地基处理与加固的两种其他方法

地基处理与加固的两种其他方法一、冻结法1、起源冻结法最早用于俄国金矿开采，1880年德国人彼茨舒提出了人工冻结法原理，1883年将这个原理首先用于人工冻结法凿井。冻结法施工技术起始于人工天然冻结，人们最初利用天然冻土开挖底下基础，后来有了人工制冷技术，人们才开始利用人工制冷技术来冻结含水土层，含水土层被冻结成冻土并达到一定的强度，人们利用冻土的结构掩护进行基坑施工。现在已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设等工程中。我国自1955年首次在开滦林西风井采用冻结法以来，主要应用于煤矿井筒特殊法施工，现已施工了500多个冻结井筒约90 1口n延米。已完工的山东龙固副井冲积层厚567．7 m，冻结深度650 m，为国内之最。目前正在施工的郭屯主、副风井冻结深度已702 m。这50年中，我国人工制冷冻结技术经历了引进、推广、改进和发展几个阶段，其中具有代表的工程主要有安徽潘三东风井、河南陈四楼主、副井、山东济西主、副井以及龙固副井。上述井筒的建成标志着我国冻结凿井技术已达到国家先进水平，当然也遇到了无数的困难。其中，两淮施工中经常遇到的冻结管断管，井壁破裂漏水，甚至淹井等事故，不仅危及井筒施工安全，还大大推迟了工期，经济损失重教训是深刻的，但也激励了几代工程技术人员的攻关积极性，为此，完成了多项重大科研项目，从而也获得了国家和省部级多项科研进步奖、无数工程技术人员增长了才干，成为高级工程师，有的还获得国家政府津贴。2、基本原理冻结施工法是常用的施工方法之一，使用制冷技术使地层中的水冻结，将天然岩土冻结成冻土，从而把不稳定的台水土体固化，形成具有一定厚度的冻结结构体——冻结礁。当结构体具有相当的强度，可以抵抗周围的水土压力，隔绝地下水，形成封闭的不透水帐幕，地下工程于是可在冻结壁的保护下进行施工。它具有以下特点：（1）、有效隔绝地下水。其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10％的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术：（2）、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5—10Mpa．能有效提高工效；（3）、冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小。冻结结束后．冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；（4）、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业。能有效缩短施工工期。采用冻结法施工。冻土帷幕能满足受力要求．不需下沉庞大的钢护筒。也无需大吨位钻机，解决了起重设备能力不足的困难，降低了施工难度；而且能有效地隔绝了地下水，实现桩基干处施工。减小大直径桩浇注水下混凝土的风险；同时，能有效提高工效，比常规方法施工方法节约工程成本。3、设计计算我国冻结法凿井的主要地层为冲积层。冻结壁的设计是指满足砂性土的强度和粘性土中变形要求的厚度。其厚度计算主要是根据地压、冻土热学和力学性质、井筒掘进直径、段高和裸露时间以及井壁结构与工艺等，实际上由于冻土热学和力学的耦合计算的影响因素很多，故一般采取热学与力学分别计算和相互检验的方法。在深井粘土层中冻结壁的厚度与强度，往往是造成许多重大事故的主要原因，因为粘性土强度低，流变特性显著，而过去的设计中很少考虑到。浅井常用拉麦公式和多姆克公式，均是按平面应变力学模型来计算的，同时也都没有考虑到冻土的流变特性(即与时间有关这一特征)，对于深井中应采用前苏联维亚诺夫和扎列茨基提出的小段高(空间结构)的强度和变形公式。这个公式不仅考虑了强度，也考虑到变形。龙固副井就是按此公式计算的，施工中也是顺利的。