人工注浆层（精选六篇）
人工注浆层 篇1
近十几年来,我国的高层建筑特别是超高层建筑迅猛发展,其基础形式一般采用大直径的灌注桩基础,灌注桩桩长一般在20~80m,直径通常在600~1500mm,多采用泥浆护壁、水下浇筑混凝土的施工工艺;同时为了提高单桩承载力并缩短桩长,通常运用后压浆技术,达到固化桩底沉渣、提高桩端地基承载力及桩侧土摩阻力目的,灌注桩后压浆施工前后的桩端桩侧受力对比参见图1,图中Qs代表桩侧摩阻力,Qp代表桩端阻力。在北京地区,同等桩长和桩径条件下,后压浆技术可大幅提高灌注桩的承载力,一般可达到30%~80%的提高幅度,国内有提高幅度超过100%的工程实例[1],因此通过后压浆技术能大量减少灌注桩的布设数量,经济性能异常突出。
后压浆技术的关键是选择合适的注浆地层和保证注浆的数量。对于注浆地层,因地层是客观存在的,桩端压浆和桩侧压浆对地层的可选择性不大,通常注浆地层选择可灌性较好、孔隙率较大的砂卵石地层。因此,如何保证注浆量是后压浆技术的关键所在,而目前常用的桩端注浆管一般采用带单向阀和注浆孔的焊接直管,并且须伸出桩端主筋5~30cm[1],随钢筋笼下入桩孔孔底并刺入桩端持力层,靠地层自保护注浆管,该方法存在以下问题:①下钢筋笼过程中外露注浆管极易与孔壁中卵砾石等硬物发生碰撞,进而损坏注浆管;②注浆管在刺入桩端持力层过程中(如硬土层),很容易发生注浆管损坏现象;③后压浆时间点基本没有可选择性,一般在桩身混凝土浇筑后2~3d内必须注浆,之后则容易造成注浆孔被堵塞;④焊接直管只能进行点状注浆,注浆孔数量少,有限的几个注浆孔一旦堵塞,则整根桩的注浆量都不大。据不完全统计,一般工程约有10%~20%的灌注桩因注浆量较少而造成后压浆效果不好,少数采用中心压灌混凝土后插钢筋笼工艺的灌注桩后压浆效果不好的比例则更大一些,而大吨位的、大长度的灌注桩后期补救难度非常大,如何对桩端注浆管进行有效保护是一个亟待解决的问题。
图1 灌注桩后压浆施工前后桩端桩侧受力对比示意图Fig.1 The stress on pile-end and pile-side contrast schematic diagram of pile post-grouting in pre-construction and post-construction
针对传统后压浆工法的缺陷,本文提出了一种新的后压浆施工工法,可有效提高灌注桩的承载力,并保证了注浆成功率,方便施工。
1 人工注浆层法桩端立体后压浆新工艺
人工注浆层法桩端立体后压浆新工艺是在灌注桩底部桩身混凝土与桩端持力层之间人为设置一层内含环形注浆管的碎石注浆层的后压浆技术,其工艺流程要点如下:
(1)先在环形带钢丝PVC管上每隔5~6cm设一个注浆孔,孔上压一枚图钉,外缠弹性很大的橡胶车胎,最外面用包装胶带缠绕保护,其制作步骤如图2所示;
图2 环形注浆管构造及制作步骤示意图Fig.2 Schematic diagram of ring grouting pipe structure and production steps
(2)制作完好的环形注浆管被绑扎在离桩底端10~15cm高度的灌注桩主筋内侧,避免注浆管在下钢筋笼过程中受到碰撞,保证了注浆管的完好;
(3)注浆管随钢筋笼下到设计标高后,先倒入一两小推车碎石或能形成50cm高度的碎石量(碎石规格1~2cm),即形成人工注浆层,将注浆管“埋”在碎石层即“人工注浆层”中,注浆层的厚度30~50cm,参见图3;
图3 人工注浆层法注浆管布设及立体注浆示意图Fig.3 Schematic diagram of grouting pipe layout of artificial grouting layer method and stereo grouting
(4)桩端注浆前以清水注入注浆管,以冲开管道,激活出浆口附近的桩端沉渣,以便之后注入的水泥浆与桩身混凝土、桩底注浆层石料、桩端砂卵石持力层有良好接触,同时与常规的注浆管伸出钢筋笼主筋的“点状”注浆方法相比,本环形注浆管注浆面大,是“立体注浆”,即使有1、2个注浆孔堵孔了,压浆量依然较大,可确保注浆效果;
(5)因为有人工注浆层的存在,混凝土养护4~7d后开始注浆,比常规的后压浆工艺偏后2~5d,有利于养护并可提高桩端混凝土的强度。
综上所述,人工注浆层法后压浆灌注桩新工艺具体施工步骤如下:
成孔到标高→洗孔→绑扎注浆管→下钢筋笼→下注浆层石料→水下浇筑混凝土→养护→清水冲孔→制备水泥浆→注浆。
2 人工注浆层法桩端后压浆新工艺的优点
与现行后压浆技术相比,人工注浆层法后压浆技术有如下优点:
(1)人工注浆层的存在能最大程度地保护桩端注浆管,特别是钢筋笼内侧的环形注浆管布设,在钢筋笼起吊和下钢筋笼过程中能有效避免与施工场地、桩孔壁土体等发生碰撞;
(2)桩端环形注浆管包裹在人工注浆层内,与桩身混凝土不直接接触,有效解决了桩身混凝土包裹住注浆管而产生的堵管问题;
(3)人工注浆层碎石与桩端沉渣、泥浆充分接触,在水泥浆的化学作用下进行胶结,达到固化沉渣提高桩端承载力的目的;
(4)与焊接直管注浆管的“点状”注浆方法相比,环形注浆管加上约50cm厚的人工注浆层,形成对桩端持力层土体的“立体”注浆,注浆量大,注浆效果更明显;
