9、進(jìn)；盾構(gòu)頂管進(jìn)出洞聯(lián)絡(luò)通道 基坑工程、穿越.地下對接、管線工程、事故處理 基礎(chǔ)加固邊坡加固環(huán)境保護(hù)：污染物處理土工試驗(yàn)：原狀土取樣2013-3-27§2人工地層凍結(jié)法土凍結(jié)的階段第一階段先形成很小的分子集團(tuán)，稱為結(jié)晶中心 或生長點(diǎn)；第二階段一一再由這些分子集團(tuán)生長變成稍大的團(tuán)粒, 稱為晶核；第三階段最后由這些小團(tuán)粒結(jié)合或生長，產(chǎn)生冰 晶。2013-3-27§2人工地層凍結(jié)法2013-3-272013-3-27土凍結(jié)過程的il度特征Source Reproduced with permission of V. Lunardini from I unurdini 1981.20

10、13-3-271、過冷。土中水處于負(fù)溫但無冰 晶存在，原因是結(jié)晶中心在比冰 點(diǎn)更低的溫度下才能形成；bound 2、跳躍。土中水形成冰晶和冰 Fozen.豐黑囂疥J生長時(shí)，放出結(jié)晶潛熱，使 土溫驟然升高；恒定。冰晶不斷生長，因潛 熱釋放，土溫保持基本不變；4、遞降。土中大部分水完成結(jié) 晶，潛熱釋放基本停止，土溫 繼續(xù)下降§2人工地層凍結(jié)法影響土凍結(jié)的因素分散度越大，土的粘性越大，則凍結(jié)溫度越低。（砂土粉土黏土）2013-3-272013-3-27含水量越大,則凍結(jié)溫度越高。（含水量2013-3-27越高越接近清水）含鹽量越高，則凍結(jié)溫度越低（結(jié)冰溫 度下降）§2人工地層凍結(jié)

11、法凍土壁設(shè)計(jì)|凍土抗拉強(qiáng)度規(guī)律與抗壓強(qiáng)度相同。強(qiáng)度隨著溫 度的降低增長，同時(shí)取決于土的成分、含水量等 因素。數(shù)值上，抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高26倍。I凍土壁形狀。根據(jù)工程需要，由凍結(jié)管布置，設(shè) 計(jì)凍土帷幕2013-3-27§3降水法 u 3.1降水原理實(shí)質(zhì)：降低土層中自由水的水面高程，提高地基土體抗剪強(qiáng)度。工程實(shí)踐表明，夾薄層粉砂(KhA105cm/scc)的粘性土層,在降水3周后，含水量減少30%, 土體體抗剪強(qiáng)度增加3050%。3.2常用降水方法一一明排法噴100mm厚C20混凝土p 6. 5200X200鋼筋網(wǎng)片300 X 200排水溝/一2. 453.2常用降水方 一輕型井點(diǎn)降水

12、1）定義：輕型井點(diǎn)就是沿基坑的四周將許多井點(diǎn)管埋入地下蓄水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過彎聯(lián)管與總管相連接，利用抽水設(shè)備將地下 水從井點(diǎn)管內(nèi)不斷抽出，這樣便可將原有地下水位降至坑底以下。2）所需抽水設(shè)備：真空泵、離心泵和水氣分離器5）施工注意1、輕型井點(diǎn)使用時(shí)，一般應(yīng)連續(xù)抽水，（特別是開始階段）。時(shí)抽時(shí)， 濾網(wǎng)易堵塞，也容易抽出土粒，使出水混濁，并會引起附近建筑物由于土 粒流失而沉降開裂；同時(shí)由于中途停抽，地下水回升，也會引起土方邊坡 坍塌等事故2、輕型井點(diǎn)的正常出水規(guī)律是“先大后小，先混后清”，否則應(yīng)立即檢查 糾正。必須經(jīng)常觀測真空度，如發(fā)現(xiàn)不足，則應(yīng)立即檢查井點(diǎn)系統(tǒng)有無 漏氣并采取相應(yīng)的措施；3、

