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关于沉井施工中流沙的处理方法

发布时间:2021-04-30

1 流沙对沉井施工的影响在城市基础设施及基础建设的施工中,我们经常遇到混凝土小室的工程。由于市区的施工受到地下大型管道、建筑物等障碍的影响,不能大开挖施工,给设计、施工带来很大的难度,经多种方案论证,将沉井施工技术应用到了热力小室的施工中。

  沉井下沉是沉井施工阶段的主要施工过程,就我国目前土建施工技术和施工装备水平看,采用排水法控制沉井下沉,是比较理想的施工方法。因为该施工方法劳动条件好,挖土准确,容易控制和纠偏,土层中如有障碍物则易发现和排除,且能直接检查地基土质情况,可进行干封底。采用这种施工方法,沉井在下沉过程中,经常会出现沉井突沉、偏斜、下沉过慢和不下沉等现象。而出现这些现象,往往与沉井所处土质和发生的“流沙”有关。发生流沙时,土完全失去承载力,不但造成施工困难,而且流沙严重时会引起基础边坡塌方,附近建筑物会因地基被淘空而下沉,倾斜,甚至倒塌。因此,预防和处理流沙,在沉井施工中具有十分重要的作用。根据分析,流沙一般出现在如下土层:

  (1)土层中亚黏土或粉沙层厚度>25 cm以上;

  (2)在粉沙土层中,黏土颗粒含量<10%,粉粒含量>75%的土层;

  (3)土的含水量>30%;

  (4)土的孔隙率>43% .地下水动水压力的水力坡度愈大(即水位差愈大)愈容易发生流沙。一般在可能发生流沙土层挖土深度超过地下水位0.5 m时,就会出现流沙。

  2 处理流沙的施工方法土在一定条件下转化为流沙。如果改变动水压力的大小和方向,或者设法改变沉井刃脚外围上下土质物理力学性质,又可将流沙转变为稳定土。在沉井施工中处理流沙的途径有3种:一是设法减小动水压力,二是设法使动水压力向下,三是化学固结形成防渗帷幕。

  2.1 减小动水压力的施工方法

  2.1.1 争取在全年低水位季节施工如果在地下水位以下的土质属上述4种可能发生流沙的土质,则可以争取在全年低水位季节施工。因为地下水位低时,沉井内外水位差小,所以动水压力减小。即在沉井下沉施工过程中也就不易发生流沙,至少也可以减轻流沙,从而达到顺利施工的目的。

  2.1.2 掷大块石在沉井下沉施工过程中,如果出现了流沙,沉井下沉缓慢甚至不下沉,往往首先向井底抛下大石块,来增加土的压重,减小动水压力。先减小或阻止流沙出现,然后即组织抢挖,使挖土速度超过冒沙速度,迫使沉井继续下沉,挖至标高后立即铺设芦席并抛大石块把流沙压住,此法用以解决局部或轻微流沙是有效的。如果井内冒沙较快,土完全失去承载力,则抛入井内的石块就会沉入井内的土中,无法阻止流沙。

  2.1.3 水下挖土在沉井下沉过程中,如果出现了流沙或采用上述方法处理效果不理想,这时可采用不排水法施工。即使沉井内外在同一高度(同一高程)上,在井内利用潜水挖土或用机械抓斗进行水底作业挖土,使井内水压与井外地下水压相平衡,阻止流沙产生,从而使沉井继续下沉。

  2.2 使动水压力向下的施工方法在沉井下沉施工过程中出现了流沙,如果沉井所处位置地层的地质情况和施工条件较好,可采用井点降水施工方法。井点降水主要是降低沉井外地下水位,使其动水压力方向朝下,因而也就较有效地整治流沙。此法采用较广,但是如果井点施工质量不良,井点降水将会失效,会给工程和附近建筑物沉降带来不良影响。

  目前常用的井点降水设备有,轻型井点、管井井点、深井井点、喷射井点和电渗井点,供不同渗透系数、降水深度和工程特点选用。

  2.2.1 轻型井点法轻型井点法是在沉井的四周将许多直径较细的井点管埋入地下蓄水层中,井点管的上端通过弯联管与总管相连接,利用抽水设备将地下水从井点内不断抽出,这样便可将原有地下水位降低至坑底以下。

  目前,轻型井点抽水设备已有定型产品,主要设备包括:井点管(包括滤管)、总管和抽水设备等。抽水设备宜布置在地下水的上游,并设在总管的中部,以发挥其大效能。

  2.2.2 管井井点法在遇有流沙的情况,除采用轻型井点外,还可以土法上马,采用管井井点,特别是在土的渗透系数大,地下水比较丰富的土层中,采用轻型井点解决不了的问题时,宜采用管井井点法。

