CN112267457A - 一种上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法 - Google Patents

一种上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法，包括以下步骤：采用地质钻机，跟管钻进穿过上覆杂填土和淤泥层，进入到下覆持力层中，形成钻孔；将注浆管下入到钻孔内，直至孔底；开启注浆泵，自下而上、分段往注浆管中注入坍落度为100～150mm的透水性混凝土，按分段向上拔管，直至注浆到上覆杂填土中；按一定的孔间距，重复前述步骤，对整个场地进行施工处理。最终形成均匀且具有较高强度的桩体并推挤钻孔周边软土；推挤土体时产生的孔隙水压力通过透水性混凝土消散，促使土体排水固结，提高地基内软土的强度，最终形成具有较高地基承载力的桩土复合地基，后期沉降小、复合地基承载力高。

Description

一种上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法
技术领域
本发明属于地基加固工程领域，尤其涉及一种上覆杂填土淤泥地基的加固处理方法。
背景技术
淤泥地基常常需要进行加固处理，而当淤泥上覆有较厚的人工杂填土时，因杂填土中含有块石，厚度常大于5.0m，其加固处理难度较无上覆土的淤泥地层加固处理要大得多，技术工艺也不一样。目前常用的加固方法主要有旋喷桩处理、布袋注浆桩、压密注浆桩、导水布袋注浆桩、管桩等工艺。
旋喷桩处理方法是：将高压喷射机械钻进至预定位置后，采用高压喷射水(水泥浆液)冲击切割土体、压缩空气使水泥浆液与土体搅拌混合，形成水泥复合土，达到提高软土地基的承载力的目的。高压旋喷适用于淤泥、淤泥质土、砂土、碎石土以及填土等地基加固。对于堤基加固而言，高喷能在竖直方向提供较大的承载力，但高喷能改善的范围仅限于高喷形成水泥土的范围内，且造价较高，工程量布置受限。单、双排布置处理的范围小，更多的堤基淤泥得不到加固，因此后期沉降大，复合地基承载力较低。
布袋注浆桩法是一种新型软土地基处理加固方法，通过在土层中将固化材料浆液灌注到土工合成织物布袋中，浆液固化后形成类似圆柱状增强体来加固软土地基，依靠布袋进行导水促使淤泥强度提高，是一种注浆技术结合土工织物材料特性应用发展起来的一种新型地基处理方法，浆液的主要成分为水、水泥、粉煤灰等。该方法存在的主要问题：成桩直径有限；布袋排水能力极为有限，淤泥难以排水固结，后期沉降大。
压密注浆桩技术是采用细石混凝土进行注浆，形成压密桩的复合地基结构形式。但由于淤泥难以排水固结，在压密注浆时，注浆材料中掺有大量的土，注浆材料的渗透系数小于10-6cm/s，孔隙水无法从桩或淤泥中排出，导致淤泥在超孔隙水压力下变为橡皮土，没有压密、固结的效果，因此不适用于上覆杂填土的淤泥地基加固。
导水布袋复合压密注浆桩技术是在压密注浆桩技术的基础之上，通过钻机引孔至设定深度，下入导水性布袋与注浆管，然后通过注浆管往布袋内注入低塌落度的水泥砂浆体或类似材料，形成均匀且具有较高强度的桩体并压密钻孔周边软土；压密土体时产生的孔隙水压力通过导水布袋导引消散，促使土体排水固结，提高地基内软土的强度，最终形成具有较高地基承载力的桩土复合地基，主要应用于排水不良的淤泥或淤泥质土地基加固处理。采用导水布袋技术克服了压密注浆桩应用于淤泥质土中所存在的排水固结和成桩不连续等问题；采用压密注浆桩技术克服了布袋成桩技术中，注浆操作控制难度大，成桩直径小，对土体压密效果差等缺点。该方法的缺点是布袋排水能力极为有限，淤泥排水固结慢，后期有一定的沉降。采用管桩施工后，也存在类似的问题。
为此，提供一种后期沉降小、复合地基承载力高的淤泥土加固处理施工方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种后期沉降小、复合地基承载力高的上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法，包括以下步骤：
(1)采用地质钻机，跟管钻进穿过上覆杂填土和淤泥层，进入到下覆持力层中，形成钻孔；
(2)将注浆管，下入到所述步骤(1)的钻孔内，直至孔底；
(3)开启注浆泵，自下而上、分段往注浆管中注入坍落度为100～150mm的透水性混凝土，按分段向上拔管，直至注浆到上覆杂填土中；