(5)因为不存在注浆管堵塞问题,后压浆时间点的选择更自由,可比一般的后压浆工艺偏后2~5d,在有利于养护并提高桩端混凝土的强度的同时,可一次性成片集体注浆,避免常规后压浆技术需多次注浆而产生的前后期灌注桩施工干扰问题;
(6)因桩端注浆管的良好保护,灌注桩后压浆成功率基本能达到100%,比一般后压浆技术80%~90%的注浆成功率明显提高。
3 工程应用
3.1 工程概况
某拟建卫星观测站50m口径天线为国家某航天项目地面测控工程的重要组成部分,工程场地位于北京北部山区,基础形式采用半径不等的2条闭合环形条基加圆心部位的独立基础,条基的最大半径19.50m,基础埋深均为-3.30m,基础下均布设有灌注桩,因任务特殊,结构设计方对基础沉降要求非常严格。基底下典型地层及参数见表1。
表1 基底下典型地层及参数Table 1 Typical strata and parameters under the circular base
3.2 基础桩设计参数
(1)采用钻孔灌注桩基础,桩顶标高为地面下-3.30m,桩长约17.5~21.0m,桩身混凝土强度等级C25,桩直径分为800mm、600mm两种。
(2)灌注桩持力层为中风化辉绿岩⑤层,进入持力层深度大于1.0m,单桩极限承载力特征值分别为ф800桩9979k N、ф600桩6440k N。
(3)该工程对基础沉降控制非常严格,要求基础平均沉降<3mm(两年稳定),最大沉降<5mm(两年稳定)。
3.3 灌注桩施工方法
针对本工程地层与水文地质条件,灌注桩的常规施工方法主要有干法施工和湿法施工两种。干法施工主要指人工挖孔成桩,优点:桩端持力层能得到保证,缺点:本工程桩长平均约19.0m,人工成孔时孔壁易坍塌,风险较大,遇岩层施工速度慢,同时人工成孔桩最小直径需800mm,直径600mm的桩正常无法成孔;湿法施工即采用反循环钻机、旋挖钻机或者冲击钻机进行成孔,优点:成孔时无任何人身危险,属于成熟工艺,缺点:成孔时需采用泥浆护壁,孔底会产生一定厚度的沉渣,基础后期沉降控制较困难。经研究比较,决定采用反循环钻机湿法成孔,通过在主筋上绑扎桩端注浆管、浇筑混凝土5d后孔底压注水泥浆的后压浆工艺来解决孔底沉渣问题,并能加固桩端岩层空隙,有效提高单桩承载力,控制后期沉降。
3.3.1 灌注桩施工工艺
灌注桩实际成孔工艺为上部土层、强风化岩层采用反循环钻机钻进、下部中风化岩层采用冲击钻冲击钻进的复合成孔方式,采用泥浆护壁成孔、水下浇注混凝土的成桩工艺,具体施工工序如下:
放线定位→护筒埋设→钻机就位→钻孔至设计孔底标高→换浆清孔→吊放钢筋笼→下入导管→浇注混凝土。
3.3.2 后压浆施工工艺
本工程如采用常规的注浆管伸出钢筋笼笼底的方法将因为孔底地层为强度很高的岩层可能造成注浆管的损坏,而本工程为特殊重点工程,要求桩端注浆成功率达到100%,采用人工注浆层法桩端立体后压浆新技术显然可满足工程要求。本工程后压浆施工工序如下:
注浆管制作→钢筋笼上绑扎注浆管→钢筋笼吊放到位后倒入桩底填料→混凝土浇筑5d后注浆施工。
其中,注浆主管为2根对称绑扎在钢筋笼内直径25mm的钢管(其中1根为备用注浆主管),桩端环形注浆管采用直径25mm带钢丝波纹管,将其布设在钢筋笼底标高以上15cm处,注浆主管和桩端环形注浆管通过三通管连接;桩底填料使用粒径为1.0~2.0cm的机碎石。具体的后注浆施工工序如下:
注浆系统连接→清水冲孔→制备水泥浆→注浆。
本工程后压浆使用由P.O42.5#水泥配制成水灰比为0.6~0.65的水泥浆,后压浆施工质量采用注浆量和注浆压力“双控法”进行控制,即:桩底设计注浆量为1.0t,注浆压力不超过2MPa;当注浆量小于设计值时,须增大注浆压力至4MPa,再停止注浆。
为保证注浆效果,根据基础桩环形布设的特点,压浆施工时先对外围条基下的灌注桩进行注浆施工,2d后再进行剩余基础桩的后压浆施工。
3.4 注浆效果及沉降观测结果
本工程基础桩共108根,均采用人工注浆层法后压浆技术,所有灌注桩均一次性全部压浆成功,没有一根桩发生注浆管堵塞现象,因桩端为岩石地层,估计岩体裂隙、断层等较发育,实际桩端注浆量平均达到1.5t,超出设计值的50%。在随后进行的灌注桩承载力载荷试验中,共挑选6根桩(直径分别为800mm、600mm灌注桩各3根)进行了载荷试验,试验结果表明,采用后压浆技术,本工程灌注桩实测承载力与设计承载力相比提高幅度在45%~78%之间,效果非常明显。同时,本灌注桩工程于2009年5月完工,2010年1月整个项目正式启用,根据从2009年6月开始的对埋设在最外围环形基础承台中间轴线上东西南北四个方位的四个测点(分别为测1、测2、测3、测4)进行的连续12个月沉降观测数据表明,该基础后期沉降非常小,最大沉降仅为1.29mm,4个测点的最大沉降平均值仅为0.82mm,基础的观测时间t—沉降值s关系曲线如图4所示。
图4 基础的沉降值s—观测时间t关系曲线Fig.4 s-t curve of the base
4 结论
