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1、袖阀管注浆加固既有建筑物施工工法一、前言自索列坦修工法发明问世以来,在国内外工程中得到了很好的推广应用.中国引进索列坦修工法后,进行了研究和开发,并称此法为袖阀管注浆工法。该工法以分段注浆为主要工艺特点,可针对不同土层采用不同的注浆参数。广州地铁五号线穿过繁华闹市区，地质条件复杂多变，岩层上软下硬，节理发育，地铁周边既有建筑物、构筑物较多，对沉降反应敏感。隧道采用矿山法施工，掘进时将不可避免的因应力释放，地下水流失，放炮震动等影响到相应地面建筑物安全。通过对本区间隧道所经区域的地面建（构）筑物的实地调查，隧道开挖施工可能对其造成影响的地面建（构）筑物有：假日酒店前人行天桥、区庄立交桥、环市东路
2、386、388（A5），396、398、400号民宅(H5、H6)等。施工中采用袖阀管注浆加固既有建筑物，通过地面预注浆的方法在既有建筑物基础和隧道之间形成一道竖向止水帷幕，切断基础地基与隧道上方失水区域两者之间的水流联系，同时挤密加固土体。使隧道施工可能造成的失水沉降，控制在帷幕的隧道一侧，而不至于影响到既有建筑物基础和地基。实现既有建筑物沉降不超标，居民不搬迁，施工不进入民房内的效果。本工法是在广州地铁五号线Y（Z）DK10+673.227- Y（Z）DK11+600.000段施工经验的基础上归纳总结出来的。二、工法特点（一）灌浆过程具有可控性。具有上下两个止浆塞形成止浆系统，能将浆液限定
3、在注浆区域的任一段范围内进行注浆，达到分段注浆的目的。（二）止浆系统在光滑的袖阀管内可以自由移动，可根据需要在注浆区域内某一段反复注浆。（三）根据地层特点，可在一根注浆管内采用不同的注浆材料，选用不同的注浆压力进行注浆施工。（四）适用范围较广，即适于渗透性较好的土层，又适于渗透性较差的土体。（五）由于骨架效应的存在，浆脉在土体中形成了复合结构，更由于袖阀管在土体中的存在，使这种复合结构犹如加筋土一般，效果更加明显。（六）在场地狭窄（23m）净空高度小（2.2m）的情况下仍可进行作业。三、适用范围袖阀管注浆施工工艺是目前处理地基一种的比较先进的方法。它能进行定深、定量、分度、分段、间歇、重复注浆
4、，集中了劈裂注浆法、压（挤）密注浆法和渗入注浆法的优点。适用于地质条件复杂，断层破碎地带，富水地层地段，场地狭窄情况下的地基加固。四、工艺原理注浆加固地层是把具有充填和凝胶性能的浆液材料，通过配套的注浆机具压入所需加固的地层中，经过凝胶硬化后充填和堵塞地层中的空隙，减小注浆区地层渗水系数及坑道开挖时的渗漏水量，并能固结软弱和松散岩体使地层强度和自稳能力得到提高。袖阀管结构如图1所示，一般采用PVC塑料管作袖阀管，为了方便地进行灌浆，在袖阀管上一般每隔33cm-35cm钻一组46mm或48mm的射浆孔，每组孔的纵向长度6cm-10cm，每米袖阀管上一般钻2-3组射浆孔。在每组射浆孔外部都包裹有一
5、层橡胶套，橡胶套长度比每组射浆孔长度略长，以包裹住射浆孔为原则。在把袖阀管放入钻孔时，橡胶套的作用是防止钻孔泥浆或套壳料进入管内；灌浆时橡皮套在压力作用下被浆液冲开，使浆液进入地层，并且可保证按要求分清层次，形成劈裂，而当停止灌浆时，橡胶套又弹回并裹紧袖阀管，防止管外流体进入管内，起到逆止阀门的作业。为防止橡胶套上下错位，须在橡胶套两侧用固定环固定。袖阀管不应有较大的弯曲，内壁必须光滑。阀管上的每组射浆孔，即为一个灌浆段，灌浆头由双塞系统止浆塞和灌浆芯组成（如图二），每一次灌浆头在袖阀管中上下移动灌浆时，只包含一个灌浆段，亦即灌浆头移动距离与每组射浆孔间距相同。 图一 袖阀管结构示意图图二注浆
6、芯管结构图五、施工工艺流程及操作要点（一）施工工艺流程图注 入 套 壳 料下入袖阀管搭设施工平台 测 放 孔 位钻机就位，校正方位和倾角钻进成孔至设计深度配制搅拌套壳料安装止浆环，注入固管止浆料制作袖阀管配制搅拌固管止浆料料待 凝下入芯管，开环注浆 制备注浆液自下而上进行，分段间歇注浆全孔段注浆完成，冲洗袖阀管保护好袖阀管，必要时进行后备注浆图三袖阀管注浆施工工艺流程图（二）袖阀管注浆施工方法1、钻孔(1) 成孔设备和钻进方法的选择：地面注浆选用XY-100型钻机，针对较软土层采用合金钻具回转钻进方法成孔；针对硬土层和破碎岩层采用风动潜孔锤冲击钻进，该钻机重量轻，利于迁移，并有较高的钻进效率。