(4)按一定的孔间距，重复所述步骤(1)(2)(3)，对整个场地进行施工处理。
上述的导水注浆桩加固处理方法，优选的，所述步骤(1)中，地质钻机进入到下覆持力层中的0.5～1.0m深处。
优选的，所述步骤(2)中，注浆管的内径≥70mm，壁厚≥5mm。
优选的，所述步骤(3)中，所述透水性混凝土为凝固28天后其渗透系数为1×10-2～1×10-4cm/s、抗压强度为2～10MPa的混凝土。
优选的，所述步骤(3)中，所述透水性混凝土由细石、砂、水泥、掺合料、水和有机添加剂按配制而成，所述细石、砂、水泥、掺合料、有机添加剂和水的质量配比为200～500:10～20:100:5～20:0.5～1:30～50。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥中的任意一种或几种的混合物；所述掺合料为粉煤灰、矿渣粉和漂珠粉中的任意一种或几种的混合物；所述有机添加剂为减水剂和保水剂中的任意一种或几种的混合物；所述砂为细石重量的10％～20％。
优选的，所述透水性混凝土由以下方法制备得到：投料时先放入水泥、掺合料、细石、砂，再加入一半的水用量，搅拌30s；然后加入有机添加剂，搅拌60s；最后加入剩余水量，搅拌120s后出料得到。
优选的，所述步骤(3)中，所述注浆泵采用脉冲灌注的方式注浆，单次泵送量大于10L，脉冲间隔时长大于8s/次；所述脉冲灌注采用定量结束标准进行注浆，注浆结束达到的定量为200～500L；所述导水注浆桩由所述透水性混凝土凝固后形成，桩径为500～900mm，更优选为450～650mm。
优选的，所述步骤(3)中，按0.3～0.5m/段向上拔管，直至注浆到上覆杂填土中0.5～2.0m处。
优选的，所述步骤(4)中，孔间距为1.5～3.5m，相邻的孔间隔48h后再施工。
本发明的导水注浆桩加固处理方法，主要应用于排水不良的淤泥或淤泥质土地基加固处理。相对于导水布袋压密注浆桩技术，本发明克服了布袋在淤泥质土中所存在的排水不通畅的问题。在本发明中采用坍落度为100～150mm的透水性混凝土，形成桩径为450～650mm、渗透系数为1×10-2～1×10-4cm/s、抗压强度为5～15MPa的导水注浆桩，可加快孔隙水压力的消散和孔隙水排出，可实现对桩周淤泥土体快速排水固结，较大幅度地提高了桩间土体的压缩模量，降低了土体的压缩系数，同时形成了较高强度的导水注浆桩体，这样可以提高复合地层的承载力和抗剪切能力，减少地基沉降。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的导水注浆桩加固处理方法，通过钻机引孔至设定深度，下入注浆管，然后通过注浆管注入坍落度为100～150mm透水性混凝土，形成均匀且具有较高强度的桩体并推挤钻孔周边软土；推挤土体时产生的孔隙水压力通过透水性混凝土消散，促使土体排水固结，提高地基内软土的强度，最终形成具有较高地基承载力的桩土复合地基，后期沉降小、复合地基承载力高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的施工示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
上坝坝脚座落于库区内，库区堆存了较多淤泥，因此需对淤泥进行工程处理。根据工勘报告，库区水深1.5～2.5m，淤泥深度18m～24m。根据现场实际情况，对石料进行适当分选，石料含量较多的先抛于库底，直至石料露出淤泥面或水面，然后由推土机将小粒径的块石推平嵌缝。同时为了增强挤淤效果，抛石采用推土机和挖掘机配合进行，方法为进占法。当抛填平台具备碾压条件后，及时进行碾压，增加压实效果。抛石挤淤完毕后，对新屋下库区进行强夯处理，重锤重量100～400kN，落距8～15m。强夯完毕后，拟采用注浆导水桩进行加固处理；
方案设计：拟对上坝压覆边界外侧20m范围内，采用导水注浆桩进行加固处理。施工孔平均的间距为2.0m，正三角形布孔；靠近坝脚段可适当减少至1.5m，远离坝脚段孔间距可适当增大到2.5m，预计40000平方米的范围内，布置桩约9000万根。桩长为抛填块石底部至坝持力层之间的淤泥层高度。导水注浆桩抗压强度大于5MPa，抗剪强度大于0.5MPa，平均桩径不小于600mm。
