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水平旋喷桩加固技术在矩形顶管下穿填砂路基施工中的应用研究

  • 2022-03-01

  • 运营部

1工程概况

本工程为非机动车道交通疏导工程,位于赣江中大道与南昌大桥西桥头路段,以南昌大桥为界,由于赣江中大道为双向六车道,而赣江南大道为双向四车道,因此,经常造成两条道路过渡位置交通拥堵。为缓解交通拥堵,拟将赣江中大道西侧与赣江南大道西侧人非机动车道贯通,满足非机动车南北双向行走。

受南昌大桥限制,贯通路段需下穿南昌大桥路基段,拟采用箱涵顶进施工方案。由于上覆砂层结构较薄(仅1.5m)且不稳定,极易在顶管施工过程中发生坍塌。水平旋喷桩加固技术已在隧道等工程中展现了较好的加固效果,本工程采用水平旋喷桩加固技术,通过高压喷射出的水泥浆液以相互咬合的方式结体,形成封闭的帷幕保护层,大幅降低施工风险。

2超长水平旋喷桩施工

由于矩形顶管上覆土层为厚度不到2m的砂层,因此,先进行砂层的管幕施工,以保证矩形管节顶管施工的安全。其原理是在工作钢管中穿入自带LED光源的钻头和钻杆,当顶管机旋转顶进时,将工作钢管也随之顶入土层中,钻杆会随钻进路线带出土屑。预先埋置于钢管前段的角度传感器,可实时反馈顶进时的角度,因此,可对预制管节进行实时纠偏。管幕施工主体顶面及两侧采用Φ299mm×10mm热轧无缝钢管作管棚超前支护,管距按35cm间距布置,管长为6m、9m、12m,壁厚10mm。沿平行于框构方向将Φ299m×10mm的钢管水平打设在砂层里,钢管之间采用焊接L63mm×40mm×6mm角钢互扣,顶部管幕与管节净距为11cm,两侧净距为12cm。管幕及全断面注浆断面如图1所示。

2.1后靠墙制作

顶进后背采用Φ1000mm钻孔灌注桩加后背墙,桩距1.5m。管幕后背墙采用现浇的整体钢筋混凝土结构,主要通过施工准备、测量放点、埋设护筒、反循环成孔、检验钢筋笼制作与安装、安装导管和二次清孔、水下混凝土灌注等步骤完成。

施工时应当注意以下几点:

(1)钻孔施工时,应综合考虑地勘报告和现场地质情况,确定钻孔速度,避免发生缩颈和塌孔等事故。

(2)导管安装后进行二次清孔,孔底沉渣厚度需要满足规范要求。

(3)水下混凝土应连续浇筑,不得中断浇筑,以防发生塌孔或掩埋导管等事故。

(4)根据混凝土质量和混凝土浇筑速度确定导管埋深,且满足规范要求。

(5)当混凝土浇筑面接近钢筋笼底部时,导管宜埋入较深,降低浇筑速度,确保钢筋笼不被混凝土顶托而上浮。

2.2设备安装

(1)坑内轨道安装应参照规范明文要求,确保轨道线上各点的高程和基准线精度一致。

(2)送水泵、排泥泵机座须与预埋件相连。

(3)连接送水泵的贮浆箱应低于连接排泥泵的贮浆箱,保证稀泥浆能及时循环。

2.3钢管旋转顶进施工及轨迹控制

(1)应确保顶推预制钢管的机器顶推角度和钢管角度均为水平,且误差应≤1/1500。

(2)钢管每旋转顶进0.6m,根据碳棒反馈回来的角度予以纠偏,当旋转顶进的钢管深度达6~12m时,测量一次钻杆探头灯光,计算高差。

(3)根据两者差值,适当调整顶进角度。

(4)钢管的轨迹偏差控制在0.4%。

(5)在钻进的同时,严格控制面向角的变化,60m钢管自转小于4°。

2.4钢管焊接

采用Φ299mm×10mm热轧无缝钢管,单根长24.6m。钢管之间采用焊接L63mm×40mm×6mm角钢互扣。应满足:

(1)钢管之间采用水平尺调整对齐,对齐后,顶管机适当加力,使钢管之间贴紧。

(2)锁扣以母扣对齐为准,公扣适当加工,锁扣的焊接必须通长。

(3)焊接采用手动焊机,焊缝饱满。

2.5钻杆回拔

(1)钢管打到设计位置后,采用油缸的方式回拔。

(2)回拔时必须保证正转出土,严禁反转。

2.6注浆

(1)钢管内注浆。Φ299mm钢管顶进完成后,两端采用直径300mm的钢板进行封口,并焊接注浆管。主体钢管内、注浆导管内采用纯水泥浆液注浆,水灰比1:1,注浆压力0.6~0.8MPa。锁扣之间采用纯水泥浆液填充,注浆压力0.8MPa。

(2)管幕外侧注浆。注浆管与管幕钢管焊接一起,一并利用顶管机顶入砂层内,注浆管采用Φ32mm袖阀管,间距300mm。

(3)全断面水平旋喷注浆。水平旋喷注浆的主要机械为水平定向钻机,待钻机水平钻进到一定位置时,准备开始将钻杆收回,在钻杆回拔过程中,将配置好的浆液以一定压力从喷嘴喷射至砂层中。凭借流体的强大冲击力对薄覆土砂层进行切削,回拔过程中的钻杆将充分搅拌并混合破坏后的土体和喷射其中的水泥浆,最终,将有效提高该区域土体的强度,进而大幅提高矩形顶管过程中的安全性。

3监控量测

施工前已对顶管上部桥梁路面、及周边土体的沉降、倾斜和裂缝等进行实时监测。从顶管施工开始到结束,上覆桥梁路面未发现明显沉降、裂缝情况,各沉降及位移值均未超过警戒值。

4结语

(1)超长水平旋喷桩适用于超薄填砂路基,但应注意轨迹控制。

(2)水平旋喷桩咬合紧密,有效提高了该区域土体强度,对后续顶管施工提供了安全保障。

 

本文摘自《江西建材》中的《水平旋喷桩加固技术在矩形顶管下穿填砂路基施工中的应用研究》张世东,如有侵权请联系删除。

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