  管井井点是在沉井周围每隔一定距离设一个管井,每个管井单独用一台抽水泵不断地抽水,从而降低地下水位。根据管井的材料,管井可分为金属管、竹木管与混凝土管等。管井的埋设宜采用泥浆护壁钻孔法。

  2.2.3 喷射井点法主要设备包括有扬水器的井点管、进水总管、回水总管、高压水泵和循环水池(或水箱)。主要原理是:地下水经高压水泵加压的工作水由扬水器而提升到地面。

  2.2.4 深井井点法主要设备包括深井、深井泵(或深井潜水泵)和排水管路等。地下水依靠深井泵(或深井潜水泵)叶轮的机械力量直接从深井内扬升到地面排出。

  2.3 化学固结形成防渗帷幕的施工方法利用化学溶液或胶黏剂,通过压力灌注到沉井外围刃脚下的土层,而将土粒胶黏起来,以改善沉井外围刃脚下土层的物理力学性质,这种处理方法叫化学加固法。其主要目的不仅是提高岩土的力学强度和变形模量,而且还能降低土的渗透性,减小地下水的渗流量,提高土的抗剪强度和抗渗能力,使其在沉井下形成一层新的闭合防渗帷幕,截阻地下水流和治理流沙,使沉井能继续下沉施工,或者预先通过化学加固沉井下沉位置附近可能出现流沙的土层,以形成强度高,抗渗力好的新土层,从而为日后沉井下沉施工创造良好条件,杜绝流沙的产生。化学加固能否得到预期的效果主要决定于能否根据各土层具体土质条件,选择适当的化学浆液(溶液和胶黏剂)和有效的施工工艺

  目前化学加固的浆液主要采用,黏土水泥浆、黏土水玻璃浆、水泥粉煤灰混合物、丙凝Ac-Ms、铬木素以及无机试剂为固化剂的硅酸盐浆液等。目前发展高强、无毒、易透的浆液是化学加固法的发展方向。

  2.3.1 高压喷射注浆法利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后,以高压设备使浆液成为20 m左右的高压流从喷嘴中向四周围喷射,冲击破坏土体,使土粒与浆液混合。旋喷时,喷嘴一面喷射一面旋转和提升,胶结硬化后,即在土层中形成直径比较均匀的圆柱体,当旋转喷射位置环绕沉井外围一定的均匀距离施工时,便成一个闭合的帷幕。高压旋喷法的主要设备是高压脉冲泵和带有特殊喷嘴的钻头。其他设备有钻机和浆液搅拌机等。喷射注浆的基本方法有:单管法、二重管法和多重管法。

  2.3.2 灌浆法用气压、液压把某些能固化的浆液注入沉井位置下的土层中,以改善土层的物理力学性质,它是一种静态的高压喷射注浆法,其中以“袖阀管法”较为先进。其施工工艺是:钻孔插入袖阀管,浇注套壳料,灌浆,有时也采用边钻孔边灌浆的施工方法。

  2.3.3 电硅化法利用硅酸钠(水玻璃)为主要的混合液进行化学加固土层的方法叫硅化加固。该法是在透水性较大的土中,利用一定的压力将浆液通过一根下端带孔的管子注入土中,使土中的硅酸盐达到饱和程度。硅酸盐在土中分解形成凝胶变为固态胶结物,把土粒胶结起来,也可分别注入硅酸钠和氯化钙两种溶液。氯化钙溶液的作用主要是促进硅胶的形成,其反应Na2nSO2+CaCl2+nH2O →nSO2(m-1)H2O+Ca(OH)2+2NaCl,所生成的是凝胶氢氧化钙和氯化钠。

  硅化加固的效果与所用的化学溶液的浓度、土的透水性及压力有关。对于渗透系数在1×10-6 m/min~1×10-5 m/min的土应用本法加固。如果渗透系数小于1×10-5 m/min的黏性土,则具有压力水玻璃溶液难以注入的孔隙中,那就要借助于电渗作用,使水玻璃液能进入土的孔隙中。施工时,先在沉井两边土中打入两个电极(即两根金属管子),然后将水玻璃溶液和氯化钙溶液先后由阳极(下端有金属管子)压入土中,通以电流,使溶液在土中电渗,这种加固方法称为电动硅化法。

