近几年来城市的发展步伐越来越快,城市交通的发展对于城市来说至关重要,越来越多的地下工程,尤其是现在地铁、城市公路等需要从建筑物基础下方穿越的地下隧道的发展,但是在城市地铁的地下工程的建设施工中出现了很多的质量问题和重大的事故。因为地铁在开挖施工的过程中地下水会严重流失,从而引起地铁周边的建筑物不均匀沉降,造成建筑物的倾斜、开裂、基础的破坏等严重影响建筑物结构安全的问题,因此对地铁周边的房屋采取有效的保护和加固措施是十分重要的和必不可少的。
目前国内外对房屋的加固和保护常用的方法有很多种,比如桩基托换、顶升以及平移等方法。但因地铁修建时对周边房屋本身的基础、结构以及所处地质条件造成的影响很大,前面所述的这些方法在实际的施工过程中风险程度高,并且有可能造成房屋的破坏,造成人员伤亡,并且在施工过程中还需进行非常麻烦的住户搬迁等。为此,主要介绍了一种非常实用的加固方法来处理地铁修建时周边房屋的保护措施,就是采用注浆的方式对房屋基础进行加固,这样就可以在不影响业主正常的工作和生活前提下对房屋进行有效的基础加固和改良。这种方法采用了许多先进的技术,通过跟踪补偿注浆及时进行纠偏,实行动态管理,信息化施工,最后依据监测结果来调整需要注浆的房屋基础部位和相关的参数,从而稳定的抑制房屋的不均匀沉降,使注浆加固后的房屋具有很大的安全性,并为以后类似情况房屋的加固提供有效的参考。
所谓的注浆技术是指利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管把具有流动性、填充性、胶凝性的一种或几种浆液材料,按一定的配和比注入房屋的地基土中,通过浆液的充填、渗透和挤压等作用把土粒间的水分和空气挤走,然后浆液就与原来已经松散的土粒粘结成非常坚固的整体,从而使原来土体的强度提高,使其的承载力加强。注浆加固地基的类型主要有渗透注浆、充填注浆、挤密注浆和劈裂注浆这4种方法,在使用的时候主要根据需要加固地基区地质的情况以及地层的类型来选用不同的注浆加固方法。
高压喷射注浆法就是属于劈裂注浆的一种,它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土层预定的深度后,以一定的压力使配和好的浆液或水从喷嘴中喷射出来,从而形成具有强大冲击力的喷射流,通过这股喷射流冲击破坏土层,形成一定形状的空间,随着喷射流能量的加大、速度的加快,这种脉动状的喷射流就具有大于土层结构强度的压力使土颗粒从土层中剥落下来,剥落下来的一部分细土粒就随浆液或水冒出地面,其余土颗粒在喷射流巨大的冲击力、离心力和重力等作用下,与浆液混合均匀,逐渐形成整体,并按一定的比例和规律重新排列。这样注入的浆液将冲下的那部分土粒混合凝结成加固体,从而达到加固土体的目的。高压喷射注浆法具有增加地铁周边房屋地基强度、提高地基承载力、止水防渗、减少支挡结构土压力、防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能。因此这种注浆加固方法在城市地铁修建过程中,被广泛的用于周边房屋地基的加固处理。
2 房屋高压喷射注浆加固技术的优越性
房屋高压喷射注浆加固的技术的优越性主要有以下几方面:(1)施工灵活方便。这种方法所需的设备比较轻便且机动性强,施工的时候只需在房屋基础土层上钻一个孔径为大约50~300mm的小孔就可以完成在土中喷射注浆,使浆液和土体固结成整体,从而可以对房屋的基础起到加固的效果。另外根据施工的需要可以采取在地面进行垂直喷射注浆,同样也可采用倾斜和水平喷射注浆。(2)可控制固结体形状。在房屋地基加固的过程中,为满足工程需要,可以通过改变喷射方向、调整喷射持续时间、更换喷嘴孔径、改变流量等参数后,获得不同体形的固结体,固结成施工过程中所需的某种形状。(3)耐久性较好。在用高压喷射注浆加固房屋地基的工程中,能得到预期的、稳定的加固效果并有较好的耐久性,可以用于永久性工程。(4)无公害。高压喷射注浆加固技术施工影响范围小,浆液基本在需要加固的房屋基础范围内凝固,不会外泄,并且施工噪声小,无振动,也不会产生地基沉陷,不影响周围人们的正常生活。(5)浆液可再次回收利用。高压喷射注浆法在施工时有一定的冒浆及浆液沿着管壁冒出地面,这样浆液材料就有一定的耗费。但可以采用更好的施工方法比如三重管法,这种方法就可以回收再利用一部分浆液,或把冒出地面的浆液再压入地下,以免造成浪费。
3 工程实例
深圳地铁五号线百布区间下穿左右家私宿舍楼,该栋建筑物下部地层依次为杂填土2m、素填土2m、粘土3.5m和粉质粘土14m。地层顶部杂填土多为建筑垃圾,建房过程中并未压实,土层孔隙较大,下部粘土及粉质粘土对施工扰动敏感。该部位地下水丰富,且该部位紧邻尖角峰,地下水补给充足。顶部杂填土中孔隙比较大,在隧道开挖过程中,由于开挖影响,地下水流失比较严重。
