CN108677924B - 双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构及方法，该隔断结构包括一对双排桩支护机构、设置于每个双排桩支护机构顶部的冠梁以及连接两个冠梁的连接梁，所述双排桩支护机构包括后排桩、前排桩和中间高压旋喷桩，所述前排桩位于所述后排桩的外侧，所述后排桩和前排桩均为钢管桩，所述钢管桩包括钢管以及注满于所述钢管内的水泥和水玻璃的混合浆液，所述钢管上沿轴向设有若干个注浆孔，所述中间高压旋喷桩设置在所述后排桩与前排桩之间并将两者连接成整体以在桩间形成止水幕墙，所述中间高压旋喷桩为高压旋喷于后排桩与前排桩之间土体的水泥浆液。本发明可以作为地下工程施工过程中对既有邻近基础设施的加固保护措施。

Description

双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构及方法
技术领域
本发明涉及一种地下工程开挖对既有临近建筑的隔断加固方法，具体涉及一种地下工程临近既有基础设施施工中双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构及方法，它用于城市建筑密集区域实施地下暗挖过程中对临近高架、建筑的隔断加固。
背景技术
近年来随着国内城镇化水平的不断提高，城市建筑及基础设施也越来越密集。然而城市地下空间的开发和利用受到既有临近建筑及基础设施的制约，且影响显著。对密集的市区地下人行通道、综合管廊、地铁车站等地下空间的开发层出不穷，而土体的大规模开挖必然伴随着既有邻近设施的围护和加固问题。
城市建筑密集区域地下工程开挖存在以下特点：1.作业空间狭小，新建地下结构与既有建筑间距小，且作业空间有限，部分区域难以利用大型工程机械，传统钻孔灌注桩和地下连续墙施工工艺无法实现；2.工期紧张，受到城市道路交通压力的影响，施工工期需要大幅度压缩；3.建筑环境复杂，面临着上部高架桥梁，路面交通荷载和地下轨道交通和管道等综合影响，桩锚杆结构无法实现；4.保护等级高，城市基础设施对城市的正常运营和使用起着至关重要的作用，需要采取有效地保护措施严格限制既有基础设施的位移。
为了减小地下开挖过程对临近基础设施变形和受力的影响，需要在新建地下空间和既有临近建筑中间采用隔断结构，以在空间上进行隔断加固，达到减少既有基础设施的承载力损失的目的。隔断结构在土体开挖过程中必须提供足够大的抗弯性能、刚度及隔水作用。传统的地下工程开挖前通常采用支护桩、地连墙、锚杆等方式进行围护，传统隔断加固技术因结构抗弯性能差、整体刚度低、变形大等缺陷，无法满足城市基础设施密集区域地下工程开挖作业空间受限、施工工期紧张等条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构及方法，它利用双排长短微型钢管桩调整结构的受力和变形，充分发挥钢管桩的抗弯性能，避免反向弯矩的产生，对既有邻近基础设施采取加固保护措施，同时具有占地空间小、施工快速、作业影响区小、节省材料、减小造价的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构，包括一对双排桩支护机构、设置于每个双排桩支护机构顶部的冠梁以及连接两个冠梁的连接梁，所述双排桩支护机构包括后排桩、前排桩和中间高压旋喷桩，所述前排桩位于所述后排桩的外侧，所述后排桩和前排桩均为钢管桩，所述钢管桩包括钢管以及注满于所述钢管内的水泥和水玻璃的混合浆液，所述钢管上沿轴向设有若干个注浆孔，所述中间高压旋喷桩设置在所述后排桩与前排桩之间并将两者连接成整体以在桩间形成止水幕墙，所述中间高压旋喷桩为高压旋喷于后排桩与前排桩之间土体的水泥浆液。
相应的，本发明还提供一种基于上述双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，该方法包括：
