三管高压旋喷桩工艺性试桩方案.doc

长沙市轨道交通5号线一期工程土建一标二工区 劳动东路站旋喷桩试桩方案
目 录
1、 工程概况 1
2、 工程地质及水文地质条件 2
2.1 工程地质条件 2
2.2 水文地质条件 3
2.3 气象特征 4
3、 试验目的 5
4、 试验地点 5
5、 试验时间 5
6、 人员组织 5
7、 机械设备、材料选型 6
8、 工艺原理 6
9、 高压旋喷桩施工方法 6
9.1 施工准备 6
9.2 钻机就位 7
9.3切割成孔 7
9.4喷射注浆 8
9.5补充浆液 8
9.6成桩检测 8
10、 高压旋喷桩试桩工艺流程图及参数 8
11、 高压旋喷桩质量标准及检查措施 10
11.1 质量检查标准 10
11.2 施工检查内容 10
11.3 成桩试验检测 11
12、 高压旋喷桩试桩质量安全及环保措施 11
12.1 质量保证措施 11
12.2.2机械操作安全技术要点 13
12.2.3施工用电安全保证技术要点 14
12.3 环境保证措施 15
12.3.1 施工废水 15

劳动东路站
旋喷桩试桩方案
1、 工程概况
劳动东路站位于万家丽路与劳动东路十字交叉路口南侧，万家丽高架桥东侧，其中左线围护结构全部位于高架桥翼缘板下。本站为盾构站内过站,施工工法采用明挖顺作法。有效站台中心里程DK27+037.000，为地下三层11m岛式站台车站，采用地下三层公共区无柱单跨钢筋混凝土框架结构。车站总长度(含主体结构)为177.4m，标准段宽度(含主体结构)为20.3m。有效站台中心里程处埋深为27.619m。本站共设置2个出入口通道，1个换乘通道；3个出入口，1个消防口(换乘通道)，1个预留出入口。另设置1个安全出口、2组高风亭，1组矮风亭，1组冷却塔。
由于劳动东路站站位于万家丽路与劳动路十字交叉路口南侧，万家丽高架桥东侧，其中左线围护结构全部位于高架桥翼缘板下。劳动东路站北扩大段围护结构距高架桥PM340最近处仅2.86m。在万家丽高架桥墩四周做槽壁加固，加固采用φ800mm间距600mm三重高压旋喷桩，加固深度按照图纸上设计要求。施做该加固措施可稳定槽壁土体，减少塌槽风险。旋喷桩加固数量及深度表见下图。
旋喷桩加固深度及根数明细表
2、 工程地质及水文地质条件
2.1 工程地质条件
（1）地形地貌
本车站呈南北向布置于万家丽中路,位于万家丽路与劳动东路交叉口南侧。本站所处范围东侧由北至南分别为华菱新城地标、紫丹红红木古典家俬、中城丽景香山；西侧为万家丽高架桥。车站南端150m处有一条下万家丽高架桥的匝道，车流量密集,交通繁忙。地貌单元为圭塘河Ⅰ级阶地，局部为丘陵，地势北高南低，高程约43.2-41.5m。
（2）地层岩性
劳动东路站车站范围内场地地层由第四系全新统人工填土层(Q4ml)、第四系全新统冲洪积层(Q4a1)、第四系残积层(Qe1)粉质粘土及白垩系强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩组成。根据设计图纸：地下连续墙嵌固深度，进入全风化岩层5.5m，进入强风化岩层5m，进入中风化岩3m，进入微风化岩2m。由工程地质详勘及设计图纸，本站地下连续墙全部进入中、微风化岩层，连续墙嵌入岩层深度为3-5m。场地内岩土分层如下：
(1)沥青路面：厚度为0.20～1.50m，平均厚度0.56m。
(2)素填土：厚度为0.50～9.60m，平均厚度5.93m。
(3)杂填土：厚度为1.00～8.40m，平均厚度5.66m。
(4)粉质粘土：厚度为3.00～5.00m，平均厚度3.74m。
(5)粉质黏土：厚度为1.20～11.90m，平均厚度4.54m。
(6)粉土：厚度为1.00～1.80m，平均厚度1.40m。
(7)中粗砂：厚度为0.50～2.10m，平均厚度1.10m。
(8)圆砾：厚度为0.40～4.40m，平均厚度1.73m。
(9)卵石：厚度为1.80m。
(10)粉质黏土：厚度为0.50～1.20m，平均厚度0.73m。
(11)含砾粉质黏土：厚度为0.30～12.00m，平均厚度5.95m。
(12)强风化泥质粉砂岩：厚度为0.90～10.00m，平均厚度4.21m。