该栋建筑物为6层砖混建筑物,房屋长度50m,宽度8m,长宽比严重失调。由于该栋建筑物是建造在杂填土层上,施工过程中房屋沉降较大;沉降量最大达到了100mm,沉降速率最大达到了10mm/d,倾斜率最大达到了8‰,地铁施工增加了楼房整体倾倒的危险,经过专家会制定方案在房屋周边采用高压旋喷注浆加固,控制房屋继续沉降,保证房屋的安全。
3.1 高压旋喷桩设计
(1)桩的布设:根据设计,沿围堰外侧亚砂土层区域布设两排桩,砂层区域布设三排桩,桩距围堰边0.1m,桩间距为501mm,桩长10.0m,桩径0.7m,桩尖进入硬塑亚粘土中大于1m,经过计算,其受力均符合要求。
(2)高压旋喷桩施工机理:钻机采用XPZ-50型单管高压旋喷桩,BWT100/30高压注浆泵机,当钻机钻到设计标高后,用高压旋喷机把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底,利用高压设备使喷嘴以20MPa的压力把浆液喷射出去,冲击切割土体,并与土体搅拌混合,随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱体桩体,浆与土体经过一系列的物理化学反应,固结成桩,从而达到支护、止水的作用。
3.2 工艺参数
(1)高压水泥浆:压力10~15MPa,流量Q=30~40L/min。
(2)压缩气:压力为0.6~0.8MPa,气量60~40m3/h。
(3)浆液比重:浆液采用P.O32.5级普通硅酸盐水泥搅制,浆液比重1.4~1.5。
(4)速度:旋喷提升速度为10~15cm/min;旋转速度为12~15r/min。
3.3 施工工艺流程
(1)工艺流程:测量放线定位→引孔钻机就位→开孔检查→钻进成孔→清孔移钻→插入高喷管→启动空压机送风→启动高压泵送水→浆液配制泵送→高喷作业→观察高喷参数→回灌→孔内保持满浆→转入下一孔位。
(2)施工顺序:先打试桩2~3根,了解施工工艺及旋喷效果,最后确定施工参数,再进行旋喷桩的施工。施工时应先施工内排桩,后施工外排桩,为确保桩与桩间能很好地咬合,宜采用打一跳一法,且间隔时间应大于36h。
监测测点沿着房屋四角埋设测点,选取典型测点绘制累计沉降-时间曲线图如图1所示。
监测过程分析,由图1可以看出,隧道开挖超前沉降量比较大,开挖前房屋沉降约40mm,当隧道开挖到房屋正下方时对房屋沉降影响更大,此时沉降量达到了约120m,停止开挖旋喷注浆期间房屋由于注浆抬升房屋约20mm,注浆结束后再次开挖期间房屋沉降约20mm,而且沉降速率控制的比较小。
4 高压喷射注浆加固施工过程评价
对于房屋基础注浆加固施工质量的好坏直接影响到回填级配砂石加固处理的效果,对于注浆加固过程质量的评价可以分为过程评价和工后评价。
(1)过程评价主要是指在房屋注浆加固的施工过程中控制注浆主要设计参数,然后根据施工过程中实际达到的参数指标对注浆效果进行分析评价。过程评价的主要设计注浆参数有:水泥注入量、注浆压力、注浆速度等。
在房屋基础注浆加固的施工过程中对于不同的区域以及不同的加固要求对于注浆压力和注浆速度这两个指标的控制是不一样的,所以要根据实际的需要严格控制这两个指标,并且在此基础上尽可能的加大水泥注入量。还有对于注浆压力的控制特别重要,以免因为压力过大将导致管线上抬而引起事故发生,造成人员伤亡。在注浆施工过程中除采取上述过程控制措施外,如果遇到地面出现严重冒浆现象时,应立即停止注浆,增大或减小水泥浆的浓度来达到上述过程控制标准。
(2)工后评价主要是指通过工后检测来进行评价注浆施工质量的好坏,目前常用的有采用钻探、物探和变形监测等检测方法来检测房屋注浆加固施工质量的好坏,必要时可采用其它更可靠的方法来检测。要严格按照目前相关的房屋注浆加固施工质量评价的标准进行评价,得出正确的结论,以免出现房屋后期使用的质量和安全问题,所以对于工后评价这个环节是十分重要的,要严格控制的。
5 小结
目前,由于高压喷射注浆加固技术具有种种的优越性,所以在城市地铁周边房屋地基加固处理方面的应用十分广泛,并且这种加固方法的效果非常良好。但是,对于高压喷射注浆理论和注浆施工质量的检测和评价至今还不太成熟,所以注浆施工过程控制很大程度上仍需靠工程技术人员的经验,并且还需要严格控制施工过程。因此,注浆技术还需进行进一步的研究。
参考文献:
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