S1、开挖沟槽：在开挖洞穴与其邻近基础设施之间的路面上，沿着冠梁和连接梁的轴线逐段破除路面，然后在破除后的路面处开挖沟槽，沟槽尺寸与冠梁和连接梁的尺寸一致；
S2、钻排桩孔：选定前排桩和后排桩的桩位，桩位定好后架设钻机进行钻孔，钻头尺寸与钢管尺寸一致，钻孔完毕后下放钢管，钢管底部进行封堵处理，钢管顶部锚入冠梁的长度大于等于冠梁高度的4/5；
S3、制作中间高压旋喷桩：将旋喷钻机固定于前排桩与后排桩之间，旋喷钻机钻至后排桩桩底标高后，下喷射管，自下而上采用高压旋喷注浆，直至水泥浆液表面距离钢管顶部管口一定距离处停止注浆；
S4、清孔：向S2中下放的钢管内注入清水进行清孔；
S5、注浆作业：将孔口管***钢管中心，钢管与开挖交接面用砼封闭，将水泥和水玻璃的混合浆液经孔口管压入钢管，直至混合浆液距离钢管顶部管口一定距离处停止注浆；
S6、回填注浆钢管：注浆完成后，采用水泥砂浆注浆填充钢管，直至浆液冒出，确保注浆钢管回填密实，完成前排桩和后排桩的施工；
S7、制作冠梁和连接梁：清理沟槽，在沟槽内铺设预制钢筋网片及主筋，现场绑扎钢筋，在沟槽内浇筑混凝土并振捣密实，完成养护后，即实现对开挖洞穴的邻近基础设施的隔断加固。
本发明，具有以下有益效果：
1、本发明通过在前排桩与后排桩之间设置中间高压旋喷桩，将前、后排桩连接成整体，在桩间形成止水幕墙，充分利用了钢管和混凝土的材料特性，通过注浆成墙工艺，同时，对钢管进行双液注浆，可以对桩周土体进行二次加固，提高隔断结构的整体刚度、抗弯性能和抗渗性能，以抵抗土体的侧向挤压，减小结构的变形以及降水对既有邻近基础设施的影响，并对邻近基础设施进行加固保护；
2、本发明通过设置冠梁和支撑梁，可以将土压力由中间分配到两端，提高整体的承载力，减小变形，解决了现有隔断加固技术中结构顶部整体性差的缺陷；
3、钢管成孔设备及高压旋喷设备等施工机械占地小，在地下管线、管涵复杂的区域灵活利用钻杆小的特点合理避开地下障碍物，并加大注浆量，对软弱部位进行强化，本发明对作业环境要求低，能够适应净空受限、地下管线繁多等复杂环境；
4、本发明施工工艺简单、施工进度快，在道路上施工只需要小范围破除道路面层，作业影响区小，对周围建筑环境影响小。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构的应用场景示意图；
图2是本发明提供的双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构的立面图；
图3是本发明提供的双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构的平面图；
图4是本发明提供的双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构的冠梁的剖面图。
图中：1-前排桩，2-后排桩，3-中间高压旋喷桩，4-冠梁，5-连接梁。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的较佳实施例中，一种双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构，如图1-图4所示，包括一对双排桩支护机构、设置于每个双排桩支护机构顶部的冠梁4以及连接两个冠梁4的连接梁5，双排桩支护机构包括后排桩2、前排桩1和中间高压旋喷桩3，前排桩1位于后排桩2的外侧，后排桩2和前排桩1均为钢管桩，钢管桩包括钢管以及注满于钢管内的水泥和水玻璃的混合浆液，钢管上沿轴向设有若干个注浆孔，中间高压旋喷桩3设置在后排桩2与前排桩1之间并将两者连接成整体以在桩间形成止水幕墙，中间高压旋喷桩3为高压旋喷于后排桩与前排桩之间土体的水泥浆液，其中，该水泥浆液的水灰比为1:1。
在本发明的优选实施例中，钢管的底部进行封堵处理，防止浆液渗透到地下。