13、采用井點(diǎn)降水時(shí)，應(yīng)對附近的建筑物進(jìn)行沉降觀測，以便采取防護(hù)措 施；4、在抽水過程中，應(yīng)調(diào)節(jié)離心泵的出水閥以控制出水量，使抽吸排水 保持均勻，達(dá)到細(xì)水長流。在抽水過程中，還應(yīng)檢查有無“死井”（ 即井點(diǎn)管淤塞）。如死井太多，嚴(yán)重影響降水效果時(shí)，應(yīng)逐個(gè)用高壓 水反向沖洗或拔出重埋。2013-3-27§3降水法ij 3.2常用降水方法輕型井點(diǎn)降水4）井點(diǎn)施工井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝順序是：挖井點(diǎn)溝槽、鋪設(shè)集水總管；沖孔，沉設(shè)井點(diǎn)管 ，灌填砂濾料；彎聯(lián)管將井點(diǎn)管與集水總管連接；安裝抽水設(shè)備；試抽。井點(diǎn)系統(tǒng)施工時(shí)，各工序間應(yīng)緊密銜接，以保證施工質(zhì)量。各部件連接頭 均應(yīng)安裝嚴(yán)密，以防止接頭漏氣，影響降水效果

14、。2013-3-27§3降水法 層讎用降水方法噴射井點(diǎn)降水2013-3-272013-3-27當(dāng)基坑開挖要求降水深度大于6m時(shí)，如用輕型井點(diǎn)就必須用多級井點(diǎn)。這會增加井點(diǎn)設(shè)備數(shù)量和基坑挖土量，延長工期等，往往不是經(jīng)濟(jì)的。因此,當(dāng)降水深度超過6m,土層為滲透系數(shù)為0.12.0m/d的弱透水層時(shí)，以采用噴射井點(diǎn)為宜，其降水深度可達(dá)20m。2）噴射井點(diǎn)設(shè)備在排水總管處加設(shè)一個(gè)射流泵，可以提高抽水深度達(dá)30m，稱為 射流-噴射井點(diǎn)。3）噴射井點(diǎn)設(shè)備與井點(diǎn)布置在排水總管處加設(shè)一個(gè)射流泵，可以提高抽水深度達(dá)30m，稱為射 流-硫射井點(diǎn)。2013-3-27§3降水法ij 3.2常用降水方

15、法管井昇點(diǎn)1）適用條件-管井井點(diǎn)就是沿基坑每隔一定距離設(shè)置一個(gè)管井， 每個(gè)管井單獨(dú)用一臺水泵不斷抽水來降低地下水位。 在土的滲透系數(shù)大（20200m/d）、地下水量大的 土層中，宜釆用管井井點(diǎn)。-管井的間距，一般為2050m,管井的深度為8 15m。井內(nèi)水位降低，可達(dá)610m,兩井中間水位 則為35m。-管井的沉設(shè)，可采用泥漿護(hù)壁鉆孔法。2013-3-27§3降水法u 3.2常用降水方法管井井點(diǎn)2）施工設(shè)備管井井點(diǎn)的設(shè)備主要是由管井、吸水管及水泵組成。管井可用鋼管管井和混凝土管管井等。鋼管管井的管身采用直徑150250mm的鋼管，其過濾部分采用鋼筋焊接骨架外包孔眼 為12mni的濾網(wǎng)，長度23m。混凝土管管井的內(nèi)徑為 400mm,分實(shí)管與過濾管兩種，過濾管的孔隙率為2025%, 吸水管可采用直徑為50100mm的鋼管或膠皮管，其下端應(yīng)沉 入管井抽吸時(shí)的最低水位以下。水泵可采用24英寸潛水泵或單 U級磐'常用降水方法一深井井點(diǎn)1）適用條件當(dāng)降水深度超過15m時(shí)，可在管井井點(diǎn)中采用深井泵。這種采用深井 泵的井點(diǎn)稱為深井井