  采用电动硅化法加固土层,不但对土的加固作用快,抗剪力强,而且抗渗能力极好,是理想的制止流沙、堵塞泉眼的施工方法。


1. 顶管进出洞口地基加固措施1.1 地基加固方法顶管进出洞口措施是施工成败的关键。在进出洞口先进行压密注浆地基加固,以顶管施工时顺利进出洞口(此外在进出洞口过程中还应保留喷射井点降水措施以作备用)。地基加固范围为进、出洞口前 5m 上、下、左、右各 2m。1.2 注浆浆液配合比注浆浆液采用42.5普通硅酸盐水泥浆,水灰比为 0.6,外掺 2% 水玻璃及 2% 膨润土。1.3 压密注浆流程广告钢结构生产厂家 营地案例 客户满意企业 安装适用于工程工地^^便于运输灵活安装 15234448655对不宜用清水冲洗的场地,可考虑用纯水玻璃或陶土浆灌满阀管内。1.4 注浆方法因压密注浆影响半径为 600mm,有效半径为500mm,故确定布孔排距和孔距为1m。注浆采用先外围、后内部的施工方式,以防止浆液流失。改进注浆喷头,将常规直喷式改为滤网式喷头。旨在增加注浆压力,扩大有效半径,增加水泥浆的渗透力。每孔注浆时,自上而下逐段注浆,每次拔管间距不大于0.5m, 注浆压力为0.25?0.35Mpa。先将注浆管压入土层至设计深度,然后接上压浆机,边向上拔起注浆管边向土层内注浆。通过控制注浆量和注浆压力来达到注浆要求。2. 顶管注浆、换浆措施设计要求顶管工程如顶进过程中摩阻力较大超过 0.5T/m2 要求进行注浆减阻。在顶进过程中选择触变性能良好的膨润土制浆材料并设立同步注浆和管道补浆的两种措施,尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动,形成连续的环状浆套。触变泥浆配合比为:膨润土 12%, 纯碱0.6%,掺加剂CMC适量。触变泥浆由地面液压注浆泵通过 φ50mm管路压送到各注浆孔。在机头处应安装隔膜式压力表,以检验浆液是否到达指定位置,在所有注浆孔内要设置球阀,软管和接头的耐压力为5Mpa,支管直径为φ25mm. 在整个管道中每隔1个管子设1个补浆断面共4个注浆孔(要求在管道制作时预留),补浆应按顺序进行,每班不少于 2次循环,定量注压。注浆压力:大于地下水压力,注浆量为管道周边间隙的 1?2倍。顶进结束后,必须立即用纯水泥浆或水泥砂浆置换膨润土泥浆。置换完成后拆除注浆管路,并将管道上的注浆孔封闭严密。3. 管道纠偏措施3.1 管道产生扭转原因3.1.1 顶管设备自身原因顶管设备安装精度是决定顶管施工精度的前提条件,在顶管安装和使用过程中,如果主油缸或工具管刀盘轴线与管道轴线不平行,则在顶管施工过程中很容易使管道产生扭矩,从而在顶进过程中发生管道扭转。3.1.2 施工原因在进行顶管施工时,管道内要布置各种施工设备,如果布置位置不对称,就很容易使管道朝着某个方向形成固定扭转。同时由于受地质条件影响,管道也很容易发生偏移。在进行管道纠偏时,工具管纠偏后产生纠偏反力,如果纠偏反力的合力中心不通过管中心, 管道就要扭转。在纠偏过程中,如果纠偏角度小,则实施纠偏时所需的外力就小,根据作用力与反作用力原理,纠偏反力就小,管道发生扭转的速度就慢。反之纠偏角度越大,产生的反力就越大,管道扭转速度也就加快。因此,控制纠偏角是防止和减小管道扭转的重要途径。3.2 纠偏措施3.2.1提高顶管设备安装质量提高顶管设备安装质量,预防管道发生扭转,主要是从提高顶管设备安装工艺精度入手,尽量避免或减少顶管设备的各部分安装偏差,如主油缸固定牢固,尽量与管道轴线平行等。3.2.2 减小纠偏造成的扭转严格按照施工程序施工,减小纠偏造成的扭转。首先是管内设备布置重量要对称,尽量避免由施工程序造成的扭转。在纠偏过程中认真执行“增加纠偏次数,减小纠偏角度”原则,减小因纠偏方法不当造成的管道扭转,另外可以通过施加外力进行管道扭转,如采用在扭转方向的反方向施加外力(可以通过配重的方式解决), 使管道产生相反扭转,从而平衡原先存在的扭转力。