当施工过程中遇到机械设备受空间、场地限制、施工进度缓慢等缺陷时，例如在上部有高架桥梁等净空受限的情况下，可以将钢管截断，分节打设，即钢管采用分节结构，相邻两节钢管之间的接口处采用无缝焊接并增设套管进行环焊。
在本发明的优选实施例中，冠梁和连接梁均为钢筋混凝土结构，即在钢管顶部的沟槽内水平向分层铺设钢筋网片，将双排桩支护机构的顶部连接成整体，同时浇筑混凝土，完成冠梁和支撑梁的施工，并使其具有良好刚度和稳定性。
一种基于上述双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，包括：
S1、开挖沟槽：在开挖洞穴与其邻近基础设施之间的路面上，沿着冠梁和连接梁的轴线逐段破除路面，然后在破除后的路面处开挖沟槽，沟槽尺寸与冠梁和连接梁的尺寸一致，沟槽既可以储存泥浆，后期又能够直接浇筑冠梁；
S2、钻排桩孔：选定前排桩和后排桩的桩位，桩位定好后架设钻机进行钻孔，钻头尺寸与钢管尺寸一致，钻孔完毕后下放钢管，钢管底部进行封堵处理，钢管顶部锚入冠梁的长度大于等于冠梁高度的4/5，此时钢管兼作护筒，钢管自身的强度足以抵抗土体的挤压作用；
S3、制作中间高压旋喷桩：将旋喷钻机固定于前排桩与后排桩之间，旋喷钻机钻至后排桩桩底标高后，下喷射管，自下而上采用高压旋喷注浆，直至水泥浆液表面距离钢管顶部管口一定距离处停止注浆；
S4、清孔：向S2中下放的钢管内注入清水进行清孔；
S5、注浆作业：将孔口管***钢管中心，孔口周围用钢片焊接封堵，钢管与开挖交接面用砼封闭，防止注浆时浆液外流，将水泥和水玻璃的混合浆液经孔口管压入钢管，直至混合浆液距离钢管顶部管口一定距离处停止注浆；
S6、回填注浆钢管：注浆完成后，采用水泥砂浆注浆填充钢管，直至浆液冒出，确保注浆钢管回填密实，完成前排桩和后排桩的施工；
S7、制作冠梁和连接梁：清理沟槽，在沟槽内铺设预制钢筋网片及主筋，现场绑扎钢筋，在沟槽内浇筑混凝土并振捣密实，完成养护后，即实现对开挖洞穴的邻近基础设施的隔断加固。
在本发明的优选实施例中，在S1的钻孔过程中采用泥浆护壁的方式保持孔壁的稳定性。
在本发明的优选实施例中，在S2中，当加固区域上部净空受到限制时，钢管采用分节结构，每节钢管上开设注浆孔，分节下放钢管，相邻两节钢管的接口处进行无缝焊接并增设套管进行环焊，以强化接口。
在本发明的优选实施例中，在S4中，清孔过程中，当经注浆孔进入钢管内泥浆为水比重的1.0～1.05倍时，表明泥浆几乎接近清水，钢管内的水泥浆液和土体已经清理干净，即可停止清孔。
在本发明的优选实施例中，在S5中，采用双液注浆法，即用二台注浆泵、二根注浆管，把两种浆液分别输入孔口管前的混合器，经混合后，压入地层中，注浆时，先开水泥浆液泵，一段时间后，根据单液进浆量大小确定胶凝时间后，再开水玻璃浆液泵，混合浆液先稀后浓(可以通过水泥水灰比、水玻璃的波美度及水泥-水玻璃的体积比来控制浓度)，凝胶时间先长后短(一般浆液越浓，凝胶时间越短，注浆之前要通过注浆试验确定相关的注浆参数)，且凝胶时间超过30s，当流量不变、压力经20～30min不上升时，调浓一级混合浆液，当流量急剧减少、压力上升很快时(即浆液注入不进去而压力又不断增大且增加幅度越来越大时)，调稀一级混合浆液。注浆的目的是为了加固软弱地层，如果浆液太稀，会经过土体空隙流失，起不到加固作用；如果浆液太浓，浆液迅速凝结，堵住土体空隙，浆液无法继续注入，也起不到很好的加固地层的效果。因此要通过现场分析或者试验根据设计要求确定具体的注浆参数，进行浆液浓度的调整，调浓一级混合浆液也就是使浆液更浓，调稀一级混合浆液也就是使浆液更稀。
在本发明的优选实施例中，当采用多排桩注浆加固时，排桩之间通过钢筋进行搭接，使之连接成整体。
