同濟(jì)_地下工程概論__地下工程施工之輔助工法

1、會(huì)計(jì)學(xué)1同濟(jì)同濟(jì)_地下工程概論地下工程概論_地下工程施工之輔地下工程施工之輔助工法助工法1 注漿法施工2 凍結(jié)法施工工藝3 降水法施工1.1 注漿法定義1.2 注漿類型1.3 注漿的作用1.4 常用注漿技術(shù)1.1 注漿法定義機(jī)械壓力漿液土粒間或裂隙松散土（天然地基）“人造石”1.2 注漿類型按照注漿材料水泥漿液化學(xué)漿液優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐久性好、 材料豐富、工藝簡單 成本低；優(yōu)點(diǎn)：可注性好；缺點(diǎn)：強(qiáng)度低、耐久性差、 環(huán)境污染、成本高缺點(diǎn)：容易離析和沉淀 穩(wěn)定性差1.2 注漿法類型按工藝原理滲透性注漿：劈裂注漿：壓密注漿噴射注漿法1 注漿法施工附加應(yīng)力土體剪切裂縫超孔隙水壓力消散固結(jié)土層結(jié)構(gòu)不受擾動(dòng)

2、, 0.3-0.5MPa惰性漿液材料均勻凝固膠體 &壓密周圍土體1 注漿法施工粉砂夾層中滲透擴(kuò)散階段的凝固漿液粉砂夾層中滲透擴(kuò)散階段的凝固漿液1 注漿法施工一次劈裂流動(dòng)階段一次劈裂流動(dòng)階段劈裂注漿1漿液；2注漿孔；3滲透滲入的漿液(通過劈裂面和注漿孔邊緣)；4漿液擠壓作用；5劈裂面1 注漿法施工擠密擴(kuò)展階段擠密擴(kuò)展階段壓密注漿1注漿管；2球狀漿泡；3壓密帶1 注漿法施工噴射注漿法原松散狀土體經(jīng)過高壓噴射注漿后，變成圓柱形、板壁形和扇型固結(jié)體，并且有良好的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐久性。從而可提高抗剪強(qiáng)度、地基承載力，降低土體壓縮性。1 注漿法施工噴射注漿法1.3 常用注漿方法1 注漿法施工閥管注

3、漿花管注漿套管護(hù)壁注漿法邊鉆邊注1 注漿法施工花管注漿步驟：1、打入一下部帶尖頭的花管圖a ；2、沖洗進(jìn)入管中的砂土 圖b；3、最后自下而上分段拔管灌漿 圖c特點(diǎn)：1、工法簡單2、遇卵石及塊石時(shí)打管很困難，故只適用于較淺的砂土層；3、灌漿時(shí)容易沿管壁冒漿1 注漿法施工套管護(hù)壁注漿步驟：1、邊鉆孔邊打入護(hù)壁套管，直至預(yù)定的灌漿深度 圖 a；2、接著下入灌漿管 圖 b ；3、然后拔套管灌注第一灌漿段 圖c；4、再用同法灌注第二段 及其余各段，直至孔頂 圖 d 。特點(diǎn)： 打管較困難，為使套管達(dá)到預(yù)定的灌漿深度，常需在同一鉆孔中采用幾種不同直徑的套管。 1 注漿法施工邊鉆邊注步驟： 在地表埋設(shè)護(hù)壁管，

4、上而下鉆完一段灌注一段，直至預(yù)定深度為止。特點(diǎn)： 1、無需在砂礫層中打管； 2、是容易冒漿，而且由于是全孔灌漿，灌漿壓力難以按深度提高，灌漿質(zhì)量難以保證。 1 注漿法施工袖閥管注漿 簡介：又稱 Soletanche 方法，于 20 世紀(jì) 90 年代開始廣泛用于國際土木工程界。在砂礫地基灌漿中，袖閥管法用得最多。 1 注漿法施工閥管注漿 4、灌漿。待套殼料具有一定強(qiáng)度后，在袖閥管內(nèi)放入帶雙塞的灌漿管進(jìn)行灌漿；1、鉆孔。通常用優(yōu)質(zhì)泥漿，如膨潤土造漿；2、插入袖閥管。為使套殼料的厚度均勻，應(yīng)設(shè)法使袖閥管位于鉆孔的中心；3、澆注套殼料。用套殼料置換孔內(nèi)泥漿 ，澆注時(shí)應(yīng)避免套殼料進(jìn)入袖閥管內(nèi)，并嚴(yán)防孔內(nèi)

