CN107975027A - 盾构始发与到达端头土体加固的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法。其技术方案要点是包括以下施工步骤：测量放样出桩体位置；旋挖钻机就位；调整钻杆垂直度；对一序桩进行钻孔；水泥土浆液配制和拌合；采用长螺旋钻机将水泥土浆液压灌至一序桩的桩孔内；待一序桩中的水泥土浆液强度上升后，对二序桩钻孔施工，同时切削一序桩，使施工完成后的二序桩能够与一序桩相互咬合；二序桩压灌水泥土浆液；三序桩和四序桩钻孔施工并压灌水泥土浆液；旋挖钻机每次钻孔前，钻杆垂直度偏差调整至0.3%范围之内。该发明可以使施工成的水泥土桩有更高的垂直度，相互咬合效果更好，而且不依赖原状土，减少了加固土体中空洞的产生，适用于埋深较深的加固土体的施工。
Description
技术领域
本发明涉及地基加固工程，特别涉及盾构始发与到达端头土体加固的施工方法。
背景技术
目前，随着地铁施工的快速发展，盾构技术由于具有不影响地面交通、对周围建筑物影响较小、施工速度快等优点，在地铁工程中得到广泛应用。为保证盾构始发时顺利进入土体，到达时安全从土体中出来，需要对盾构的始发和到达相应区域的土体进行加固处理。如图9所示，盾构91已经放入始发站的基坑92内，在线路掘进方向洞口93的背后为土体加固区94。加固土体目的是增强端头土体强度，保证进出洞时开挖面稳定以及起到止水作用。
目前，端头土体加固的方法有旋喷桩、搅拌桩、旋喷搅拌桩、水泥土搅拌墙、降水、注浆和冷冻等方法。其中，旋喷桩、搅拌桩和旋喷搅拌桩的原理是在原状土内高压注入水泥浆或将钻孔内土体与水泥浆进行搅拌，从而使原状土变成水泥土桩；如图10所示，相邻水泥土桩96相互重叠,形成咬合部97，使土体加固区94范围内的原状土均被处理成具有较高强度和抗渗性且密实无空洞的加固土体。
目前，施工旋喷桩用的旋喷桩机、施工搅拌桩使用的搅拌桩机和施工旋喷搅拌桩使用的长螺旋钻机等，由于机器本身的缺陷，施工成的水泥土桩96的垂直度均较低，垂直度最好的长螺旋钻机也只能达到1%的垂直度。如图11与图12所示，当土体加固区94位于地面95以下较深位置时，由于水泥土桩96的垂直度较低，会出现相邻两根水泥土桩96在底部位置无法相互重叠，形成喇叭口98的现象，进而引起漏水，引发事故。
有统计资料显示，盾构施工事故中超过70%是出现在始发和到达端头部位的，事故类型主要为涌水、涌沙和地面塌陷等，而造成事故的主要原因之一就是加固土体不密实、有空洞，会漏水引起的。
此外，旋喷桩、搅拌桩和旋喷搅拌桩是在原状土内高压注入水泥浆或将钻孔内土体与水泥液进行搅拌，从而使原状土变成水泥土桩6，所以其共同特点是依赖于原状土，在遇到砂卵石地层或有机质含量高的地层时，往往由于水泥浆与原状土相互粘接的效果差，使得加固土体不密实、有空洞，进而引发事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法，该方法可以使施工成的水泥土桩有更高的垂直度，相互咬合效果更好，而且不依赖原状土，能减少加固土体中空洞的产生，适用于埋深较深的加固土体的施工，尤其适用于砂卵石地层和有机质含量高的地层。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法的施工工艺如下：包括以下施工步骤：测量放样出桩体位置；旋挖钻机就位；调整钻杆垂直度；对一序桩进行钻孔；水泥土浆液配制和拌合；采用长螺旋钻机将水泥土浆液压灌至一序桩的桩孔内；待一序桩中的水泥土浆液强度上升后用旋挖钻机进行二序桩的钻孔施工，同时切削一序桩，使施工完成后的二序桩能够与一序桩相互咬合；二序桩压灌水泥土浆液；三序桩和四序桩采用旋挖钻机钻孔施工，用长螺旋钻机压灌水泥土浆液，最终所有桩体相互咬合形成连续的加固土体；旋挖钻机每次钻孔前，钻杆垂直度偏差调整至0.3%范围之内。