前述两个公式都是基于与时间有关的弹性或弹塑性理论，后一公式已考虑了冻土流变(参数m，A)和掘砌工艺(参数e，，l，￡，施工中在支设时，必须做到大头朝下、保证垂直度误差小于5 mm，底部支座要牢固，选用的支撑应材质均匀、无弯曲、缺陷少，使木支撑尽量符合最佳的受力状况，这样才能确保结构的安全性，并满足质量要求。4、施工工艺与设备4.1 冻结法的施工工艺第一阶段是冻结管的排列，根据工程特征要求，可布置各种形状；第二阶段，开始土壤冻结，冻土首先从每个冻结管周围向外扩展，当各分离的圆柱冻结体联成一体时，该冻结阶段就告完成；第三阶段是继续降低冻结体的平均湿度和扩大冻土墙厚度使之达到设计要求；第四阶段是维持低温，保证开挖和做永久结构施工期间，冻土墙强度保持不变。完成使命后即开始强行解冻，拔除冻结管。 4.2 冻结法的施工设备 冻结法施工旁通道所用设备主要有：1、螺杆冷冻机组(JYSGF300II 2 台 110KW 87500Kcal/h）　　2、盐水泵（IS125-100-200 2 台 45KW 200m3/h） 　3、冷却水泵（IS125-100-200C 4 台 15KW 120m3/h） 　　4、冷却塔（NBL-50 4 台 15m3/h） 　　5、钻机（MK-50 1 台） 　　6、电焊机（BS-40 2 台） 　　7、抽氟机（1 台） 　　说明：以上 1-4 项冻结设备均备用一台。冻结法施工旁通道所用量测设备主要有： 　1、经纬仪（J2 1 台） 2、测温仪（GDM8145 1 台 测量冻土温度） 　3、精密水准仪（1 台） 　　4、打压机（20MPa 1 台 冻结器打压试漏） 　　5、收敛仪（1 台 冻土帷幕收敛） 　　6、钢卷尺（20m 1 把）5、质量检测工程监测的目的是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。由于旁通道施工位于地下十多米处，为防止施工时对地面周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响，甚至严重破坏。对施工过程必须有完善的监测。 　　工程监测的内容工程监测贯穿整个施工过程，其主要监测内容为：地表沉降监测，隧道变形监视，通道收敛变形监测，冻土压力监测。6、工程实例6.1工程概况及地质情况广州市轨道交通三号线天河客运站折返线及风道位于广州市天河区广汕公路。折返线斜穿广汕公路和沙河立交桥，风道在折返线北端。附近有新天河商贸城和天河汽车客运站。由于该区段道路两侧地下管线较多；其次，广汕公路是连接广州与汕头、增城之间的莆要交通干道，交通繁忙，小能封路施工，因此考虑采用暗挖法施工。折返线设计起始咀程为SK0+102．60，终点单程支SKo+250．40，长为147．8 m。折返北端暗挖风道长23．68 m。除公路外地面多为建筑商铺。折返线段隧道顶面距离地表最小约为8m，最大开挖跨度约为13．4m，断面形式为马蹄形，隧道临时支护为厚350的C20网喷混凝土，内衬为C30厚450 mm的S8模筑钢筋混凝土。折返线隧道拱部围岩主要为冲积一洪积砂层、粉质粘土层、花岗岩残积砂质粘性土层，边墙及底部围岩主要为花岗岩残积砂质粘性土层、砂层密实度较差，富水性较强，稳定性差。花岗岩风化残积土因含砂量较多，遇水和扰动易软化崩解，水浸泡易发生崩解和流砂，甚至塌方。砂层为饱水层，透水性强，渗透系数为15n∥d，花岗岩风化残积土层、和全风化岩，饱水性较好，为弱透水层。综合评价地质条件很差。根据以往工程经验，在这样的地层中采用矿山法及常规辅助t法修建隧道，施工难度大，进度缓慢且工程投资难以控制，借鉴同内其他地区水平冻结的施工经验，经多方研究确定，折返线暗挖隧道采用水平冻结法预加固围岩及止水辅助施工，见图l所示。然而在折返线初期支护完毕后，冷冻站停机，外围冻结帷幕开始自然解冻将产生融沉，会引起地面及隧道沉降，危及到地面建筑物和管线的安全，为此，需要进行融沉的控制。