5、泥漿混入套殼料中； 步驟：特點(diǎn)：1、可根據(jù)需要灌注任何一個(gè)灌漿段；2、可以進(jìn)行重復(fù)灌漿；3、可使用較高的灌漿壓力，灌漿時(shí)冒漿和串漿的可能性?。?、鉆孔和灌漿作業(yè)可以分開，使鉆孔設(shè)備利用率提高。 5、缺點(diǎn)：耗費(fèi)管材較多；每一個(gè)灌漿段長度固定為 33 50cm ，不能根據(jù)地層的實(shí)際情況調(diào)整灌漿段長度。 樁位滿膛式布置圖(a) 樁位墻肋式布置圖(b)樁位格柵式布置圖(c) 基坑土體加固樁位排列布置形式基坑土體加固樁位排列布置形式2 人工地層凍結(jié)法土中土中水的凍結(jié)水的凍結(jié)了解土的組成： 固體土顆粒，不考慮其凍結(jié) 氣體 含少量水蒸氣，不考慮其凍結(jié) 液體水。包括自由水、結(jié)合水土的凍結(jié)土的凍結(jié)凍結(jié)機(jī)理凍結(jié)機(jī)

6、理2 人工地層凍結(jié)法人工地層凍結(jié)法人工地層凍結(jié)法(Artificial Ground Freezing, AGF)(Artificial Ground Freezing, AGF)（簡稱（簡稱“凍結(jié)法凍結(jié)法”），是利用人工制冷技術(shù)），是利用人工制冷技術(shù), ,使地層中的使地層中的水水結(jié)冰結(jié)冰, ,把把天然巖土變成凍土天然巖土變成凍土, ,增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性, ,隔絕地下水隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系與地下工程的聯(lián)系, ,以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行地下工程掘以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行地下工程掘砌施工的特殊施工技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是利用人工砌施工的特殊施工技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是利用人工制冷臨時(shí)改變巖制冷

7、臨時(shí)改變巖土性質(zhì)以固結(jié)地層土性質(zhì)以固結(jié)地層。2 人工地層凍結(jié)法凍土形成過程2 人工地層凍結(jié)法間接式：間接式：鹽水制冷鹽水制冷-30 -35 直接式：直接式： 液氮制冷液氮制冷-196 冷卻塔回路干管去路干管液氮車氣體排放2 人工地層凍結(jié)法絕對(duì)的封水性絕對(duì)的封水性較高的強(qiáng)度較高的強(qiáng)度:-8，2.7MPa;-30 ,5.54MPa安全性安全性可知性可知性變化性變化性2 人工地層凍結(jié)法凍結(jié)法應(yīng)用土木工程 礦山鑿井：豎井、斜井隧道施工：隧道掘進(jìn)；盾構(gòu)、頂管進(jìn)出洞、聯(lián)絡(luò)通道基坑工程穿越地下對(duì)接管線工程事故處理基礎(chǔ)加固邊坡加固環(huán)境保護(hù)：污染物處理土工試驗(yàn)：原狀土取樣隧道隧道1 1隧道隧道2 2凍土加固范圍

8、破洞范圍凍土加固范圍破洞范圍ab盾構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)盾構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)3 3頂管進(jìn)出洞頂管進(jìn)出洞4 4隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工5 5110001100350044004800R310056403001000290020003300600600R2750140070011002000R1800R2200R2400R2800R3000643.3隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工5 5隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工5 58 條聯(lián)絡(luò)通道條聯(lián)絡(luò)通道, 間距間距 800 m, 長度長度15 m, 圓形圓形斷面，開挖直徑斷面，開挖直徑4m, 襯砌厚襯砌厚300mm, 臨時(shí)支

9、臨時(shí)支護(hù)噴混凝土厚護(hù)噴混凝土厚300mm基坑基坑6 6地下對(duì)接地下對(duì)接7 7隧道修復(fù)隧道修復(fù)8 8凍結(jié)塞子凍結(jié)塞子事故修復(fù)事故修復(fù)8 8一號(hào)線一號(hào)線左線隧道尚未施工左線隧道尚未施工一號(hào)線元通站一號(hào)線元通站二號(hào)線元通站二號(hào)線元通站 完好隧道清理完好隧道清理二號(hào)線元通站二號(hào)線元通站展覽中心展覽中心金奧大廈金奧大廈破損隧道范圍修復(fù)破損隧道范圍修復(fù)約約150m二號(hào)線中和村站二號(hào)線中和村站凍結(jié)加固區(qū)域凍結(jié)加固區(qū)域事故修復(fù)事故修復(fù)8 8盾尾刷更換盾尾刷更換1010管線工程管線工程1111基礎(chǔ)加固基礎(chǔ)加固1212隔水屏障隔水屏障1414污染隔離屏障污染隔離屏障1515污染隔離屏障污染隔離屏障1515污染隔離