灌注桩通过桩侧和桩端后压浆技术可大幅提高其承载能力,与常规的灌注桩后压浆工艺相比,本文所介绍的人工注浆层法桩端后压浆新工艺,通过设置环形注浆管和桩端人工注浆层等措施,可大大降低桩端注浆管堵管风险,并可以对桩端沉渣及周边桩端持力层进行立体注浆,提高了注浆量和注浆成功率,并延长了桩端注浆时效,方便了施工,同时大大提高了桩基承载力,尤其是在承载性状以端承型为主的灌注桩中,效果尤其明显,具有较高的实用价值,可为类似工程提供参考。
参考文献
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人工注浆层 篇2
1 核心支护技术
(1) 超前小导管技术。该技术主要用于软弱、破碎地层中隧道掘进时地层自稳时间段的预支护[1,2]。超前小导管采用端锚内注浆锚杆, 由固定套管和自固式注浆锚杆组成 (图1) 。-480 m水平北翼胶带运输巷掘进采用“自固、留 (存) 压、内自闭式岩煤体注浆器”作为超前小导管。其主要特点为: (1) 可以自动快速固定, 具有20 k N以上初锚力, 以保证打透水后安全固定; (2) 自身有密实封堵浆液及断层水通过眼壁和管子外壁之间空隙密闭的装置, 可保证注浆眼封闭和强有力的注浆[3,4]; (3) 在水压和注浆压力达到设计要求时, 可以实现留压自封闭, 确保操作安全和注浆效果[5]。
(2) 锚注网喷封层技术。巷道开挖后要立即封闭, 对巷道围岩进行锚注网喷, 从而形成强韧封层[6]。 (1) 采用2根长度不小于2.5 m、宽100 mm的矿用槽钢前探梁进行临时支护, 防止冒顶事故发生; (2) 对巷道围岩浅部注浆, 目的是封闭围岩表面裂隙、充填巷道壁后空隙, 将破碎的岩体固结起来, 改善围岩结构; (3) 耦合注浆, 高压浆液充填岩体中的微小裂隙, 增大围岩的内摩擦角, 从而提高围岩的自身承载能力, 使支护体与围岩之间达到强度、刚度和变形的耦合; (4) 通过4个喷层和中间布置2层钢丝绳形成强韧封层, 并且布置2层高强密集锚杆, 进一步提高围岩自身各项强度指标, 形成主动、动态和立体的多层次综合支护技术体系, 保证在过F2'复杂断层带的施工安全和长期稳定。
2 支护技术体系设计
2.1 工程概况
东欢坨矿为衔接北二采区, 将掘进-480 m水平北翼胶带运输巷, 主要用于北二采区煤炭运输, 期间遇到F2'断层带。该巷道全长1 200 m, 过F2'断层带40 m, 其中过断层前保护岩柱10 m、断层带22 m和过断层后保护岩柱8 m。该巷道过断层带是由断层带的上盘到下盘, 上盘位于11煤层底板至12-1煤层顶板的粉砂岩中, 下盘位于12-1煤层底板的细砂岩和粉砂岩中;上方距12-1煤层12.5 m, 下方距12-2煤层4 m。12-2煤层底板为砂岩裂隙强含水层。
2.2 一次支护设计
巷道采用马蹄形断面, 净宽为5 400 mm, 净高为4 465 mm。巷道顶板和两帮采用四喷层支护, 总厚度250 mm。一喷层为初喷层, 采用喷射混凝土支护;二喷层和三喷层均采用锚喷和钢丝绳联合支护;四喷层采用锚注和金属网联合支护。巷道底板采用三喷层支护, 总厚度200 mm。一喷层为初喷层, 采用喷射混凝土支护;二喷层采用锚注支护;三喷层采用锚注和金属网联合支护。巷道断面如图2所示。
相关参数设计:超前注浆沿巷道轴线方向, 分别为15°和45°;超前注浆器长为2 400 mm, 间距500mm, 每个循环打3~5个深3 000 mm的超前孔, 既为探水孔, 又为超前注浆孔;超前注浆器的封口在300 mm以上, 超前注浆管排距为1 400 mm;采用台阶式施工方法, 先施工基拱线以上部分, 再施工基拱线以下部分。
2.3 二次支护设计
二次支护采用全封闭可缩性金属拱形支架和喷浆复合支护。在金属拱形支架支护时, 采用工字钢、锚注和防水高强混凝土对巷道底板进行加固, 使金属拱形支架与超前锚注配合使用, 以提高安全性和可靠性。在淋水较大时, 采用高强混凝土预制块支护;淋水较小或较集中时, 浇灌C400—C600防水混凝土, 要预留壁后注浆管。在一次支护施工全部完成后, 方可进行二次支护施工。
3 工程准备与实施
3.1 前期准备
(1) 完善生产系统, 疏通生产系统路线、环节, 确保通风、运输、排水及行人路线安全畅通。
(2) 备齐施工用的材料、工具、设施和设备, 按要求码放到规定位置, 并挂牌管理。
(3) 由于局部巷道支护有反底拱, 即掘进轨道低于永久轨道, 要准备1部小绞车和2台风动注浆泵。
(4) 由于采取对角式超前注浆, 以确保满足2个眼对角同时注浆的需求, 所以要安装并保持有2台风动注浆泵。
(5) 准备断层钻探资料, 在施工前将所有钻孔封堵严实, 测量确定巷道中腰线, 以便准确控制巷道方位和坡度。
(6) 组建专门的领导组织机构, 做好每位职工的安全培训工作。
3.2 一次支护施工
(1) 施工方法。一次支护施工分为3个阶段: (1) 断层带上盘保护岩柱施工阶段。掘进前施工1排超前注浆锚杆, 对巷道围岩实施注浆封水和加固。在距断层带3 m以外全岩段采用多打眼、少装药、放小炮措施, 减小对巷道围岩的破坏程度。 (2) 断层带施工阶段。在距断层带1 m时, 向作业面方向打不少于3个探眼, 进一步探明断层带含水情况和岩石破碎程度。当含水量较大或岩石极其破碎时, 采用蜂窝高强密集超前注浆导管进行预注浆, 封水并固结破碎围岩。揭开断层带后采用风镐掘进。 (3) 断层带下盘保护岩柱施工阶段。采用炮掘工艺, 人工或机械出矸, 支护采用蜂窝高强密集超前注浆导管强韧封层支护工艺。