7、(2) 钻机安装：底座水平，机身稳固可靠。调整钻机高度，立轴对正孔位，将钻具放入孔口管内，使孔口管、立轴和钻杆在一条直线上，用罗盘、水平尺和辅助线检测立轴方向和倾斜角度。(3) 钻孔护壁：采用优质稀泥浆护壁。当砂层较厚、孔内塌孔时，用108mm套管护孔，待孔内注入套壳料并下入袖阀管后，才将108mm套管提出孔外。(4) 注意事项：钻孔布置注意避开管线，并不得破坏既有的基础。2、安装袖阀管、浇注套壳料及固管止浆(1) 钻孔至设计深度并采用清水洗孔后，立即将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止。(2) 依次下入按注浆段配备的袖阀花管和芯管，下管时及时向管内
8、加入清水，克服孔内浮力，顺畅下入至孔底。灌入封闭泥浆（即套壳料） 套壳料一般以膨润土为主，水泥为辅组成，主要用于封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液到处流窜，在橡胶套和止浆塞的作用下，迫使在灌浆段范围内挤破套壳料（即开环）而进入地层。 套壳料浇注的好坏是保证注浆是保证注浆成功与否的关键，它要求既能在一定的压力下，压开填料进行横向注浆，又能在高压注浆时，阻止浆液沿孔壁或管壁流出地表。套壳料要求其脆性较高，收缩性要小，力学强度适宜，即要防止串浆又要兼顾开环。套壳料采用粘土和水泥配制，配比范围为水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，漏斗粘度24-26s；实际施工时应
9、通过多组室内及现场试验，选取最佳配比。根据工程中的要求，套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在2-5d内可灌浆。 套壳用量（m3）=1.3R（钻孔半径2-袖阀管半径2）H注浆段高度。 套壳料浇注方法：成孔后，将钻杆下到孔底，用泥浆泵将拌好的套壳料经钻杆注入孔内注浆段。(3) 固管止浆：在袖阀管外花管与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管，在孔口上部2米孔段压入止浆固管料，直至孔口返止浓浆为止。止浆固管料采用速凝水泥浆，水:水泥=1：1.5。可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。图四袖阀管法施工程序图3、待凝要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆。待凝时间控制在25天以内。4、开环灌浆 开环：灌浆的前期阶段，使用稀浆（
10、或清水）加压开环。在加压过程中，一旦出现压力突降，进浆量剧增，表示已经“开环”。开环后即按设计配比开始正式注浆。 灌浆：采用双栓塞芯管进行灌浆。根据各组注浆参数表要求，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个灌浆段，其段长为50cm。 注浆液采用32.5普硅水泥，注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比。开环压力为0.35mpa左右，具体数值根据现场实验调整。正常注浆压力为0.4-0.8Mpa。注浆压力控制在1.0MPa以内，并由下而上逐渐减小，视具体情况分别采用或作适当调整。 注浆次序：每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。 间歇注浆：全孔段注浆完成后，间歇一段时间再进行