通过采用上述技术方案，可以使施工成的水泥土桩有更高的垂直度，相互咬合效果更好，而且不依赖原状土，减少加固土体中空洞的产生，适用于埋深较深的加固土体的施工，尤其适用于砂卵石地层和有机质含量高的地层；同时由于事先搅拌使得水泥土浆液更均匀，更容易达到加固土体对强度、渗透性和稳定性等参数的要求，从而提高了加固土体的可靠性。
作为优选地，水泥土浆液每立方配方为：水泥150～450kg，土800～1200kg，石屑400～800kg，加重剂100～300kg，粉煤灰50～150kg，水泥土浆液的容重是1400～2000kg/m3，试块28天抗压强度≥0.8MPa，渗透系数≤1.0×10-6cm/s。
通过采用上述技术方案，节约了水泥用量，能形成密实度高、抗渗性好的桩体，而且形成的桩体强度适中，既能保证盾构施工的安全，又方便后序桩钻孔时对前序桩桩体的切削。
作为优选地，拌合好的水泥土浆液用粗孔筛进行过滤。
通过采用上述技术方案，可以避免土中的粗颗粒在压灌时堵塞长螺旋钻机的空心钻杆，提高了工作效率。
作为优选地，采用长螺旋钻机压灌水泥土浆液替换为用吊车吊住灌注导管进行水泥土浆液的压灌。
通过采用上述技术方案，避免了压灌作业对旋挖钻机钻孔作业产生干扰冲突，而且对下一根水泥土桩压灌施工时，只需吊车调整机臂角度即可，提高了施工效率。
作为优选地，旋挖钻机就位，采用旋挖钻机钻孔，替换为抓斗钻机就位，采用抓斗钻机进行钻孔，抓斗钻机的成孔垂直度控制在0.3%范围之内。
通过采用上述技术方案，抓斗钻机相比长螺旋钻机施工的水泥土桩具有更高的垂直度，所以更适用于埋深较深的加固土体的施工；而且咬合部更加规则，一方面能够节约材料，另一方面有利于对咬合部更好地控制，更好地形成连续的加固土体。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、该发明利用了旋挖钻机可以将钻杆垂直度调至0.3%的性能，使施工成的水泥土桩有更高的垂直度，相互咬合效果更好，克服了现有施工技术中，相邻水泥土桩在底部形成喇叭口的弊病，减少加固土体中空洞的产生；
2、该发明能在较硬土层中钻进，尤其在遇到大的卵砾石、块石时，能达到设计深度及桩径，而且能够适用于有机质含量高的地层，克服了现有方法依赖地层原状土的弊病；
3、通过后序桩钻孔时对前序桩的切削，使桩体之间更好的相互咬合，形成可靠的闭合连续的加固土体；
4、由于事先搅拌使得水泥土浆液更均匀，更容易达到加固土体对强度、渗透性和稳定性等参数的要求，从而提高了加固土体的可靠性；
5、由于先施工的水泥土桩，强度可控，切削更容易；
6、由于水泥土桩的主要材料为土和石屑，相比在钻孔中压灌混凝土而言，节约了大量水泥和碎石，更加经济节约；
7、采用吊车吊住灌注导管进行水泥土浆液的压灌，避免了压灌作业对旋挖钻机钻孔作业产生干扰冲突，而且对下一根水泥土桩压灌施工时，只需吊车调整机臂角度即可，提高了施工效率；
8、采用抓斗钻机相比长螺旋钻机施工的水泥土桩具有更高的垂直度，所以能适用于埋深较深的加固土体的施工；而且咬合部更加规则，一方面能够节约材料，另一方面有利于对咬合部更好地控制，更好地形成连续的加固土体。
附图说明
图1是旋挖钻机成孔的盾构始发与到达端头土体加固工艺流程图；
图2是抓斗钻机成孔的盾构始发与到达端头土体加固工艺流程图；
图3是实施例一桩孔编号示意图；
图4是一序桩施工示意图；
图5是二序桩施工示意图；
图6是三序桩施工示意图；
图7是四序桩施工示意图；
图8是实施例三桩孔编号示意图；
图9是背景技术中盾构始发站的平面示意图；
图10是背景技术中水泥土桩相互咬合的平面示意图；
图11是加固土体埋深较深的盾构始发站的侧立面示意图；
图12是相邻两根水泥土桩底部形成喇叭口的示意图。
图中，91、盾构；92、基坑；93、洞口；94、土体加固区；95、地面；96、水泥土桩；97、咬合部；98、喇叭口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语 “内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例一：