(2) 工艺流程。施工时采用短掘短支的办法掘进, 掘进一个循环, 支护一个循环, 做到一次成巷。为保证巷道成型, 炮掘必须沿巷道轮廓线留有不小于500 mm厚的预留层, 待支护时再用风镐刷至设计尺寸。具体步骤: (1) 根据中腰线确定巷道荒断面轮廓线、打爆破眼;炮掘或风镐掘进, 上部台阶和下部台阶循环进尺均为700~750 mm。 (2) 进行临时支护。初喷, 对上部岩石进行喷浆封闭或挂防片帮网, 然后出矸。 (3) 进行永久支护。首先打好第1层次锚杆, 挂钢丝绳, 进行第2次喷浆;然后打第2层次锚杆, 挂钢丝绳, 进行第3次喷射混凝土;最后打第3层次锚杆, 加挂钢筋方格网, 注浆, 进行第4次喷浆。 (4) 按以上工序, 对巷道上部进行2~3个循环后, 开始对下部施工。首先对下部进行初喷, 然后打第1层次注浆锚杆, 挂钢筋方格网, 第1次注浆;二次喷浆, 最后打第2层次注浆锚杆, 第2次注浆, 进行第2次喷浆封闭巷道。 (5) 在作业面适当位置挖1个临时排水泵窝, 将水引至该泵窝内, 用风泵将水排至外段水沟内, 泵窝始终随着作业面的前移而前移。
3.3 二次支护施工
首先架设29U型钢5.0 m×3.5 m可缩性金属拱形支架, 然后下底梁, 最后铺设轨道、铺设水沟、封底施工。巷道现浇钢筋混凝土施工、单体液压支柱补强。金属拱形支架为5.0 m×3.5 m, 支架间距500 mm。棚后背铁背板, 铁背板采用长度为700mm的10#槽钢, 铁背板交错布置, 与顶、帮接实。每架棚子给好后下29U型钢底梁, 底梁间距500 mm, 底梁两端与棚腿搭接, 底梁采用与支架等同的U型钢制作, 2根“7”字形中间用卡缆固定, 搭接长度均为600 mm。在距掘进面3 m后进行铺底, 铺底前预埋加工好的短铁道和短水槽, 服务于运输和排水, 同时绑扎钢筋, 底部采用双层钢筋, 采用20 mm钢筋, 层间距250 mm, 间排距250 mm, 环筋搭接500mm, 竖筋搭接600 mm。底梁的保护层不小于80mm, 封底混凝土厚度局部不小于350 mm。
4 结语
(1) 针对东欢坨矿F2'断层带为多断层面组合、高水压、泥化断层带, 过断层工程难度极大的复杂情况, 确定采用超前小导管式注浆锚杆进行支护。
(2) 结合东欢坨矿实际情况, 提出了一种基于新奥法的新型巷道过断层支护技术体系, 即蜂窝高强密集超前注浆导管强韧封层支护技术体系, 将超前小导管注浆与锚注网喷强韧封层稳压胶结技术联合起来, 实现两步耦合注浆加固。
(3) 将超前注浆导管强韧封层支护技术成功应用于-480 m水平北翼胶带运输巷过断层带的巷道掘进施工, 保证了过复杂断层带的施工安全和巷道支护长期稳定性, 为类似巷道过断层支护提供了安全高效的设计和施工经验。
摘要：针对东欢坨矿巷道过复杂断层带的情况, 提出超前注浆导管强韧封层支护方法。该法既能在高水压、松软泥化断层带条件下保证施工成功穿过较宽断层破碎带, 同时可提高巷道过断层后的长期防突水能力。该方法的成功应用, 保证了巷道过复杂断层带的施工安全和巷道支护的长期稳定性。
关键词：新奥法,超前小导管注浆,注浆器,锚喷支护
参考文献
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人工注浆层 篇3
1 火成岩赋存及灾害影响情况
巨厚火成岩呈岩床分布, 沿走向绵延长度6.5km, 在Ⅱ102 采区分布稳定, 其厚度一般大于120m。通过Ⅱ102 采区内所有取芯钻孔柱状资料的统计, 得到Ⅱ102 采区内10 煤层与中组煤厚度及距巨厚火成岩的距离, 经实验室测定该区域火成岩的单轴抗压强度为77.41~202.69MPa, 平均139.97MPa, RQD值约90%, 单轴抗拉强度为35MPa, 属极坚硬完整岩层。
在前期矿井生产过程中的因火成岩的离层、弯曲、破断, 出现矿震动力灾害、离层突水、矿山压力异常显现, 给矿井安全生产带来重大隐患。地表最大下沉量已达560mm, 地表下沉系数0.21, 尚未达到充分采动。因此, 后续工作面开采过程中, 火成岩可能发生大变形或破断诱发强烈矿震。
2 工作面概况
Ⅱ1026 工作面为II102 采区西翼三区段。浅部为Ⅱ1024 采空区, 深部为Ⅱ1028 准备工作面, 东到Ⅱ102 采区上山保护煤柱, 西至Ⅱ1026 切眼, 总体为NE向单斜构造, 煤岩层产状为8°~15°∠3°~25°, 走向长度547m, 倾向长度184m, 平均倾角为10°;煤厚1.4~3.6m, 平均2.5m;局部地段煤层发育一层夹矸, 厚0.2~0.8m, 平均0.4m。工作面内构造较复杂, 揭露40 条断层, 其中落差大于2.0m的7 条, 工作面内部可能发育隐伏断层。断层附近煤岩层产状变化较大, 顺层滑动现象明显, 岩石破碎。
3 煤柱留设
II1026 工作面开采后将与II1022、II1024 采空区连成一个整体, 采空区宽度已经达到了理论计算的火成岩极限宽度尺寸。煤层开采后, 上覆岩层离层, 关键层将以板的形式承载, 随着悬露面积的增大, 当达到极限跨距后, 关键层板将发生破断并垮落。虽然在与II1026 工作面开采过程中设计进行地面钻孔采空区注浆, 但是地面注浆具有滞后性, 并且采空区注浆后, 其长期稳定性很难验证。使用UDEC数值模型模拟10 煤开采后覆岩离层的发育及其动态变化规律, 得出火成岩的极限开采尺寸为350m。