10、屏障污染隔離屏障15152 人工地層凍結(jié)法土凍結(jié)的階段第一階段先形成很小的分子集團(tuán)，稱為結(jié)晶中心或生長點(diǎn)；第二階段再由這些分子集團(tuán)生長變成稍大的團(tuán)粒，稱為晶核；第三階段最后由這些小團(tuán)粒結(jié)合或生長，產(chǎn)生冰晶。2 人工地層凍結(jié)法土土土凍結(jié)過程的溫度特征土凍結(jié)過程的溫度特征1、過冷。土中水處于負(fù)溫但無冰晶存在，原因是結(jié)晶中心在比冰點(diǎn)更低的溫度下才能形成；過冷過冷跳躍恒定遞降遞降2、跳躍。土中水形成冰晶和冰晶生長時(shí)，放出結(jié)晶潛熱，使土溫驟然升高；3、恒定。冰晶不斷生長，因潛熱釋放，土溫保持基本不變；4、遞降。土中大部分水完成結(jié)晶，潛熱釋放基本停止，土溫繼續(xù)下降2 人工地層凍結(jié)法影響土凍結(jié)的因素分散度越

11、大，土的粘性越大，則凍結(jié)溫度越低。 （砂土（砂土 粉土粉土 黏土黏土）含水量越大，則凍結(jié)溫度越高。（含水量越高越接近清水）含鹽量越高，則凍結(jié)溫度越低（結(jié)冰溫度下降） 重塑土凍結(jié)溫度鹽度曲線-2.5-2-1.5-1-0.500510152025鹽度凍結(jié)溫度()凍結(jié)溫度2 人工地層凍結(jié)法凍土壁設(shè)計(jì)l 凍土抗拉強(qiáng)度規(guī)律與抗壓強(qiáng)度相同。強(qiáng)度隨著溫度的降低增長，同時(shí)取決于土的成分、含水量等因素。數(shù)值上，抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高26倍。l 凍土壁形狀。根據(jù)工程需要，由凍結(jié)管布置，設(shè)計(jì)凍土帷幕2 人工地層凍結(jié)法雙排水平管凍結(jié)過程（縱截面）盾構(gòu)隧道凍結(jié)管位置2 人工地層凍結(jié)法雙排水平管凍結(jié)過程（橫截面截面）內(nèi)、外

12、凍結(jié)管位置聯(lián)絡(luò)通道中心3 降水法工程實(shí)踐表明，夾薄層粉砂（Kh10-5cm/sec）的粘性土層，在降水3周后，含水量減少30%，土體體抗剪強(qiáng)度增加3050%。3 降水法3 降水法-7.301:1.51:1.5排水溝300200排水溝1:1.5-2.45噴100mm厚C20混凝土6.5200200鋼筋網(wǎng)片3 降水法3 降水法1）定義輕型井點(diǎn)就是沿基坑的四周將許多井點(diǎn)管埋入地下蓄水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過彎聯(lián)管與總管相連接，利用抽水設(shè)備將地下水從井點(diǎn)管內(nèi)不斷抽出，這樣便可將原有地下水位降至坑底以下。 2）所需抽水設(shè)備 真空泵、離心泵和水氣分離器3 降水法3）輕型井點(diǎn)布置 3 降水法 4）井點(diǎn)施工 井

13、點(diǎn)系統(tǒng)的安裝順序是：挖井點(diǎn)溝槽、鋪設(shè)集水總管；沖孔，沉設(shè)井點(diǎn)管，灌填砂濾料；彎聯(lián)管將井點(diǎn)管與集水總管連接；安裝抽水設(shè)備；試抽。 井點(diǎn)系統(tǒng)施工時(shí)，各工序間應(yīng)緊密銜接，以保證施工質(zhì)量。各部件連接頭均應(yīng)安裝嚴(yán)密，以防止接頭漏氣，影響降水效果。3 降水法5）施工注意a)輕型井點(diǎn)使用時(shí)，一般應(yīng)連續(xù)抽水，（特別是開始階段）。時(shí)抽時(shí)停，濾網(wǎng)易堵塞，也容易抽出土粒，使出水混濁，并會(huì)引起附近建筑物由于土粒流失而沉降開裂；同時(shí)由于中途停抽，地下水回升，也會(huì)引起土方邊坡坍塌等事故； b)輕型井點(diǎn)的正常出水規(guī)律是“先大后小，先混后清”，否則應(yīng)立即檢查糾正。必須經(jīng)常觀測真空度，如發(fā)現(xiàn)不足，則應(yīng)立即檢查井點(diǎn)系統(tǒng)有無漏氣并