本发明在具体应用时，将钢管运至施工现场后，自钢管顶端下2m管壁处呈梅花型加工注浆孔，4孔/环，纵向间隔20～40cm设置一环，孔径大小控制在1～1.5cm，具体参数根据现场加固需要进行加工；隔断结构中钢管选用小管径钢管Φ76～219mm，钢管桩排间距S2为2～5d(d为钢管直径)，钢管间距S1为3～4d，前排桩长度为1～1.05L1(通道埋深)，后排桩长为1.2～1.3L1(通道埋深)，中间高压旋喷桩直径略大于排桩间距，隔断结构距离暗挖通道间距至少3m，如图2、图3所示；隔断结构顶部锁口冠梁高度为60～100cm，冠梁宽度S3为50～80cm，具体宽度根据现场需要进行调整，冠梁断面设置三层共12根通长主筋，并设置箍筋、拉筋与钢管桩焊接成一体，如图4所示。
本发明采用双液注浆的方式进行注浆作业，水泥与水玻璃浆液比例采用1:0.4～0.8，注浆压力选用0.4～1.2Mpa，通过两种注浆液的化学反应来硬化桩周土体，这样可以克服单液水泥浆的凝结时间长且难以控制、动水条件下结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的范围。根据两种注浆液的浓度来控制凝结硬化时间，根据注浆压力、注浆时间来控制注浆半径，水泥浆与水玻璃比例控制在1:2左右。
注浆参数：注浆液胶凝时间30～180s，固结强度应大于粉质粘土层无侧限抗压强度，即24小时不小于0.2MPa，固结率应大于97％，水玻璃质量浓度38Be’，注浆前应进行注浆试验，确定最佳的注浆压力、扩散半径、单孔注浆量及合适的浆液配合比。
以下结合具体实施例和附图对本发明进行逐步分析和说明。
如图1所示，当暗挖通道贯穿既有高架桥梁时，需要采取保护措施对桥梁基础进行加固。通道底埋深为15m，通过在暗挖通道和桥墩之间打设两排钢管并注浆成墙，对暗挖通道和桥墩进行隔断，减少开挖引起的桥墩承载力的损失。
一种双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，包括以下步骤：
1、破除既有路面，开挖沟槽：破除路面层混凝土及地下障碍物，沿钢管布置方向和连接梁轴线逐段开挖沟槽，截面尺寸为0.8m*0.6m；
2、架设钻机，钻孔：注浆钢管点位放好后，架设钻机，将钻机固定在沟槽两侧，开始钻孔作业，注浆管采用Φ108*8的钢管，管孔采用泥浆护壁，钻至设计深度时及时下注浆钢管，受上部高架桥梁净空的影响，将钢管截断成3.5m/根，钢管自地面下2m管壁加工注浆孔，沿钢管四周进行打孔，4孔/环，纵向间隔20cm设置一环，孔径为1.5cm，逐根下管，钢管接口处进行无缝焊接并加套管环焊，注浆孔呈梅花型布置，平面间距为300mm，钢管桩距离暗挖通道3.0m，前排桩长15m，后排桩长18m；
3、架设高压旋喷桩钻机：将旋喷钻机固定于排桩中间，钻机钻至后排桩桩底标高，下喷射管并采用高压喷射注浆，桩径为0.8m，间距0.6m，自下而上连续作业，中间高压旋喷桩施工完成后进行钢管桩清孔作业；
4、清孔：向注浆钢管内注入清水，直至孔内泥浆比重控制在1.0～1.05时停止；
5、注浆作业：注浆前将孔口管***钢管中心，对管口孔隙进行密封焊接牢固，钢管与开挖交接面喷8cm厚C20砼封闭，采用二台注浆泵、二根注浆管，把两种浆液分别输入孔口管前的混合器，经混合后，压入地层中，注浆时，先开水泥浆泵，5min后，根据单液进浆量大小确定胶凝时间后再开水玻璃浆液泵，注浆液应先稀后浓、凝胶时间先长后短，但不宜低于30s，流量不变、压力经20～30min不上升时，应调浓一级浆液；流量急剧减少，压力上升很快时，应调稀一级浆液；
6、回填注浆钢管：注浆完成后，采用1:2水泥砂浆回填注浆钢管，确保注浆钢管回填密实；