Ⅱ1022 工作面、Ⅱ1024 工作面已经回采, 地表最大下沉量已达560mm, 地表下沉系数0.21, 尚未达到充分采动;说明火成岩岩层做为关键层没有出现破断失稳, 形成一个面积较大的采空区悬顶火成岩岩层。因此, 后续工作面开采过程中, 火成岩可能发生大变形或破断诱发强烈矿震。因此, 从安全上考虑, II1026 工作面应采用条带开采方式, 即通过与II1024 采空区之间留设70m的条带煤柱, 工作面长度缩短为110m, 从而控制火成岩的破断, 达到减少地表下沉、消除火成岩破断运动造成的矿压异常显现与动力灾害。
4 离层区注浆减沉
利用关键层判别方法可知, 巨厚火成岩为海孜煤矿II102 采区的主关键层, 其破断运动控制着工作面矿压显现、动力灾害以及地表下沉量与下沉速度。主关键层的破断将导致上覆所有岩层的同步破断与地表快速下沉。主关键层如能长期保持不断裂、不下沉, 其下伏煤岩体受采动影响形成的裂隙、离层能够长期不闭合, 地表不会发生明显的沉陷。巨厚火成岩下部的弯曲带内存在大量离层, 通过覆岩离层注浆等技术手段来保证覆岩主关键层不会突发性破断并保持缓慢弯曲、下沉, 在巨厚火成岩未垮落前上覆岩层未发生挠曲变形 (或者只发生微小变形) , 阻止了上覆地表的沉陷。条带煤柱留设及离层注浆工程如图1 所示。
Ⅱ1026 采空区注浆充填, 选择电厂燃煤后产生的固体废弃物粉煤灰做为充填骨料, 浆液体积浓度大于75%, 并控制注浆压力, 采用低压注浆, 注浆孔终孔深度最大660m, 根据注浆压力平衡地层压力计算, 地面注浆压力最大为5.8Mpa。Ⅱ1026 工作面离层及老采空区的注浆充填采用下行注浆充填方式。共施工4 个注浆钻孔, 包括个瓦斯孔及2 个补施工的注浆钻孔, 采用下行注浆法先后对离层带及老采空区进行注浆充填, 累计向采空区离层带内注入粉煤灰矸灰173964m3。
结束语
通过条带煤柱及注浆减沉技术的应用, 1026 工作面实现安全回采原煤59.2 万吨, 地面最大沉降量控制在307mm, 有效地控制火成岩的弯曲、下沉以及破断造成的强矿震灾害, 同时有效减缓控制地表的下沉, 避免地面村庄的整体搬迁, 节省大量的搬迁资金, 并有效利用了发电厂产生的固体废弃物粉煤灰17 万m3, 解决了电厂污染物外排问题, 实现了绿色开采。
参考文献
[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1999.
[2]朱卫兵, 许家林, 赖文奇, 王志刚.覆岩离层分区隔离注浆充填减沉技术的理论研究[J].煤炭学报, 2007 (5) .
人工注浆层 篇4
1.1 工程概况
位于宁夏盐池县冯记沟乡的李家坝煤矿, 其规模为0.9Mt/a。通过采用中煤科工集团武汉设计研究院设计的斜井开拓方式对该矿井进行施工, 布置主、副、风三条斜井, 回风斜井古近系段坡度24°。
对于李家坝煤矿来说, 其回风斜井要穿越第四系表土层 (风积砂) 、古近系地层 (浅红色呈半固结状态细砂、粘土) 和侏罗系延安组地层 (各粒级砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层, 煤岩层的力学性能软弱) 等。且穿越地层存在第四系、古近系及基岩风化带孔隙~裂隙含水层组 (I) 、侏罗系中统延安组12煤以上砂岩裂隙~孔隙承压含水层组 (II) 及侏罗系中统延安组12~18煤砂岩裂隙~孔隙承压含水层组 (III) 三个主要含水层组, 其中古近系地层主要是粘土与砂层互层组成。在井筒掘进过程中遇到多层的含水砂层 (流砂层) , 斜井井筒围岩在施工过程中难以控制, 在充填过程中, 如果充填不密实, 在空隙中容易出现涌水、冒砂等事故, 给井筒外界形成地压, 给井筒带来不利因素。
1.2 施工现状
回风斜井井筒当前施工至斜长386.1m, 穿越冻结段后仍存在一段流砂层, 通过超前注浆等技术措施完成了20余米井筒的掘砌施工, 但因井筒持续存在出水流砂现象, 导致井壁拱顶存在较大孔洞, 严重影响了井壁结构的稳定性, 因此需要采取合理的技术措施, 保证井壁结构的长期安全与稳定。为此, 对回风斜井井筒冻结段下部流砂层段井壁进行注浆施工, 通过壁后充填注浆机理达到充填井壁、加固围岩的目的。
2 井壁壁后注浆技术方案与参数
解决井筒持续出水流砂问题的技术路径为:通过充填注浆和加固井壁周围砂土, 严格控制堵塞流砂通道, 提高井壁结构的抗渗性与稳定性。据此, 井壁壁后注浆可采用以下技术方案:
2.1 钢筋混凝土二次衬砌施工
在支护方式方面, 斜井井筒采用:初次支护对围岩进行加固, 进而巩固和强化其残余强度, 通过可缩性支护对围岩变形卸压进行控制;在围岩变形稳定后适时完成二次衬砌支护, 为了确保分段较长设计的稳定性和安全储备, 需要给巷道围岩提供最终支护强度和刚度。
2.2 掘进迎头的封闭与加固