6.2融沉控制总体方案根据以往冻土解冻的经验，结合本工程的特点，采用自然解冻措施，在自然解冻的同时及时对冻土进行跟踪注浆，注浆的主要措施是根据在自然解冻期间监测反馈的信息进行地层跟踪注浆压密加固土体，具体方法为：(1)、隧道地面融沉控制采用地面注浆的方式进行，对于非车行道部分，考虑从地面打管注浆，打管时避开地下管线的位置，对于车行道部分，由于冻结冻胀胀幅度过长，广汕路路面及地下管线均进行修复，为此，融沉的治理工作安排在路面及管线恢复施工期间利用占道范围进行分期地面注浆；(2)、隧道仰拱部位融沉控制采取衬砌中的预埋注浆管进行跟踪注浆，位置是在初期支护及冻土之间埋设注浆管，深度进入冻土lO cm，以补偿融沉，为了保证及时均匀的填充冻土融化所产生的空隙，采用分层注浆，即由于浆液扩散面积有限，当隧道结构内预埋的注浆孔一次性注满时，随冻土解冻过程用钢筋或电钻穿透注浆层，在此注浆层外围进行再次注浆。依次类推，直至将融化的冻土填充完毕，控制好融沉现象；(3)、通过隧道衬砌中的预埋的注浆管进行冻结帷幕外围深层跟踪注浆，位置足在初期支护及冻土之间埋设注浆管，深度进入冻土10 cm，隧道结构层施工结束后，利用J一200金刚石钻机在结构层预埋的注浆管中施工深层注浆孔，深层注浆孔孔深至冻结帷幕外围，然后从冻结帷幕外围进行注浆，填充、改良土体，防止冻结帷幕外围土体随着冻土融化产生的空隙而下沉。6.3施工技术措施1、注浆管的布设结合本工程隧道内注浆管布置重点为隧道的的仰拱部位。在隧道施工初期支护、结构层时预埋注浆管。(1)、在隧道底部两端各0．5 m起分28个断面预埋注浆管，每个断面宽度为5 m，每个断面预埋4个注浆管。共112个注浆管；(2)、Ⅲ区和Ⅳ区两个断面注浆管采用梅花式错开布置；(3)、结构层施工结束后，利用J一200型钻机在已预埋好注浆管中施工深层注浆孑L，穿透冻结帷幕；2、预埋注浆管结构(1)、注浆管选用6．66 cm的镀锌管，顶端接带螺纹的外管箍，并用内丝堵封闭，管长按照结构施工调整；(2)、距注浆管端部250 mm处设置一道止水钢板，增加防水效果。注浆管固定浇筑混凝土前将其焊接在临时支护的主钢筋上，注浆管外口离模板约3 cm，管口另一端进入冻土lO cm。3、注浆设计参数a.注浆材料选用根据隧道范围内土层的特性冻土融沉注浆采用单液浆，及水泥和粉煤灰，其配比为：使用水灰比为2：3的水泥浆。最后注浆结束后不再出现融沉时，采用双液浆封孔，封孔选用水泥和水玻璃浆液，水泥浆与水玻璃配比为l：0．2—0．5；双液浆初凝时间约为45～60 min。b.注浆时间控制初期支护施工完毕后，冷冻机停机，即进入自然解冻期，等初期支护混凝土达到一定强度时再进行跟踪注浆，注浆对于冻结状态下的土层一般是难以进行的，只能对融层状态下的土层注浆才可达到应有的效果，因此注浆时间控制应以冻结土层开始融化时为准，一般停机15 d后开始注浆。融沉注浆时间约为6个月，原则上以隧道和地面不再沉降为准。c.注浆压力考虑地面覆土厚度，为防止隧道结构受到影响，选用小压力，多次注浆的方式，注浆压力为0．2～O．3 MPa，瞬间压力不超过0．5 MPa，注浆量控制在10～15 L／min。d.注浆顺序注浆顺序，先隧道底部，再隧道中部，每一注浆段中遵循先下部、后中部的原则，使加固的注浆液逐渐向上扩展，避免死角，改善隧道土体，提高充填效果。e.注浆量根据以往经验，融沉注浆总量一般为冻土体积的15％左右，经过计算该工程注浆量约为3340m3，实际用量以地面及隧道不沉降为准。f.注浆结束标准注浆是否结束根据隧道沉降监测反馈的信息和最大注浆压力控制，一般情况下注浆结束压力为0．5～0．7 MPa，浆液注入量控制在冻土体积的15％左右，地面变形基本稳定在2 mm左右。注浆结束后，要再注入双液浆封堵注浆管，并由工人修整管口与砌筑面一样平，既保证结构强度，又美观整齐。4、注浆与其它工序交叉施工的协调与组织由于冻土自然解冻的时问较长，融沉的治理不得不与其他工序交叉进行，且跨越隧道建设及地铁的运营期。对于与隧道施工的工序交叉的施工组织：二衬仰拱基面清理完成后，将初支预埋的注浆管接长，直到长度露出二衬仰拱回填的混凝土面为止，防水板铺设时将注浆管穿透防水板。拱墙衬砌施工完成后启用预埋的注浆管进行注浆。融沉注浆处理跨越了隧道装修及机电施工期，所埋设的注浆管的位置应避开轨道的道床排水沟及轨道的铺设位置，且注浆管外露的长度不超过轨道道床混凝土面 15 cm，因折返线隧道短，轨道铺设采用人工铺架，为此融沉注浆施工可与轨道铺架同时进行，隧