一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法，主要采用旋挖钻机进行钻孔；钻孔前将其钻杆垂直度偏差调整至0.3%范围之内；将提前配制并拌合好的水泥土浆液用长螺旋钻机压灌至桩孔内；多根桩体分不同序列间隔施工，前序桩体的水泥土浆液强度上升后用旋挖钻机进行后序桩的钻孔施工，同时切削前序桩，使后序桩能够与前序桩相互咬合形成连续的加固土体。
如图1所示，该方法具体施工步骤如下：
步骤a、测量放样出桩体位置：
在平整场地上测量放线，在放出的桩位处插上木棍或钢筋棍进行标识；另外在桩位旁作引桩，以便桩位出现偏差时随时复核；引桩为两根与桩位中心形成一条直线的标识桩，引桩通常的做法是用钢钎或打孔器在地上打一深孔，灌入白石灰粉。
步骤b、旋挖钻机就位：
操作人员根据确定的位置严格控制旋挖钻机的移动，确保钻孔轴心就位不偏，利用旋挖钻机自带装置调平钻机本身，并调整钻杆垂直度，钻杆垂直度偏差调整至0.3%范围之内。
步骤c、对一序桩进行钻孔：
如图3所示，第1、3、5及21、23、25桩孔为一序桩；2、4、6及22、24、26桩孔为二序桩； 11、13、15及31、33、35桩孔为三序桩， 12、14、16及32、34、36桩孔为四序桩。
如图4所示，旋挖钻机对一序桩依次进行钻孔施工。
步骤d、水泥土浆液配制和拌合：
在拌合站配制水泥土浆液，用罐车运至现场；或在施工现场用强制式搅拌机拌制水泥土浆液，强制式搅拌机带有计量器，可准确的计量各种材料的重量；拌合后的水泥土浆液塌落度为18～22cm；为保证土中的粗颗粒在压灌时不堵塞长螺旋钻机的空心钻杆，将拌合好的水泥土浆液过粗孔筛，过滤掉土中的粗颗粒。冬季施工时还需用热水拌制水泥土浆，或者加入防冻剂或速凝剂等外加剂；为更节约环保可掺入粉煤灰等工业废料代替水泥；
优选地，每1m3体积水泥土浆液配方为：水泥150～450kg，土800～1200kg，石屑400～800kg，加重剂100～300kg，粉煤灰50～150kg，水泥土浆液容重1400～2000kg/m3，试块28天抗压强度≥0.8MPa，渗透系数≤1.0×10-6cm/s。该配方，水泥用量少，节约经济，能形成密实度高、抗渗性好的桩体，而且形成的桩体强度适中，既能保证盾构施工的安全，又方便后序桩钻孔时对前序桩桩体的切削。
步骤e、一序桩压灌水泥土浆液：
长螺旋钻机就位，钻头中心对准孔位中心，将长螺旋钻机上的进料软管一端与地泵相连，另一端与空心钻杆相连；关闭空心钻杆底部阀门并用松紧绳固定，避免钻杆下放入孔内过程中，泥浆进入钻杆；将钻机的空心钻杆携带钻头下放至孔底；将事先搅拌好的水泥土浆液灌入地泵，启动地泵，地泵将水泥土浆液通过空心钻杆压向孔底，水泥土浆液冲开钻头底部阀门后，进入孔内，边压灌边提起钻具，始终保持钻具埋在水泥土浆液中的长度不小于2m，直至压灌到设计标高； 孔内泥浆通过引流槽流入泥浆池。
步骤f、二序桩钻孔施工并压灌水泥土浆液：
如图5所示，待一序桩中的水泥土浆液强度上升后，一般是在压灌完成3～5天后，旋挖钻机就位，调整钻杆的垂直度，使钻杆垂直度偏差调整至0.3%范围之内。按照提前放样出的桩孔位，对二序桩进行钻孔作业，同时切削一序桩，使施工完成后的二序桩能够与一序桩相互咬合，形成连续的加固土体。达到设计深度后，钻孔完成。
按照步骤e中的方法对二序桩进行水泥土浆液的压灌。
步骤g、三序桩和四序桩钻孔施工并压灌水泥土浆液。
如图6与图7所示，依照上述方法依次进行三序桩和四序桩的施工。最终各桩体相互咬合形成连续的加固土体。
该施工方法适用于埋深较深的加固土体的施工，主要利用了旋挖钻机可以将钻杆垂直度调至0.3%的性能，提高了水泥土桩的垂直度，使施工成的水泥土桩有更高的垂直度，相互咬合效果更好，减少加固土体中空洞的产生。克服了现有施工技术中，相邻水泥土桩在底部形成喇叭口的弊病。而且该方法能在较硬土层中钻进，尤其在遇到有机质含量高的地层或大的卵砾石、块石时，能达到设计深度及桩径，克服了现有方法依赖地层原状土的缺陷。同时由于事先搅拌使得水泥土浆液更均匀，更容易达到加固土体对强度、渗透性和稳定性等参数的要求，从而提高了加固土体的可靠性。由于先施工的水泥土桩，强度可控，切削更容易，提高了施工效率。还由于水泥土桩的主要材料为土和石屑，相比在钻孔中压灌混凝土而言，节约了大量水泥和碎石，更加经济节约。