斜井井筒施工后, 在迎头架设U型钢支架, 并喷射300mm厚, 标号为C25的混凝土以封闭迎头, 混凝土配合比为1:2:2, 掺3~5%速凝剂, 喷射混凝土可在斜井井筒开挖初期防止水砂的外渗;若迎头开挖后有大范围的流砂溃流, 可采用迎头超前注浆加固措施, 封闭迎头的导水通道, 防止在掘进迎头形成新的渗水通道。
2.3 壁间注浆
对井筒冻结段钢筋混凝土二次衬砌施工完成后, 可进行钻孔、安设注浆管进行壁后注浆加固。钻孔可采用分段前进式进行, 首先将孔深控制在初次支护与钢筋混凝土二衬之间, 若在打孔过程中发现两者间隙中存在蜂窝或孔洞时, 需及时合理地采用壁间注浆的方法来充填加固和封堵水源, 保证初次支护与二衬之间充分接触, 防止间隙中积存水砂, 而导致突水溃砂。
注浆管在钢筋混凝土二次衬砌施工前预埋, 注浆管布置在两排型钢支架之间, 间排距为1400mm×1400mm。注浆管使用φ38mm钢管制作, 规格为φ38mm×600mm, 采用风钻打眼, 孔径φ45mm, 孔深600mm, 保证注浆管孔口外露40~50mm, 并装有止水阀门, 为保证注浆质量, 必须对注浆孔口封闭密实。注浆管布置如图1所示。
利用单液水泥浆对壁间进行注浆, 其中水泥为42.5级普通硅酸盐水泥, 水灰比为0.8~1.0, 按水泥用量的3.0~5.0%掺入水玻璃。浆液结石率要大于92.0%, 浆液固结体强度超过20.0MPa, 注浆压力在1.5MPa, 进而在一定程度上确保喷层不发生开裂。
2.4 浅孔充填与压密注浆
完成壁间注浆后, 对围岩进行全断面注浆加固, 从而形成对加固范围内岩体的再加固。全断面二次注浆加固, 提高了支护结构的可靠性、整体性和承载能力, 能够保证巷道围岩和支护结构较长时间内的稳定。低压浅孔充填注浆及壁间注浆采用同一注浆管, 通过预埋的注浆管采用Φ28mm钻头进行扫孔, 扫孔深度控制在1.0m左右, 一方面可避免对注浆加固帷幕的破坏, 另一方面又对加固帷幕进行补强加固降低围岩的渗透系数, 底角的注浆管扫孔后也可作为泄水孔使用, 可以在有限的排水量的要求下有效的减小衬砌壁后的水压力。
浅孔充填与压密注浆采用水泥—水玻璃双液浆, 可采用42.5级普通硅酸盐水泥, 水灰比控制在0.8左右, 水泥浆与水玻璃体积比控制在1:0.5左右, 注浆压力控制在1.5MPa左右。
2.5 深孔压密与劈裂注浆
高压深孔渗透注浆及浅孔注浆采用同一注浆管, 注浆前可采用Φ28mm钻头进行扫孔, 扫孔深度控制在2.0m左右。高压深孔渗透注浆就是在浅孔注浆加固后形成一定厚度的加固圈基础上, 布置深孔, 采用高压注浆加固, 进而提高注浆加固体的承载性能和抗渗性能。
深孔压密注浆与劈裂注浆采用单液水泥浆, 水灰比控制在0.8~1.0, 水玻璃的掺量为水泥用量的3~5%, 并根据出水情况进行调整, 渗水量较大则适当提高注浆压力, 但最大不得超过2.5MPa, 高压深孔渗透注浆一般滞后低压浅孔充填注浆1周左右。
3 注浆加固施工工艺
注浆工艺流程主要包括: (1) 运料与拌浆, 即将水泥与水按规定水灰比拌制成水泥浆, 并保证在注浆过程中不发生吸浆龙头堵塞及堵管等现象, 并应根据需要及时调整浆液参数。 (2) 注浆泵的控制, 根据巷道实际注浆情况的变化, 观察注浆泵的注浆压力。 (3) 连接孔口管路, 观察工作面注浆情况的变化, 及时发现漏浆、堵管等事故, 控制好注浆量及注浆压的, 及时拆除和清洗注浆阀门。 (4) 水泥浆与水玻璃体积比的控制, 施工过程中严格控制水泥浆与水玻璃体积比, 以防水泥浆过量而堵塞注浆管。 (5) 注浆过程中, 要严格控制注浆压力, 防止因注浆压力过小, 造成浆液不能有效地扩散而导致封堵水砂效果不佳;或因注浆压力过大, 导致二衬开裂而造成浆液外流。
摘要：为了提高注浆加固体的承载性能和抗渗性能, 本文从井壁壁后注浆技术的角度进行阐述。通过对李家坝煤矿的工程概况和施工现状进行分析, 重点研究井壁壁后注浆技术方案与参数, 进而为充填井壁、加固围岩提供参考依据。
关键词：注浆技术,流砂层,井壁
参考文献
[1]张成勇, 孙晋友, 宋丹, 纪峰.61总回巷道砌碹注浆技术的综合应用[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2010 (02) .
[2]全吉华.矿井巷道支护加固中注浆技术的应用[J].价值工程, 2011 (32) .
人工注浆层 篇5
阳煤大桥在3号桥墩桩基础施工中,3号～5号桩、3号～11号桩穿越松散的回填土及水下砂卵层时,桩孔出现流沙、塌孔现象,造成桩护壁后侧大面积掏空;地下水大量涌出,桩井内用两台潜水泵仍无法排干,尽管采用了钢套筒处理,但桩底返砂现象非常严重,导致挖桩施工不能继续进行,严重影响了施工的顺利进行,造成重大安全隐患。针对此问题设计为此进行了结构承载力验算,设计提出,这两根桩如果不能顺利施工,为了满足承载力要求,只能在现有的两排桩外侧另布两排桩,这样,原来已经浇筑成型的灌注桩将报废,这将造成重大经济损失。为了不影响阳煤大桥的正常施工,节约成本,争取最短时间内处理好土质问题,经共同研究决定采用注浆帷幕的方法填充钢护壁后侧空洞、加固桩周围地基,并阻隔地下水的流动。
2 注浆方案
2.1 钻孔设备选择
使用Y-X150型钻机两台,ϕ133钻具开孔,下ϕ110套管跟管钻进,地表6 m以下采用花管。注浆管采用直径不小于50 mm的钢管。
