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N-JET超高压旋喷桩工法在富水砂卵石地层止水施工中的应用

N-JET 超高压旋喷桩工法在富水砂卵石地层止水施工中的应用

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摘  要

摘要: 为积极响应北京市关于地下水资源保护的号召,北京地铁16 号线富丰桥站地下暗挖车站工程,原设计采用管井降水,因降水量较大,变更为注浆止水施工。施工不利水位为位于车站底板结构以上约0~3.3m 的潜水,止水施工采取底板隔水封底,侧墙注浆的方式。考虑到车站底板位于富水砂卵石地层,普通旋喷桩工法在此地层施工存在成孔难、易塌孔且钻进速度慢等技术难题,选用 N-JET 超高压旋喷桩工法,先跟管引孔,再高压旋喷注浆,一方面解决此地层成孔难、易塌孔的难题,另一方 面高压旋喷可以使水泥浆和土体充分搅拌,形成有效注浆加固体,成功阻隔地下水。

关键词: N-JET;超高压旋喷桩工法;富水砂卵石地层;地铁车站;止水


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工程概况

N-JET超高压旋喷桩工法在富水砂卵石地层止水施工中的应用

北京地铁 16 号线富丰桥站地下暗挖车站工程,为双层三跨岛 式车站,车站主体结构长 212.3m、宽 21.3m、高 16.05m,有效站台宽 12m。车站顶板覆土约8.0m,采用暗挖PBA工法施工。车站结构局部进入地下水,原设计采用降水施工,降水量较大,积极响应北京市关于地下水资源保护的号召,将原降水施工变更为止水施工。车站底板采用 N-JET 超高压旋喷桩工法隔水封底,车站侧墙采用深孔注浆加固止水。


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地质和水文情况

2.1 工程地质

本工程地质自上而下依次为人工杂填层、新近沉积土层、 第四纪沉积层、古近代沉积岩层。本车站底板结构主要位于 第四纪沉积层,主要为卵石4、卵石5。各层岩性特性:卵石4,杂色,密实,湿,最大粒径 150mm,一般粒径 60-90mm 亚圆形,级配较好,联续分布,重度 21KN/m3;卵石5,杂色,密实,湿-饱和,最大粒径 150mm,一般粒径 60-90mm 亚圆形,级配较好,透镜体分布,重度 21KN/m3。


2.2 工程水文

本工程地下水主要为一层潜水,水位由西向东逐渐降低, 由西向东水力坡度约为 3‰,车站施工期间,施工不利水位位于结构底板以上约 0~3.3m,如图 1 所示。

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N-JET工作原理和工艺流程

3.1 工作原理

    N-JET 超高压喷射注浆原理基于高压喷射法,原理是将带特殊喷嘴的注浆管通过钻孔方式置入到预处理地层,然后将浆液(常用水泥浆、水泥浆掺粉煤灰、化学浆)以高压冲切土体,在喷射浆液的同时,以一定的速度旋转、提升,即形成水泥土圆柱体。可形成防渗帷幕、提高地基承载力,减少地基变形,防止砂土液化、管涌和基坑隆起等。工程中常用二重管工法和三重管工法等,但上述工法容易引起土体隆起, 对周边环境影响较大,自日本引进的 RJP、MJS 及 N-JET 等大直径超级高压喷射工法,对周边环境影响小,可适用更多不同的地质条件。


3.2 工艺流程

如图 2 所示,

引孔→下喷浆杆→喷浆→形成加固桩体→ 完成清洗移机。

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施工准备

4.1 技术准备

组织项目管理人员、施工班组长熟悉图纸、技术参数、 施工规范、操作规程,编制专项施工方案和审批,对施工人员进行技术、质量、安全交底,指定专人负责材料的抽样送 检工作,以及施工资料的编制收集整理工作。

根据施工图纸要求和前期试验桩,确定技术参数如下:

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4.2 机械准备

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4.3 现场准备

4.3.1 桩位放样

使用全站仪测定喷射桩施工的控制点,埋设标记,经过复测验线合格后,用钢尺和测线实地布设桩位,打设木桩, 保证桩孔中心移位偏差小于 20mm。

4.3.2 排污和灰浆拌制系统

喷射注浆过程中将会产生 80~100%的返浆量,将废浆液引入沉淀池,沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。沉淀的泥土挖出堆放在集土坑集中外运。沉淀和排污统一纳入全场污水处理系统。灰浆拌制系统设置在水泥仓附近,便于作业。

(1)N-JET 在施工中置换土体的排浆量大,需设置泥浆池2仓,单仓容积不小于一天施工方量的 1.3 倍,集土坑单仓容积不小于日完成量;