(13)中风化泥质粉砂岩：5.60～23.50m。
(14)强风化泥质粉砂岩：厚度为0.70～5.30m，平均厚度3.22m。
(15)中等风化泥质粉砂岩。
2.2 水文地质条件
（1）地表水
本车站附近地表水主要为圭塘河，圭塘河位于劳动东路站西侧，由南向北流淌，河床宽约23m，河深6.50m，河床两岸为石挡河堤，并进行了注浆加固，水量一般较小，雨后暴涨，沿河无污染源，水质较好，圭塘河距离劳动东路站最小距离约5m。
（2）地下水
本工程场地包含松散土层孔隙水类型(孔隙承压水)及红层风化裂隙水两大类。由于浏阳河系湘江支流，平水期浏阳河、圭塘河补给湘江，丰水期易形成湘江“倒灌”浏阳河、圭塘河现象，故本车站沿线透水性地层与圭塘河透水性地层存在水力联系。
地下水类型主要有孔隙潜水、孔隙承压水、基岩裂隙水三类，孔隙潜水水位埋藏深度3.10～7.50m，相应标高35.60～40.397m，孔隙承压水稳定水位埋深6.80～9.70m，相应标高31.04～35.35m，承压水头约2.4～3.0m；基岩裂隙水由于水量较小且径流条件差，未形成明显的水位，承压水头约6.3～8.0m。
车站位置地势较低，地下水位受圭塘河水位影响大。每年4～9月份为丰水期，河流水位抬高，地下水位升高；枯水期随河流水位降低而下降。枯水期时，地下水由两侧向圭塘河径流。以侧向渗流运动方式向河流排泄。汛期时，河流水位急剧抬升，河水向两侧补给地下水，场地内地下水水位的年变化幅度为2.00～4.00m。长沙市每年4～9月份为雨季，大气降水丰沛，地下水水位会明显上升；而每年10月至次年3月为地下水的消耗期，地下水位随之下降，历年水位变化最大幅度2～4m。地下水位受圭塘河水域制约，一般较稳定。由于圭塘河堤防影响，削弱了浅层地下水与地表水的水力联系。
2.3 气象特征
长沙地区属中亚热带湿润季风气候区，具有四季分明、温暖潮湿、雨量充沛、严寒期短等特点。据历年长沙市气象站资料统计：多年平均气温17.4℃，日平均最高气温38.1℃，日平均最低气温0.4℃，7月份平均气温28.5℃。常年主导风向为东南风，多年平均降雨量1394.6mm，最大年降雨量1751.2mm(1998)，最小年降雨量708.8mm(1953)，每年4～9月为雨季，其降雨量约占全年的80％；多年平均蒸发量为1206.9mm，仅7～9月蒸发量大于降雨量，其他月份降雨量均大于蒸发量；地下水位主要受降雨影响，雨季随降雨量增加地下水位上升，旱季随降雨量减少地下水位下降。
3、 试验目的
（1）通过试验确定高压旋喷桩设备的组合模式及配备数量，如钻机的钻头形式、高压注浆泵的类型等，为以后大面积施工进行设备选型、配置提供依据。
（2）通过试验确定相关工艺性参数，如：浆液的配合比、泵送的时间、压力、水泥浆的流量、喷嘴直径及钻机的提升速度及旋转速度等。
（3）验证高压旋喷桩喷射均匀程度及成桩直径。
4、 试验地点
试桩桩号选在pm346-1、pm346-9、pm346-19、pm346-29、pm346-39、pm346-49号旋喷桩，位于劳动东路站南端头pm346号桥墩，原地面已经开挖至控制标高，并进行平整，使其满足施工机械进场施工条件。试桩根数6根，桩位具体布置见“劳动东路站万家丽高架桥旋喷桩编号图”。
5、 试验时间
于2016年10月15日开始组织实施试验工作，采用三管法施工。待达到一定强度后组织相关检验工作，及时完成相关总结报告，指导后期大面积施工。
6、 人员组织
（1）生产副经理负责现场的总体协调和组织。
（2）项目总工程师总体负责高压旋喷桩工艺性试验组织。
（3）安质部和工程部负责施工技术和质量监督，并负责与监理、驻地设计联系。并负责监督水泥浆的制备。
（4）试验室负责工艺性试验现场试验及检测取样。并负责现场原始记录及工艺性试验施工工艺参数的搜集、汇总及总结。
（5）领工员负责机械设备的防护及加固工作。
（6）钻机操作人员、拌浆人员、喷浆工人等共8人。
7、 机械设备、材料选型
高压旋喷桩工艺性试验施工机械设备计划如下表
表1 旋喷桩施工机械设备配套表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
1
三重管喷浆机