2.2 注浆材料及配比
不同的浆液浓度有不同的比重、粘度等特性,浆液的特性应考虑注浆对象的可灌性,另一方面也要考虑注浆机具的能力。本工程注浆层已经充水,且注浆层的可灌性好,因此水灰比应控制在1∶1.25左右。为了使桩基周围流沙早日固结设计使用纯水泥浆,水泥采用P.O52.5快硬硫铝酸盐水泥,并添加水泥用量5%的速凝剂。
2.3 注浆压力选择
注浆压力是浆液流动、充塞、压实脱水的总动力。浆液流动阻力大小与空隙度及其充填程度、浆液浓度(粘度)有关。在正常情况下,注浆压力也与浆液的扩散距离成正比关系。注浆压力包括注浆初始压力,注浆终压力及在注浆过程中的压力变化。压力过大或过小均影响桩底注浆质量,注浆压力过大易产生冒浆和跑浆,压力过小浆液不易挤压和渗透。本工程的注浆终压力应控制在1.50 MPa。
2.4 注入量及有效扩散半径
浆液注入量包括总的注入量和单位注入量。注浆时应确保注浆量达到或超过设计要求,设计注入量可按下式计算:Q=A×3.14R2H&n。其中,Q为每根桩浆注入量,m3;A为浆液损耗系数,取1.1～1.3;R为浆液有效扩散半径,m;H为需要加固段高,取0.5 m～1 m;&为浆液充填系数,取0.4～0.9;n为孔隙率。
从总体来看,单位注入量最有经济技术价值。本工程考虑该位置为原大开挖基础探坑回填位置,现状况为回填含水土层,淤泥、流沙现象严重。前期人工挖桩时所下的钢护筒外侧刷空范围大,注浆浆液可能被地下水位层流水带走,因此单位注入量要根据具体情况而定。在注浆孔的末期,泵压逐渐升高,当孔口压力大于1.50 MPa,泵量小于50 L/min,稳定5 min以上时,可作为该注浆孔的结束标准。
各种注浆一般均要考虑浆液的有效扩散半径。正常情况下,浆液的扩散半径是假设在同一高度上下均匀向各方向扩散计算而得(对于基岩裂隙注浆,是考虑裂隙发育不均匀,以及裂隙开度大小不一等原因,浆液在各方向扩散距离极不一致)。本工程注浆层是地下流沙层,忽略各种因素(流沙被刷空、地下水的流向等)的影响按向各方向均匀扩散考虑,浆液的有效扩散半径取1.5 m～2 m(从3号～5号桩、3号～11号桩帷幕注浆施工全过程来看,浆液的有效扩散半径取1.5 m～2 m,确保了帷幕的效果)。
2.5 注浆钻孔布置
1)注浆孔布设在3号～5号桩、3号～11号桩周围1 m的范围,围绕两条桩布置ZK1～ZK11共11个钻孔,形成圆形帷幕,见图1。2)孔深确定。钻孔深度以地表至流沙层以下1 m为准。
2.6 制浆工艺及要求
制浆过程中浆液配制应按照设计容器计量。搅拌过程:每次搅拌时间不得少于5 min。制浆工艺按一次性搅拌成浆。严格按浆液配合比制浆,并随机抽查浆液的各项指标。原材料计量:水用水表或定量容器计量;水泥按袋或按定量容器(散装水泥)计量。
2.7 注浆
为了防止桩孔内返浆,注浆前要用素混凝土将桩底封死。采用二次注浆法浇筑孔口管,使用卡盘简易止浆法:采用直径不小于50 mm的钢管作为注浆管,简易置于地面下9.00 m处,卡盘以下下花管,然后注入水泥浆浇筑孔口管。待几个小时后复注,将注浆管和套管胶结在一起。
注浆工序如下:钻进→埋设孔口管→安装进浆及保护阀→压水→注浆→扫孔→注浆→终孔。
2.8注浆质量控制
在注浆工程施工过程中除要求厂家提供产品质量检测报告外,应对水泥每个批号的产品检验化验一次。注浆采用纯水泥浆,水灰比1∶1.25即每方浆液水0.713 t,水泥0.891 t,水泥为P.O52.5快硬硫铝酸盐水泥。注浆采用间隔注浆法。搅拌系统、注浆设备等必须进行定期检测和维修,以保证注浆施工继续进行。压力表应经常进行检查,不合格的和已破坏的压力表严禁使用。
3注浆施工中的主要技术问题
由于3号～5号桩、3号～11号桩位置为原大开挖基础探坑回填位置,现状况为回填含水土层,淤泥、流沙现象严重。前期人工挖桩时所下的钢护筒外侧刷空范围大,注浆浆液可能被地下水位层流水带走,给本次注浆施工带来了很大的难度。施工中主要抓了以下几点技术问题:1)充填注浆的关键首先是对浆液的处理,浆液处理效果好坏直接影响帷幕注浆及堵水的质量。2)控制单位注入量。3)控制注浆压力及浆液扩散半径,有效达到充填帷幕,密实之作用;掌握造孔深度,防止浆液扩散过大。
4结语
注浆工程不仅是一项施工技术问题,且有大量的管理问题,应该把它看成是一个复杂的系统工程,面广、环节多且工序多变它涉及到工程施工方法及质量;地质及水文地质条件的再分析;方案设计及确定;各种参数选择及在施工过程中因素多变而进行参数的合理调整;施工人员的组织与素质;钻注设备、器材的选择、加工等方面,必须应用全面质量管理方法,进行质量控制才能达到效果好、工期短的目的。
摘要：针对桩基施工中地下水的存在及流沙现象,结合具体工程实例,介绍了采用注浆帷幕法固化淤泥、流沙的施工方案及工艺,并阐述了质量控制措施及施工重点,从而确保该区的施工桩孔的护壁成孔质量,保障阳煤大桥正常施工。
关键词：注浆帷幕法,人工挖孔桩,注浆压力,质量控制
参考文献
[1]沈保汉.桩基工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998:728-730.
[2]李文通.渗透注浆法在防护工程中的应用[J].山西建筑,2007,33(30):132-133.