11、第二次注浆，间歇时间控制在1030min之内。5、终灌标准： 当注浆压力1.0Mpa，吸浆量2.5L/min，稳定时间25 min。 发现被加固建筑物有上抬的趋势时，立即停止注浆。 发生窜浆或浆液漏失严重时，立即停止注浆。6、后备注浆措施每孔注完浆后，用20水管插入袖阀管内，泵入清水把袖阀管内残留水泥浆冲洗干净，以备复注。浆管口用胶布封上，以备在以后开挖过程中，地面出现沉降时，进行重复注浆。7、压力注浆时的监测措施在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的沉降情况，如发现被加固建筑物有上抬的趋势，立即停止注浆，严格控制注浆前后建筑物的上抬量不得超过2mm。8、灌注材料及配比用32.5R普通硅酸盐水
12、泥作灌注主料，确定各种灌注材料的合理配比，在施工中使用的材料配比（重量比）如下： 袖阀管套壳料：水泥：粘土：水1：1.5：1.88（重量比，配方由现场试验最后确定）； 固管料为单液水泥浆，配比为水：水泥1：1.5； 袖阀管注浆的浆液配比水泥：水1：10.6：1，先稀浆后稠浆。如注浆效果较差时根据实据情况采用双液浆或超细水泥浆液。 速凝剂：如发现地下有水流通道，孔内漏浆严重时，可掺入适量的的水玻璃作为速凝剂。水泥浆与水玻璃体积比C:S=1:(0.51)，其中：水玻璃：浓度为45Be，模数n=2.42.8六、劳动力组织注浆施工人员一览表工作类别配备人数备注施工队长1专业技术人员2材料员2电工1焊工
13、2钻孔班4人/机，共16人注浆班6人/班，共18人施工平台搭建6人杂工5人合计53人七、材料与设备注浆设备一览表设备名称型号规格主要性能数量备注钻机XY-100钻深1004台用于地面注浆、注浆泵BW-150压力4.5MPa2台7.5KW注浆泵FBY-80/45压力4.5MPa2台15 KW泥浆泵BW-50压力2MPa1台4.5 KW搅浆机200L快速型5台4.5 KW八、质量控制制定技术管理制度和岗位制度，加强全面质量管理，建立健全全面质量检查监督机制和施工过程质量保证体系，采用“信息管理、动态施工”的科学施工方法，确保工程保质、保量，按时完成。按施工方案做好各项施工前的准备工作；做好技术交底
14、工作。工程项目技术负责人对施工员、机组队长进行技术交底，确保施工按方案要求进行；做好各种施工机械设备的保养、检修工作，保证施工过程中机械设备的正常运转；按方案提供的控制轴线和控制点，根据设计图纸测放出注浆孔位，开工前专人复核检查注浆孔位；袖阀管套壳料配方由现场试验最后确定，应严格控制，套壳料施工质量的高低决定注浆施工的成败。钻孔机对准孔位，调整垂直度，保证垂直钻孔机对准孔位，调整垂直度，保证垂直成孔；严格控制注浆压力，开环压力为0.35mpa左右，正常注浆压力为0.4-0.8Mpa。注浆压力控制在1.0MPa以内，并由下而上逐渐减小，注浆压力过小则效果不明显，注浆压力过大则造成浆液浪费。九、安
15、全措施1、进场施工人员必须配戴安全帽。按规定配齐其他安全防护装置。严格按照操作规程和安全规程进行施工，确保施工安全。2、每日收工时必须清理好现场，施工工具要摆放整齐，施工机械要及时清洗和检修，尽力搞好文明施工。3、搞好消防安全。努力协调好场地周围相关单位的关系等。4、做好工人的安全教育工作，安全员要经常检查执行措施，做好事故预防性工作，保障施工工作顺利进行。5、对注浆泵及钻机应专人负责使用及保养，防止危害他人。6、经常检查所有电源线路，杜绝漏电触电事故发生。搞好夜间施工照明。十、环保措施1、桩基周围挖、砌施工沟(槽)，护筒埋设严密、不漏浆，用铁桶制作泥浆池循环利用，集中运出，防止施工过程中废浆
16、横流。2、施工中的多余泥浆应集中堆放管理，每天进行清理，严禁泥浆任意排放。3、车辆离开施工现场前，必须做好清洗工作，以防将泥土带到公路上。十一、效益分析 袖阀管注浆项目成本单价分析见下表：袖阀管注浆项目成本单价分析表（延米）项目名称延米费用（元）所占比例（%）人工费3.163.9材料费注浆材料56.1869.58PVC袖阀管78.6机械费成 孔1012.38注 浆4.45.4合 计80.74100由以上单价分析来看，采用袖阀管注浆，影响工程成本的主要因素为注浆材料费、成孔费，二者的费用合计占到总注浆费用的81.96%，而上述两项费用在传统的花管注浆中也要发生；但袖阀管注浆能够多次重复进行补偿注