台
1
2
高压注浆泵

台
1
3
空气压缩机

台
1
4
抗震压力表

台
1
5
高压泵

台
1
选用采用42.5R普通硅酸盐水泥和自来水进行高压旋喷桩试验。
8、 工艺原理
三重管高压旋喷桩施工技术是用三层喷射管使高压水和空气同时横向喷射，冲蚀切割地基土体，再借空气和水的上升力把已破碎的余土浆托举到地表排出；与此同时，另一个喷嘴将水泥浆以较低压力喷射注入到被切割、搅拌的土体中，使水泥浆与土混合固结成桩，达到加固的目的。
9、 高压旋喷桩施工方法
9.1施工准备
⑴场地平整
正式进场施工前，进行管线调查后，清除施工场地地面以下2米以内的障碍物，不能清除的做好保护措施，然后整平、夯实；整平标高=设计桩顶标高。同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“三通一平”。
⑵桩位放样
施工前用全站仪测定旋喷桩施工的控制点，埋深钢筋标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设桩位，并用竹签钉紧，一桩一签，保证桩孔中心移位偏差小于20mm。
⑶修建排污和灰浆拌制系统
旋喷桩施工过程中将会产生10～25%的返浆量，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。沉淀的泥土与站内弃土一并运走。
灰浆拌制系统主要设置在水泥附近，便于作业，主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备、灰浆输送设备组成。
9.2钻机就位
钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10mm以内，钻孔垂直度误差小于1%；钻孔前应调试空气压缩机、注浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。
9.3切割成孔
钻孔过程中详细记录孔位、孔深及地层变化。射水试验后，中等水量钻进，射水压力逐渐增加（防止喷嘴被堵），进行高压切割成孔至设计深度。旋喷桩应间隔施工（一般间隔4～6m），保证相邻两桩的施工间隔时间大于48h。
9.4喷射注浆
注浆管下至设计位置后，在桩底部边旋转边喷射，达到预定的喷射压力、喷浆量后再边旋转、边提升、边喷射。浆液在喷射前进行二次过滤。成桩过程中因故停止，应将注浆管下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3小时，应拆卸输浆管路，清洗干净，在原桩位旁边补桩。
9.5补充浆液
旋喷注浆后，水份很快向桩体的底部和四周渗透，水泥土浆靠自重作用不断地往下沉因此在水泥土浆终凝前要及时补充浆液，同时用振捣棒上下捣固,直至填满。
9.6成桩检测
选择开挖、钻芯取样、荷载试验对旋喷桩的施工效果进行检验。
10、 高压旋喷桩试桩工艺流程图及参数