导水注浆桩单孔施工工艺流程：测量放孔位→钻孔→下入注浆管→配制注浆材料→注浆。
实施例1：
一种本发明的上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法，施工示意图如图1，包括以下步骤：
1)钻孔
在平整过的场地上，标记施工桩孔位置；采用YGL-S100液压声波钻机跟套管钻进，穿过上覆杂填土和淤泥层，进入到下覆持力层中0.5m深处，开孔直径不小于110m，终孔直径91mm；
2)下入注浆管
选用内直径为70mm，壁厚6mm的注浆管，连接注浆管，一并下入到孔底，然后拔出套管；
3)配制透水性混凝土
在搅拌桶内，依次加入中细石、细砂、硅酸盐水泥、粉煤灰等强制搅拌均匀，再加入一半的水用量，搅拌30s；然后加入羧甲基纤维素，搅拌60s；最后加入剩余水量，搅拌120s后出料得到，形成塌落度为120mm的透水性混凝土；
透水性低砂率的混凝土注浆材料质量配合比为细石:细砂:硅酸盐水泥:粉煤灰:羧甲基纤维素:水＝300:20:100:10:0.5:50；
经测试，透水性混凝土在凝固28天后，其渗透系数为3.5×10-3cm/s、抗压强度为6MPa；
4)注浆
①连接注浆管道，安装拔管机；
②采用压密注浆专用泵，采用脉冲灌注的方式注浆，在2.0～5.0MPa的孔口灌浆压力下，自下而上、分段、间歇性的向注浆管内泵送入透水性混凝土，单次泵送量大于10L，间歇时间为9s/次；
③当透水性混凝土从灌浆管底部进入淤泥层内后，计算注浆量，达到设定注浆量时，提升50cm；反复定量注入、提升、拆管、安装管道，并记录；每米注浆量约为0.35m3；
④注浆到上覆杂填土中0.5m处(注浆液面至淤泥层顶面的距离)，直至透水性混凝土达到总的设定注入量时，拆卸出剩余注浆管；平均桩径不小于600mm；
⑤移动拔管机至下一孔进行注浆施工；
5)对整个场地进行施工处理
施工孔平均的间距为2.0m，正三角形布孔，相邻的孔间隔48h后再施工；靠近坝脚段可适当减少至1.5m，远离坝脚段孔间距可适当增大到2.5m，预计40000平方米的范围内，布置桩约9000万根；桩长为抛填块石底部至坝持力层之间的淤泥层高度；导水注浆桩抗压强度大于5MPa，抗剪强度大于0.5MPa，平均桩径不小于600mm。
质量检测：在一个月之上，通过以上基础处理措施，使上坝压覆范围内的复合地基承载能力提高至250kPa以上，抗剪强度内摩擦角大于25°。在施工结束1个月后，最大位移小于6mm；在施工结束2个月后，最大位移小于2mm。相对于文章中《导水布袋复合压密注浆桩技术在软土质堤防加固处理中的应用研究》中采用导水布袋压密注浆桩施工技术对洞庭湖的软基进行处理，在施工结束2个月后，位移达到12.7mm；在施工结束后8个月和18个月后，位移达到2.5mm。可见，本发明的效果优势明显。
实施例2：
一种本发明上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法，施工示意图如图1，包括以下步骤：
1)钻孔
在平整过的场地上，标记施工桩孔位置；采用YGL-S100液压声波钻机跟套管钻进，穿过上覆杂填土和淤泥层，进入到下覆持力层中0.5m深处，开孔直径不小于110m，终孔直径91mm；
2)下入注浆管
选用内直径为70mm，壁厚6mm的注浆管，连接注浆管，一并下入到孔底，然后拔出套管；
3)配制透水性混凝土
在搅拌桶内，依次加入中细石、细砂、硅酸盐水泥、粉煤灰等强制搅拌均匀，再加入一半的水用量，搅拌30s；然后加入羧甲基纤维素，搅拌60s；最后加入剩余水量，搅拌120s后出料得到，形成塌落度为140mm的透水性混凝土；
透水性低砂率的混凝土注浆材料质量配合比为细石:细砂:硅酸盐水泥:漂珠粉:减水剂:水＝300:10:100:10:0.8:40；
经测试，本实施例的透水性混凝土在凝固28天后，其渗透系数为8×10-3cm/s、抗压强度为8.2MPa；
4)注浆
①连接注浆管道，安装拔管机；
②采用压密注浆专用泵，采用脉冲灌注的方式注浆，在2.0～5.0MPa的孔口灌浆压力下，自下而上、分段、间歇性的向注浆管内泵送入透水性混凝土，单次泵送量16L，间歇时间为12s/次；
③当透水性混凝土从灌浆管底部进入淤泥层内后，计算注浆量，达到设定注浆量时，提升30cm；反复定量注入、提升、拆管、安装管道，并记录；