14、采取相應(yīng)的措施；c)采用井點(diǎn)降水時(shí)，應(yīng)對(duì)附近的建筑物進(jìn)行沉降觀測，以便采取防護(hù)措施；d)在抽水過程中，應(yīng)調(diào)節(jié)離心泵的出水閥以控制出水量，使抽吸排水保持均勻，達(dá)到細(xì)水長流。在抽水過程中，還應(yīng)檢查有無“死井”（即井點(diǎn)管淤塞）。如死井太多，嚴(yán)重影響降水效果時(shí)，應(yīng)逐個(gè)用高壓水反向沖洗或拔出重埋。3 降水法1）適用范圍當(dāng)基坑開挖要求降水深度大于6m時(shí)，如用輕型井點(diǎn)就必須用多級(jí)井點(diǎn)。這會(huì)增加井點(diǎn)設(shè)備數(shù)量和基坑挖土量，延長工期等，往往不是經(jīng)濟(jì)的。因此，當(dāng)降水深度超過6m，土層為滲透系數(shù)為0.12.0m/d的弱透水層時(shí)，以采用噴射井點(diǎn)為宜，其降水深度可達(dá)20m。 2）噴射井點(diǎn)設(shè)備在排水總管處加設(shè)一個(gè)射流泵，可

15、以提高抽水深度達(dá)30m, 稱為射流-噴射井點(diǎn)。 3 降水法 3） 噴射井點(diǎn)設(shè)備與井點(diǎn)布置 在排水總管處加設(shè)一個(gè)射流泵，可以提高抽水深度達(dá)30m, 稱為射流-噴射井點(diǎn)。3 降水法1） 適用條件 管井井點(diǎn)就是沿基坑每隔一定距離設(shè)置一個(gè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)水泵不斷抽水來降低地下水位。在土的滲透系數(shù)大（20200m/d）、地下水量大的土層中，宜采用管井井點(diǎn)。 管井的間距，一般為2050m，管井的深度為815m。井內(nèi)水位降低，可達(dá)610m，兩井中間水位則為35m。 管井的沉設(shè)，可采用泥漿護(hù)壁鉆孔法。3 降水法2） 施工設(shè)備 管井井點(diǎn)的設(shè)備主要是由管井、吸水管及水泵組成。 管井可用鋼管管井和混凝土管管

16、井等。鋼管管井的管身采用直徑150250mm的鋼管，其過濾部分采用鋼筋焊接骨架外包孔眼為12mm的濾網(wǎng)，長度23m?；炷凉芄芫膬?nèi)徑為400mm，分實(shí)管與過濾管兩種，過濾管的孔隙率為2025，吸水管可采用直徑為50100mm的鋼管或膠皮管，其下端應(yīng)沉入管井抽吸時(shí)的最低水位以下。水泵可采用24英寸潛水泵或單級(jí)離心泵。3 降水法1） 適用條件當(dāng)降水深度超過15m時(shí)，可在管井井點(diǎn)中采用深井泵。這種采用深井泵的井點(diǎn)稱為深井井點(diǎn)。深井井點(diǎn)一般可降低水位3040m。2）所需設(shè)備工程中常采用深井潛水泵（沉沒式深井泵） 3 降水法適用條件 在深基礎(chǔ)工程施工中，有時(shí)會(huì)遇到滲透系數(shù)小于0.1m/d的土層，這類土含水量大，壓縮性高，穩(wěn)定性差。由于土粒間微小孔隙的毛細(xì)管作用，將水保持在孔隙內(nèi)，單靠用真空吸力的一般降水方法效果不佳，此時(shí)，必須采用電滲井點(diǎn)降水。 在飽和粘土中插入兩根電極，利用電滲現(xiàn)象與井點(diǎn)相結(jié)合便成為電滲井點(diǎn)。 1 注漿法施工邊鉆邊注步驟： 在地表埋設(shè)護(hù)壁管，上而下鉆完一段灌注一段，直至預(yù)