钻机移位

拔管

喷射结束

高压喷射注浆

原地面处理

测量放样

钻机就位
钻进至设计深度

泥浆排泄处理

图1：高压旋喷桩施工工艺流程图
表2 旋喷桩施工主要技术参数参考表
项目
技术参数
水泥浆
压力（MPa）
≥20
流量（L/min）
100～150
水灰比
1.0～1.5:1
提升速度（cm/min）
5～15
高压水射流
30mpa左右
空气压力
0.7mpa
旋转速度（r/min）
10～16
喷嘴直径（mm）
2.4、2.6
高压管长度（m）
<50
试桩数量为6根，具体位置根据现场实际情况与监理一同确定。
表3 旋喷桩施工具体参数参考表
桩号
配合比
提升速度（cm/min）
旋转速度（r/min）
Pm346-1#
1：1.0
8
11
Pm346-9#
1：1.0
13
15
Pm346-19#
1：1.2
8
11
Pm346-29#
1：1.2
13
15
Pm346-39#
1：1.5
8
11
Pm346-49#
1：1.5
13
15
浆量计算:以单位时间喷射的浆量及喷射持续时间，计算出浆量，计算公式为：
Q=(H/v)q(1+β)
式中 Q—浆量（m3）；
H—旋喷长度（m）；
q—单位时间喷浆量（m3/min）；
β—损失系数，通常0.1～0.2；
v—提升速度（m/min）。
根据试桩参数计算所需的喷浆量，以确定水泥使用数量。
11、 高压旋喷桩质量标准及检查措施
11.1 质量检查标准
表5 质量检查标准及方法
序 号
项 目 名 称
技 术 标 准
检查方法
1
钻孔垂直度允许偏差
≤1%
实测或经纬仪测钻杆
2
桩体间距
±100mm
钢尺丈量
3
钻孔位置允许偏差
50mm
尺量
4
成桩长度
不小于设计值
尺量或取芯检查
5
桩体直径允许偏差
不小于设计值
开挖后尺量
6
无侧限抗压强度
取(28)≥1MPa。
试验检验
11.2 施工检查内容
11.2.1施工前检查
在施工前对原材料、机械设备及喷射工艺等进行检查，主要有以下几方面：
①原材料的质量合格证及复验报告；
②浆液配合比是否适合工程实际土质条件；
③机械设备是否正常，在施工前应对喷浆设备、钻机、高压泥浆泵等作试机运行，同时确保钻杆、钻头及导流器畅通无阻；
④检查试喷工艺是否适合地质条件，必要时调整喷射工艺参数；
⑤施工前还应对地下障碍情况统一排查，以保证钻进及喷射达到设计要求；
⑥试桩前检查桩位、压力表、流量表的精度和灵敏度。
11.2.2施工中检查
施工中重点检查内容有：
（1）钻杆的垂直度及钻头定位；
（2）水泥浆液配合比及材料称量；
（3）钻机转速、提钻速度及旋转速度等；
（4）喷射注浆时喷浆的压力、注浆速度及注浆量；
（5）孔位处的冒浆状况；
（6）喷嘴下沉标高及注浆管分段提升时的搭接长度；
（7）施工记录是否完备，施工记录应在每提升1m或土层变化交界处记录一次压力流量数据。
11.3 成桩试验检测
旋喷桩成桩28天，在每根检测桩桩径1/4处，桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，拍摄取出芯样照片，取不同深度的3个试样作无侧限抗压强度试验。取芯后的孔洞采用水泥砂浆灌注封闭。根据成桩结果最终确定施工三管高压旋喷桩各项参数。
12、 高压旋喷桩试桩质量安全及环保措施
12.1 质量保证措施
为保证旋喷桩的施工质量，根据施工条件、设计要求和相关行业规范，拟采取如下质量保证措施达到施工质量目标。
（1）放注浆管前，先在地表进行射水实验，待浆压正常后，才能下注浆管施工。
（2）高喷施工时隔两孔施工，防止相邻高喷孔施工时串浆。相邻的旋喷桩施工时间间隔不少于48小时。
（3）42.5的矿渣硅酸盐水泥作加固材料，每批水泥进场必须出具合格证明，并按每批次现场抽样外检，合格后才能投入使用。
（4）浆液水灰比、浆液比重、每米桩体掺入水泥重量等参数均以现场试桩情况为准。施工现场配备比重计，严格控制水泥用量。
（5）严格控制喷浆提升速度，其提升速度应小于0.15m/min 。喷浆过程应连续均匀，若喷浆过程中出压力骤然上升或下降，大量冒浆、串浆等异常情况时，应及时提钻出地表排除故障后，复喷接桩时应加深0.5米重复喷射接桩，防止出现断桩。
（6）高喷孔喷射成桩结束后，应采用含水泥浆较多的孔口返浆回灌，防止因浆液凝固后体积收缩，桩顶面下降，以保证桩顶标高满足设计要求。
（7）因地下孔隙等原因造成返浆不正常，漏浆时，应停止提升，用水泥浆灌注，直至返浆正常后才能提升。
（8）引孔钻孔施工时应及时调整桩机水平，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏差过大。