实施例二：
与实施例一不同之处在于：步骤e～步骤g中采用长螺旋钻机压灌水泥土浆液替换为用吊车吊住灌注导管进行水泥土浆液的压灌。
具体操作如下：将灌注导管的进料口用密封软管与地泵进行连接；灌注导管底部设有阀门，灌注导管下放入孔底过程中，阀门关闭，避免孔内泥浆进入灌注导管；吊车摆放至距孔口较远处，用吊勾吊住灌注导管，下至孔底；将事先搅拌好的水泥土浆液灌入地泵，启动地泵，地泵将水泥土浆液通过灌注导管压向孔底；水泥土浆液冲开灌注导管底部阀门，进入孔内；边压灌边提起灌注导管，始终保持灌注导管埋在水泥土浆液中的长度不少于2m，直至压灌到设计标高。
由于长螺旋钻机需要摆放在钻孔的孔口旁边才能压灌水泥土浆液，而吊车可以停放至距孔口较远处，所以采用吊车吊住灌注导管对前序桩进行水泥土浆液的压灌，避免了对旋挖钻机在后序桩位置钻孔的干扰，提高了施工效率。而且当前根桩灌注完成，对下一根水泥土桩压灌施工时，只需吊车调整机臂角度即可，不用像长螺旋钻机一样移动机械。
实施例三：
与实施例一不同之处在于：如图2所示，旋挖钻机就位，采用旋挖钻机钻孔，替换为抓斗钻机就位，采用抓斗钻机进行钻孔，抓斗钻机的成孔垂直度控制在0.3%范围之内。由于抓斗钻机相比长螺旋钻机施工的水泥土桩具有更高的垂直度，所以更适用于埋深较深的加固土体的施工。
如图8所示，水泥土桩96的编号、分序和施工步骤与实施例一相同。由于抓斗钻机形成的水泥土桩为方桩，两根水泥土桩96的咬合部97更加规则，后序水泥土桩对前序已完成的水泥土桩切削量小，一方面能够节约材料，另一方面有利于对咬合部更好地控制，更好地形成连续的加固土体。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法，其特征在于：包括以下施工步骤：测量放样出桩体位置；旋挖钻机就位；调整钻杆垂直度；对一序桩进行钻孔；水泥土浆液配制和拌合；采用长螺旋钻机将水泥土浆液压灌至一序桩的桩孔内；待一序桩中的水泥土浆液强度上升后用旋挖钻机进行二序桩的钻孔施工，同时切削一序桩，使施工完成后的二序桩能够与一序桩相互咬合；二序桩压灌水泥土浆液；三序桩和四序桩采用旋挖钻机钻孔施工，用长螺旋钻机压灌水泥土浆液，最终所有桩体相互咬合形成连续的加固土体；旋挖钻机每次钻孔前，钻杆垂直度偏差调整至0.3%范围之内。
2.根据权利要求1所述的一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法，其特征在于：水泥土浆液每立方配方为：水泥150～450kg，土800～1200kg，石屑400～800kg，加重剂100～300kg，粉煤灰50～150kg，水泥土浆液的容重是1400～2000kg/m3，试块28天抗压强度≥0.8MPa，渗透系数≤1.0×10-6cm/s。
3.根据权利要求2所述的一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法，其特征在于：拌合好的水泥土浆液用粗孔筛进行过滤。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法，其特征在于：采用长螺旋钻机压灌水泥土浆液替换为用吊车吊住灌注导管进行水泥土浆液的压灌。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种盾构始发与到达端头土体加固的施工方法，其特征在于：旋挖钻机就位，采用旋挖钻机钻孔，替换为抓斗钻机就位，采用抓斗钻机进行钻孔，抓斗钻机的成孔垂直度控制在0.3%范围之内。
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