4. 管道失稳4.1 管道失稳原理管道失稳是顶管施工中特别是长距离管道纠偏过程中容易发生的问题。它是指与工具管的轴线与设计管道轴线偏差逐渐增加,终造成管道失去控制的现象。在未发生偏移时中管道受到的土压力理论上是相等的,即F1=F2,同时顶进推力没有侧向分力,而发生偏移时管道两侧所受土压力发生明显变化。一方面管道所受的侧压力F1与F2不再相等,则顶进推力F3产生侧向分力,当侧向分力增加到一定程度,管道有可能开始失稳。失稳后管道轴线曲率增大,从而造成侧向力进一步增加,这样就形成了管道曲率增加与侧向分力之间的反复循环,如果不及时得到纠正,则管道轴线严重偏移设计方向。4.2 管道失稳原因分析4.2.1 地质条件影响从失稳原理分析可以看出,管道周围土体承载力和土压力对于管道施工至关重要,因为顶进过程中难免发生轴线偏移现象。如果管道周围的土体能够提供较大的作用反力,则管道不易发生较大偏移和失稳;如果周围土体属于软弱土质或不均匀土质,则管道很容易因周围平衡侧向分力的承载能力不足造成失稳。同时,管道上方的覆盖层过薄也很容易因管顶土压力不足造成失稳, 常见的是管道轴线向上弯曲和管道中间鼓肚现象。4.2.2 施工质量影响根据管道曲率与侧向分力之间的恶性循环关系很容易知道,如果因为顶管施工纠偏或纠扭不及时和不到位造成偏移量增大,将导致管道失稳。4.2.3顶管设备原因顶管设备在顶进过程中如果出现与管道联结不稳固或者刚度不足,都有可能造成管道失稳。4.3 管道失稳预防和纠正措施4.3.1 改善地质条件,为顶管施工创造有利条件在顶管施工中的基底处理常采取的措施包括:采用超前钻孔或超前地质预报确定前方地质情况,对于不良地质地段采取预加固措施,其中承载力过低地段、土体软硬不均匀地段、覆盖层过薄地段或地面有建筑物对管道施工造成压力的地段,可以采用预注浆、锚杆、管棚等加固,为顶管施工创造稳定、均匀的地质条件。4.3.2 严格控制施工质量,提高管道纠偏效果管道轴线偏移是造成管道失稳的重要原因之一,因此在施工中应把控制管道轴线偏移作为顶管技术的核心内容,要尽量减少轴线偏差。同时,在管道轴线发生偏离时,认真执行管道纠偏的有关原则,及早纠偏。同时注意对顶管设备的检查,加强管道联结刚度。5. 深覆土顶进时可能出现倒退与推力过大(1) 出现的现象a、出洞不顺利b、管子容易产生倒退c、初始推力增大(2) 原因分析a、出洞不顺利的主要原因是因为在深覆土的条件下 ,土压力和地下水位均含有较大的增加,在制订施工方案时对此认识不足,所以会产生诸如洞口喷水,洞口止水圈翻边和冒泥等b、出洞不顺利的主要原因是因为在深覆土的条件下 ,土压力和地下水位均含有较大的增加,在制订施工方案时对此认识不足,所以会产生诸如洞口喷水,洞口止水圈翻边和冒泥等。c、初始推力增大的主要原因是洞口外土体进行过注浆加固,或虽障碍物,尤其是在采用沉井法施工的工作井含有散落物,脚手架钢管,未拔去的井管,地面上落下的块石等障碍物,挡在顶管机前也是使初始顶力增加的原因之一。(3) 防治措施a、首先从制订施工方案开始,对深覆土条件下的各种情况应有所见,并可采用两套止水圈,以此增加洞口止水圈的可靠性,还可利用盾尾密封成熟泾将钢止刷密封用在此处, 还应考虑到洞口止水装置容易损坏。做到随时更换的措施。b、采用止退装置:可以用钢管或型钢做成支撑,支撑在管子与后座之间,也可以用吨位手拉葫芦撑在洞口墙上,并用钩子钩住欲后退的管子,还可以在基坑导轨上设止退卡等。c、如果是土体加固变硬所固,那能减缓推进速度,如果是障碍物,则必须设法将其排除。 160吨机器进场施工 定向钻托管施工 施工视频 600米DN630钢管成功回拖 定向钻下管施工 非开挖管道定向钻施工 定向钻下钻施工 非开挖管道钻孔施工 施工视频 定向钻多管施工