（9）实行技术人员随班作业制，技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间，注浆流量，压力，旋转提升速度等参数是否满足设计要求，及时发现和处理施工中的质量隐患。当实际孔位孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与工程地质报告不符等情况时，应详细记录，认真如实填写施工报表，客观反映施工实际情况。
12.2 安全保证措施
上岗前对员工进行安全知识教育培训，并持证上岗。严格执行国家法律、法规、作业标准和天津市承包工程安全管理规定，为本标段安全目标的实现，争创天津市安全生产建筑工程标准工地提供必要的保证。
12.2.1施工现场
（1）加强对邻近营业线施工安全生产的管理，对职工进行邻近营业线施工安全生产教育，工地设置专职安全检查员，及时发现、处理安全隐患。
（2）制定各工种安全生产规章制度，严格施工程序，加强对桩机操作员的管理，施工机械由专人持证上岗，严禁串岗作业。
（3）严禁违规操作，不得违章指挥。
（4）施工机械的转动部分有安全罩。
（5）配电箱开关有操作指示和安全警示。
（6）做好地下管线的调查保护工作，距光、电缆线路3m范围严禁机械施工，人工作业时，必须派专人现场监护。
（7）夜间施工时，要有足够的照明。
12.2.2机械操作安全技术要点
（1）高压泥浆泵
1）泵体内不得留有残渣和铁屑，各类密封圈套必须完整良好，无泄漏现象。
2）安全阀中的安全销要进行试压检验，必须确保在规定达到最高压力时，能断销卸压，决不可安装未经试压检验的或自制的安全销。
3）指定专人司泵，压力表应定期检修，保证正常使用。
4）高压泵、钻机、浆液搅拌机等要密切联系配合协作，一旦某部发生故障，应及时停泵停机，及时排除故障。
（2）钻机
1）司钻人员应具有熟练的操作技能并了解旋喷注浆的全过程和钻机在旋喷注浆的作用。
2）钻孔的位置需经现场技术负责人确认，确认无误后方可开钻。
3）人与喷嘴距离应不小于600mm，防止喷出浆液伤人。
（3）管路
1）高压胶管：在使用时不得超过容许压力范围。
2）胶管：弯曲使用时不应小于规定的最小弯曲半径。
（4）清洗及检修
1）喷射注浆施工结束后，应立即将钻杆、泵及胶管等用清水清洗干净，防止浆液凝结后堵塞管道，造成再次喷射时管道内压力骤增而发生意外。
2）施工中途发生故障，必须卸压后方可拆除连接接口，不得高压下拆除连接接口。
12.2.3施工用电安全保证技术要点
（1）严格执行《施工现场安全生产保证体系》、《施工现场临时用电安全技术规程》相关规定。
（2）电缆接头不许埋设和架空，必须接入线盒，并固定在开关箱上，接线盒内应能防水、防尘、防机械损伤，并远离易燃、易爆、易腐蚀场所。
（3）所使用的配电箱必须符合JGJ46-88规范要求的电箱，配电箱电气装置必须做到一机一闸一漏电保护。
（4）开关箱的电源线长度不得大于30m，并与其控制固定式用电设备的水平距离不超过3m。
（5）所有的配电箱、开关箱必须编号，箱内电气完好匹配。
（6）所有电机、电器、照明器具，手持电动工具的电源线应装置二级漏电保护器。
（7）施工现场的电器设备设施必须有有效的安全管理制度，现场电线电气设备设施必须有专业电工经常检查整理，发现问题及时解决。
12.3 环境保证措施
在本工程施工的全过程中，系统地采用和实施一系列环境保护管理手段，以期得到最优化的结果。根据客观存在的粉尘、污水、噪声、废气和固体废物等环境因素，实施全过程污染预防控制，尽可能地减少或防止不利的环境影响。
12.3.1施工废水
（1）所有施工、生活废水在排放前必须取得相关部门的批准、同意。
（2）施工中产生的废弃泥浆必须经过沉淀池沉淀处理后，方可排入市政污水管，严禁直接排入市政污水管。废浆沉碴必须用密封的槽车外运，送到指定地点处置。
（3）各类土方、建筑材料运输车辆在离开施工现场时，为保持车容应清洗车辆轮胎及车厢，清洗废水应接入施工现场的临时排水系统。
12.3.2施工粉尘
（1）在水泥搅拌过程中，水泥添加作业应规范，搅拌设施应保持密闭，防止添加、搅拌过程中大量水泥扬尘外逸。
（2）由于施工产生的扬尘可能影响周围正常居民生活、道路交通安全的，应设置防护网，以减少扬尘及施工渣土影响。
（3）装有建筑材料、渣土等易扬撒物资的车辆，车厢应用覆盖封闭起来，以避免运输过程中的扬撒、飘逸，污染运输沿线的环境。
（4）施工场地应及时洒水防止扬尘，遇大风天气，场地内渣土应该覆盖。
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