(2)N-JET 配套设备占地面积较大,约需 150m2 左右, 喷浆泵的布置离桩中心施工距离不宜超过50m,特别是喷射深度超过 30m 更应控制高压喷射泵与喷射机的距离,当超过 50m 距离时需增加喷射压力。

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施工方法

5.1 引孔

1)引孔:卵石地层成孔难、易塌孔、钻进速度慢等技术难题,采取了大扭矩液压工程钻机跟管钻进。一是采用风 动液压钻机配偏心式冲击器冲击跟管钻进;二是采用履带式 多功能岩土钻机跟管钻进。钻孔直径为φ180~220mm。钻机 就位后,用水平尺校正机身,使钻杆轴线垂直对准钻孔中心 位置,孔位偏差不大于 20mm。钻孔达到设计深度后,将钻杆 提出,向孔内灌入稳定液护壁,再拔除钢套管。

2)护壁:造孔结束,将钻杆提出,向孔内灌入稳定液 护壁,采用液压拔管机将套管分节拔出。引孔深度可比设计 深度深 1m 以上。


5.2 喷射钻机就位下放钻杆

引孔后,将 N-JET 超高压喷射钻机就位对中并调整水平度,逐节下放钻杆至设计标高(上喷嘴达到桩底标高),下放每节钻杆需检查钻杆的密封件是否完好,对密封件有磨损 的及时更换。


5.3 喷射

钻杆下至设计标高后(喷嘴部位),在控制电脑中设定 转速、提升时间及步距,开启高压注浆泵及高压空气,缓慢 加压开始喷射注浆,喷射时采用超高压喷射,为保证桩底端的质量,喷嘴下沉到设计深度时,达到设计压力后在原位置旋转 5 分钟以上,待孔口冒浆正常后再开始喷射提升。为确保桩底部位桩径的要求,可在桩底进行复喷一个行程。


5.4 喷射提升

开启高压喷射泵后,由下向上喷射,同时将泥浆清理排出。喷射时,先应达到预定的喷射压力、喷射后再逐渐提升喷射管,以防扭断喷射管。钻杆的旋转和提升应连续进行, 不得中断,钻机发生故障,应停止提升钻杆,以防断桩,并立即检修排除故障。


5.5 清洗

每节管拆卸后必须进行冲洗,摆放整齐,保证管路通畅。


5.6 钻机移位

为确保桩顶标高及质量,浆液喷嘴提升到设计桩顶标高 以上 200mm 时停止喷射,提升钻杆逐节拆除出孔口,清洗钻杆、注浆泵及输送管道,然后将钻机移位至下一孔。


5.7 废浆处理

N-JET 工法采用 100%土体置换,出泥量较多,需设专用泥浆储存池,待隔天固结后挖机挖出池内固结水泥土晾干, 运输到指定的弃土点处理;泥浆池分两仓,每仓容积为日完 成工程量的 1.5 倍,还需一个容积为日完成量大小 1.3 倍的 临时堆土场,本工程日完成量约 70m3,因此需设置两个 100m3 泥浆池及一个 200m3 堆土坑。


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成桩质量检查

6.1 检验方法

喷射工法桩的检验可采用钻孔取芯方法进行。在已施工 好的固结体中钻取岩芯,并将其做成标准试件进行室内物理 力学性能试验,检查内部桩体的均匀程度,及其抗渗能力。取芯部位根据本工程特点,宜在两桩交接处或桩中心 450~ 500mm 处,取芯对取出的芯样判别桩体的完成性;


6.2 质量检验数量和部位

检验点的数量为施工喷浆孔数的 1%~2%,对不足 20 孔 的工程,至少应检验 1 个点,不合格者应进行补喷。检验点 应布置在下列部位:荷载较大的部位、桩中心线上、施工中出现异常情况的部位。


6.3 质量检验时间和内容

N-JET 喷射施工质量的检验,应在 N-JET 高压喷射注浆结束后 28 天,检查内容主要为加固区域内取芯实验等。


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结束语

(1)N-JET 工法桩成桩质量检验合格,其成孔和高压旋喷注浆加固止水效果明显,说明该工法适用于富水砂卵石地层。

(2)富水砂卵石层浆液流失量较大,为确保桩顶质量, 宜适当增加喷射高度,如喷至桩顶以上 0.2~0.5m。同时, 在桩底部位喷浆时适当增大喷浆时间。

(3)N-JET 工法中引孔垂直度是控制喷射注浆固结桩偏差的关键,在引孔过程中需确保钻机水平状态及钻杆垂直, 对钻杆偏斜较大垂直度无法满足要求的需重新扫孔直至满足要求,当偏差过大无法扫孔达到要求时需回填后重新引孔, 跟管冲击引孔垂直度相对较好。

文章
来源

来源:《工程技术》

编辑整理:项 敏

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