7、制作锁口冠梁：清理沟槽内水泥浆，铺设钢筋网，现场绑扎钢筋，钢筋与钢管焊接牢固，当采用多排桩注浆加固时，排桩之间通过钢筋进行连接，浇筑C35混凝土并振捣密实，及时养护。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其基于一种双排微型钢管桩注浆成墙隔断结构，该隔断结构包括一对双排桩支护机构、设置于每个双排桩支护机构顶部的冠梁以及连接两个冠梁的连接梁，所述双排桩支护机构包括后排桩、前排桩和中间高压旋喷桩，所述前排桩位于所述后排桩的外侧，所述后排桩和前排桩均为钢管桩，所述钢管桩包括钢管以及注满于所述钢管内的水泥和水玻璃的混合浆液，所述钢管上沿轴向设有若干个注浆孔，所述中间高压旋喷桩设置在所述后排桩与前排桩之间并将两者连接成整体以在桩间形成止水幕墙，所述中间高压旋喷桩采用高压旋喷于后排桩与前排桩之间土体的水泥浆液，所述混合浆液在所述述中间高压旋喷桩形成后注入所述钢管内，其特征在于，该方法包括：
S1、开挖沟槽：在开挖洞穴与其邻近基础设施之间的路面上，沿着冠梁和连接梁的轴线逐段破除路面，然后在破除后的路面处开挖沟槽，沟槽尺寸与冠梁和连接梁的尺寸一致；
S2、钻排桩孔：选定前排桩和后排桩的桩位，桩位定好后架设钻机进行钻孔，钻头尺寸与钢管尺寸一致，钻孔完毕后下放钢管，钢管底部进行封堵处理，钢管顶部锚入冠梁的长度大于等于冠梁高度的4/5；
S3、制作中间高压旋喷桩：将旋喷钻机固定于前排桩与后排桩之间，旋喷钻机钻至后排桩桩底标高后，下喷射管，自下而上采用高压旋喷注浆，直至水泥浆液表面距离钢管顶部管口一定距离处停止注浆；
S4、清孔：向S2中下放的钢管内注入清水进行清孔；
S5、注浆作业：将孔口管***钢管中心，钢管与开挖交接面用砼封闭，将水泥和水玻璃的混合浆液经孔口管压入钢管，直至混合浆液距离钢管顶部管口一定距离处停止注浆；
S6、回填注浆钢管：注浆完成后，采用水泥砂浆注浆填充钢管，直至浆液冒出，确保注浆钢管回填密实，完成前排桩和后排桩的施工；
S7、制作冠梁和连接梁：清理沟槽，在沟槽内铺设预制钢筋网片及主筋，现场绑扎钢筋，在沟槽内浇筑混凝土并振捣密实，完成养护后，即实现对开挖洞穴的邻近基础设施的隔断加固。
2.根据权利要求 1所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，在S1的钻孔过程中采用泥浆护壁的方式保持孔壁的稳定性。
3.根据权利要求1所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，在S2中，当加固区域上部净空受到限制时，钢管采用分节结构，每节钢管上均设有注浆孔，分节下放钢管，相邻两节钢管的接口处进行无缝焊接并增设套管进行环焊，以强化接口。
4.根据权利要求2所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，在S4中，清孔过程中，当经注浆孔进入钢管内的泥浆为水比重的1.0~1.05倍时停止清孔。
5.根据权利要求1所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，在S5中，注浆时，先开水泥浆液泵，一段时间后，根据单液进浆量大小确定胶凝时间后，再开水玻璃浆液泵，混合浆液先稀后浓，凝胶时间先长后短，且凝胶时间超过30s，当流量不变、压力经20~30min不上升时，调浓一级混合浆液，当流量急剧减少、压力上升很快时，调稀一级混合浆液。
6.根据权利要求1所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，当采用多排桩注浆加固时，排桩之间通过钢筋进行搭接，使之连接成整体。
7.根据权利要求1所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，所述钢管的底部进行封堵处理。
8.根据权利要求1所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，所述钢管为分节结构，相邻两节钢管之间的接口处采用无缝焊接并增设套管进行环焊。
9.根据权利要求1所述的双排微型钢管桩注浆成墙隔断方法，其特征在于，所述冠梁和连接梁均为钢筋混凝土结构。
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