人工注浆层 篇6
某地铁土建工程为单洞单线区间, 选取暗挖施工隧道两端, 该隧道区间起止里程为K16+149.875—K17+24.969, 876.09m为左线长度, 则884.295m为右线长度。饱水砾砂层为此工程需穿过的地层, 具有2.5到10.5m的埋深范围, 13到36.35m为隧道间距。其暗挖段以单洞单线马蹄形结构为主, 10.5m为隧道埋深最大值。具体工程特征如下:
1、工程地质。该工程地形起伏较小, 为洪冲地貌, 8.1到15.2m为其地面标高。该区间隧道暗挖段需由饱水砾砂层穿过, 该饱水砾砂层的特点为松散、粘聚力不足及自稳能力低, 在此地层内进行隧道开挖, 将导致大量工程事故发生, 如涌水、塌方等, 为此必须全面了解饱水砾砂土的特征。
2、水文地质。该区间有2种地下水形式:松散岩类孔隙弱承压水、块状岩类裂隙水。粗砂砾砂层为其含水层, 在探查地质时, 需在0.4到7.2m之间稳定钻孔水位, 则在6.90到11.60m之间控制稳定水位标高。
2 管棚支护数值模拟分析
2.1 建立计算模型
按照地铁隧道的实际地质、水文条件, 选取暗挖段左线进洞施工段作为隧道模型, 100m为模型计算长度, 以管棚长度 (1根) 14m作为模型宽度, 50m为模型高度, 9m为拱顶埋深。不能约束计算模型上方, 其侧面可垂直约束, 需全部约束其底部。以8节点实体单元用于隧道围岩, 根据理想弹塑性体对围岩性质进行充分思考, 计算时可选取Mohr-Coulomb理论。早期支护需把喷射混凝土、格栅钢架等效为衬砌, 厚度为0.40m, 通过板单元模拟, 计算以弹性理论为依据。通过梁结构单元进行管棚模拟, 且假设全部管棚可一次性完成打设工作。通过土体物理力学参数提升的方式进行注浆加固区的有效处理, 按照具体工程条件等, 在隧道上面120°位置内进行厚度确定, 即为1.8m。
在建立模型环节不宜复杂, 假设平面为每个土层相近截面形式, 需保证具有均匀的模型土层, 按照地质实际情况, 模型区段内具有极小土层变化, 这种情况下, 影响模型计算结果的程度也将减小。为保证结果计算科学有效, 隧道周围网格划分不宜过疏, 需根据自身应力场对此隧道模型进行分析、计算。如图1 (1) 、 (2) 所示。
2.2 模型计算参数
按照现场取样及砾砂层土体相关试验, 进行模型计算参数的选取, 岩体破坏可选取摩尔-库伦屈服准则进行准确计算、判定, 公式如下:
其中, 最大主应力由σ1表示;最小主应力由σ3表示;黏聚力由c表示;内摩擦角可由φ表示。当fs在0以上, 剪切破坏现象将出现在材料内, 一般应力状态下, 因土体具有较小抗拉强度, 需按照σ3在σT以上的抗拉强度准则, 对岩体受拉破坏问题是否存在进行准确判断。
2.3 隧道开挖及支护模拟结果分析
管棚制作需在开挖隧道前进行, 利用注浆加固区岩土体物理力学参数改变进行注浆模拟, 完成开挖隧道施工作业后, 需立即进行初衬作业。根据工程实际情况, 分为2种, 无预支护与管棚注浆预支护。
第一, 无预支护情况下, 伴随隧道施工其附近岩土体变形较大, 特别是伴随开挖断面不断进行将增加其沉降值。且隧道拱顶范围内竖直方向位移为28mm, 此时最大。在隧道横截面上, 隧道2侧中部位置为水平方向位移最大部位, 其具有对称特征, 为34mm。根据研究得出, 围堰变形逐步向地面延伸, 且与隧道拱顶相对的地面将出现一定沉降量, 18mm左右, 这将对隧道上面管线的使用情况造成极大的影响。
第二, 管棚注浆预支护情况下, 围岩变形的影响程度将逐步降低, 隧道拱顶位置依旧是竖直方向位移最大部位, 当其向6mm降低时, 隧道横截面围岩变形规律无任何改变, 当其为7mm时, 则围岩变形还会向地面延伸, 此时具有极小地面沉降, 4mm为最大沉降值, 位置在隧道拱顶相对地面处。
3 施工工艺
3.1 钻孔
导向管选取套拱内预埋的钢套管, 且以此开始钻孔施工。根据施工规定, 需将一层素混凝土喷射到掌子面, 其作用为止浆墙, 以此保障漏浆、坍塌等问题不会出现在掌子面内。要求保持均匀的速度进行钻孔施工, 当钻头与夹泥夹沙层碰触, 需对钻进速度进行有效控制, 避免夹钻问题产生。
3.2 管棚安设
完成钻孔施工后, 需立即进行管棚钢管安设, 防止塌孔问题产生。要求一节一节顶入钢管, 连接以丝扣为主, 15cm为其长度。且填实钢管、钻孔壁之间的缝隙, 且将法兰盘、止浆阀焊至于钢管外露位置, 且对其强度、密实度等进行详细检查。
3.3 注浆
(1) 灌注方式, 也就是确定布设灌浆孔的主要类型。通常情况下, 灌浆方式应以注浆工作面、钻孔施工的具体情况为依据进行确定, 目前常见的灌浆方式包含:地面灌浆、导洞灌浆等。
(2) 在注浆钻孔前, 需加固掌子面, 以此确保注浆环节其能够承受较大的压力。当掌子面具有较好的砾岩, 需进行20到30cm混凝土喷射, 以此将掌子面封闭。如掌子面存有破碎岩石、极差的地质, 需进行混凝土止浆墙的浇筑, 厚度可控制在1.5到3m左右。做好止浆墙后, 确保其强度满足施工规定的情况下, 通过地质钻机进行超前取芯钻孔, 以此对断层长度、其内部地质成分的因素进行分析。
(3) 按照由拱顶逐步到下的顺序进行注浆, 孔排较多的情况下, 需先进行内圈孔注浆, 随后进行外圈孔注浆。当出现窜浆、跑浆问题, 可隔孔灌浆。各孔施工中, 可选取一次压入式进行灌浆施工, 其施工简便, 重复钻孔次数少, 选用适当压力向小细缝内压入浆液, 其效果极佳。
3.4 管棚施工
通过地质钻机进行管棚钻孔, 120mm为钻孔直径。管棚导向墙选取C25混凝土套拱, 在明洞外轮廓线外进行套拱施工, 且将I120a工字钢埋设到套拱内, 工字钢和管棚孔口管进行整体焊接。根据设计规定进行管棚施工, 必须严控钻机立轴方向, 确保其准确性。一个孔钻完后即可将一根钢管及时顶进, 往往选取测斜仪进行钻进施工测量, 如钢管钻进偏斜差在设计规定以外, 需做好改正工作。3m与6m为管段的长度, 管孔以奇数为先, 第一节所需钢管长度为3m, 偶数孔第一节钢管选取的长度为6m, 其他钢管选取的长度为7m或4m。
4 结语
综上所述, 1970年管棚预支护技术首次在比利时安特卫普隧道车站建设得以应用, 作为超前预支护的主要支护形式, 管棚注浆支护技术具有预支护距离远、施工工期短、施工安全性高等优势, 是地下工程防倒塌的主要技术。该技术在隧道施工前, 需对工程地质条件、设备、进度等因素进行全面分析, 要求将一个顺着地铁主截面放置的拱形壳状结构设置到施工面前面的非扰动地层, 稳定围岩、保持自然土层原有状态及减少施工出现的下沉量为其主要作用。利用以上方式不断循环, 形成良好的预支护体系, 直到通过饱水砾砂层路段, 达到预期施工效果。
参考文献