17、浆，同时又能根据需要分段注浆，克服了传统注浆工艺的两大缺点，其价值的提高是十分显著的。采用本技术，施工效率高，一台钻机每天可成孔120米，成孔后可根据不同地层和施工需要注浆，避免不必要的浪费，注浆效果明显；同时，地面操作施工方便，避免与洞内施工交叉作业，加快了施工进度，其综合的经济效益和社会效益十分明显。十二、工程实例 (一)、加固区庄立交桥广州地铁五号线淘区区间土建工程在YDK11+310YDK11+400段穿过区庄立交桥，该段地质条件较差，处于黄花岗地层和三元里地层分界处，节理发育，地层破碎。原计划采用长大管棚施工，实际施工中采用袖阀管注浆加固地基。注浆从地面开始钻孔，注浆段在隧道顶部支撑
18、结构面之上，进入中风化层1米以上，宽度保证基础两侧不少于2m。主要是通过劈裂加密注浆加固全风化砂岩、全风化泥质粉砂岩或裂隙发育地层等，提高地层承载力。通过对6、7、8、9、10五个月（7月份及8月份上半月停工）沉降数据进行分析，表明加固后沉降数据已收敛，截止11月10日隧道已全部通过区庄立交。桥基沉降控制在设计允许范围内，得到了业主、设计、监理单位的认可。（二）加固危房广州市环市东路382388号楼房14层建于1964年，房屋结构为五层砖混结构。基础采用6米长打入式钢管桩， 100#素混凝土条型基础，桩底标高为7.5m，砖墙承重，预制楼板。距右线隧道拱顶最小竖直距离约6m。楼房对应于右线隧道里
19、程为YDK10+957YDK10+996，楼房距右线隧道边距在9.9m6.7m之间，楼房中部距右线隧道边距8.1m。2006年7月12日至8月11日，施工YDK10+956.331YDK10+996.131段存车线大断面，采用人工开挖，由于施工段地质条件较差，拱顶上部为全风化粉砂质泥岩，遇水液化，极易坍塌。造成附近沉降观测点沉降加速，沉降速率为0.8MM/天，结构上开始出现微小的裂纹。经业主、设计、施工和监理四方讨论论证，自9月23日到10月12日，对上述地段进行袖阀管注浆，在20天的时间内，共打入袖阀管126根，钻孔深度共1134米，注入水泥量为98.5吨。注浆后从隧道内失水分析，注浆完成以
20、后洞内失水明显减少，注浆前隧道内渗水处较多，渗水量较大，并且局部有水流，注浆完成以后局部水流消失，渗水的地方也减少很多，YDK10+964YDK11+000处日出水量由注浆前的30余方减少到10余方。从该房屋结构分析，进入8月份开始结构上开始出现微小的裂纹，至9月底该裂纹已扩大到2.5mm左右，即扩大速率为1.25mm/月，注浆完成以后至10月底该裂纹扩大为3.0mm左右，扩大速率为0.25mm/月。至11月底隧道已顺得通过这两栋民居，该裂纹并没有明显扩大现象。（三）顺利通过5H、6H危房区间在YDK11+089YDK11+143通过的5H、6H危房（门牌号：环市东路396#、398#、400
21、#、402#）房屋底距隧道拱顶间距离在21m左右，隧道平面投影侵入环市路400#东北角房0.9米，该民宅始建于1967年，1990年鉴定为危房并进行过修缮，根据有关调查资料显示，两栋房屋均为墙下钢筋砖条形基础，无地梁，基础垫层为砖碎四合土，砖墙承重，预制曲拱筒形楼板，各层均无圈梁和构造柱；抗震、抗变形能力非常差。为确保在施工中危房的安全稳定，经业主、设计、施工和监理四方讨论论证，决定在隧道和危房之间施作一道复合式截水帷幕，切断隧道和危房之间的水力联系，避免或减少隧道施工期间对危房产生失水沉降影响。区间在YDK11+089YDK11+143段及其附近地层自上而下依次为杂填土（素填土）、淤泥质土、淤泥质砂层、粉质粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩，强中风化花岗岩地层断裂破碎。附近区域地下水按赋存方式分为第四系孔隙水和基岩裂隙水，水位位于地表以下12.5m，其中淤泥质砂层和强中风化花岗岩层（断层破碎带）为主要含水层，含水丰富且导水性极强。采用袖阀管注浆施工截水帷幕，截水帷幕施工结束后，在随之进行的通过危房的施工中，危房内侧水位稳定，危房沉降值较小，这充分证明了截水帷幕施工效果是有效的。