④注浆到上覆杂填土中0.5m处(注浆液面至淤泥层顶面的距离)，直至透水性混凝土达到200L时，拆卸出剩余注浆管；成桩平均直径为500mm；
⑤移动拔管机至下一孔进行注浆施工；
5)对整个场地进行施工处理
施工孔平均的间距为2.0m，正三角形布孔，相邻的孔间隔48h后再施工；靠近坝脚段可适当减少至1.5m，远离坝脚段孔间距可适当增大到2.5m，预计40000平方米的范围内，布置桩约9000万根；桩长为抛填块石底部至坝持力层之间的淤泥层高度；导水注浆桩抗压强度大于5MPa，抗剪强度大于0.5MPa，平均桩径500mm。
质量检测：在一个月之上，通过以上基础处理措施，使上坝压覆范围内的复合地基承载能力提高至250kPa以上，抗剪强度内摩擦角大于25°。

Claims (10)

1.一种上覆杂填土淤泥地基的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用地质钻机，跟管钻进穿过上覆杂填土和淤泥层，进入到下覆持力层中，形成钻孔；
(2)将注浆管下入到所述步骤(1)的钻孔内，直至孔底；
(3)开启注浆泵，自下而上、分段往注浆管中注入坍落度为100～150mm的透水性混凝土，按分段向上拔管，直至注浆到上覆杂填土中；
(4)按一定的孔间距，重复所述步骤(1)(2)(3)，对整个场地进行施工处理。
2.根据权利要求1所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，地质钻机进入到下覆持力层中的0.5～1.0m深处。
3.根据权利要求1所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，注浆管的内径≥70mm，壁厚≥5mm。
4.根据权利要求1所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述透水性混凝土为凝固28天后其渗透系数为1×10-2～1×10-4cm/s、抗压强度为2～10MPa的混凝土。
5.根据权利要求1所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述透水性混凝土由细石、砂、水泥、掺合料、水和有机添加剂按配制而成，所述细石、砂、水泥、掺合料、有机添加剂和水的质量配比为200～500:10～20:100:5～20:0.5～1:30～50。
6.根据权利要求5所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥中的任意一种或几种的混合物；所述掺合料为粉煤灰、矿渣粉和漂珠粉中的任意一种或几种的混合物；所述有机添加剂为减水剂和保水剂中的任意一种或几种的混合物；所述砂为细石重量的10％～20％。
7.根据权利要求6所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述透水性混凝土由以下方法制备得到：投料时先放入水泥、掺合料、细石、砂，再加入一半的水用量，搅拌30s；然后加入有机添加剂，搅拌60s；最后加入剩余水量，搅拌120s后出料得到。
8.根据权利要求1所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述注浆泵采用脉冲灌注的方式注浆，单次泵送量大于10L，脉冲间隔时长大于8s/次；所述脉冲灌注采用定量结束标准进行注浆，注浆结束达到的定量为200～500L；所述导水注浆桩由所述透水性混凝土凝固后形成，桩径为500～900mm。
9.根据权利要求1所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，按0.3～0.5m/段向上拔管，直至注浆到上覆杂填土中0.5～2.0m处。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的导水注浆桩加固处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中，孔间距为1.5～3.5m，相邻的孔间隔48h后再施工。
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