双重管注浆加固软弱地层试验研究

    摘 要:在某城市地铁车站出入口通道,为检验淤泥质地层中双重管注浆的效果,进行了现场注浆试验,试验中对注浆顺序、扩散半径、不同配比等进行了对比,就注浆对管线影响情况进行了监控,并结合试验结束后的原位试验及室内试验,对注浆效果进行了综合分析和评价.通过试验表明双重管注浆可以达到地层加固的目的,能够满足本工程暗挖施工的需要.

    关键词:软弱地层;双重管注浆;原位试验
   
    在地铁修建过程中面临的诸多问题中的一个突出问题,就是如何修建地铁车站的出入口通道.尤其在我国东部城市的软弱地层中,地铁出入口通道修建面临的主要技术难点是:①若采用传统的明挖法施工,则必须对既有繁忙的道路封交以及对既有各种管线进行搬迁,而在有些道路这样做是不允许的;②若采用暗挖法施工,目前的主要方法是顶管法,而该方法的不灵活性制约了该方法的推广.因此,在东部软弱地层迫切需要引入新的地下通道的建造方法,其中,管棚法是一种有望胜任的工法[1—6],但必须解决其主要的技术难点,就是在东部淤泥质软弱地层中注浆的可行性.为此,在我国东部某城市地铁车站进行现场注浆试验,检验其效果,为管棚法的引入提供技术支持.
    试验采用双重管注浆技术对加固软弱地层进行研究.双重管双液注浆是一种以改良地层为目的的地基处理技术,其优点在于既可以增加地层的强度又可以达到止水的效果[7—9].现场注浆试验的目的是:检验双重管注浆效果;了解注浆施工对地层以及地中管线的影响情况;确定注浆施工技术参数:注浆压力、注浆速率、浆液配比等.
    1 试验内容
    试验现场为地铁车站的1号出入口通道,通道下穿东方路,全长约23m.1号出入口通道平面位置如图1所示.工程周边环境较复杂,施工影响范围内有2栋6层混凝土民宅.暗挖段主要管线有Ф2400雨水管和Ф600污水管,这2条管线位于东方路机动车道下.由于东方路为主干道,交通封闭困难,通常的施工方法———明挖法无法实施,设计采用管棚法进行施工.
   

    工程场地地基土均属第四纪沉积物,地铁上覆地层分别是填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粘质粉土等,地铁主要通过淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土.
    根据试验目的,利用现有的条件,在车站站厅层预留的1号出入口位置,破除车站已经施作的连续墙,从连续墙向外进行双重管注浆加固土体,注浆孔布置如图2所示.本次试验,土体加固长度取4m.

    注浆过程中,对影响范围内土体进行严格监测,注浆结束后,进行原位试验、钻孔取样及室内土工试验,了解加固区域的土体强度、变形特性等指标,对注浆加固效果进行评价.
    为获得注浆过程的详细资料,验证双重管注浆处理软弱地层的效果.在注浆实施阶段,每30min对地表沉降和土体分层沉降测试1次,注浆结束的24h内,每3h测试1次,地层趋于稳定后,每d测试1次.注浆施工结束28d后,采取室内试验和静力触探等手段,对土体加固效果进行评估.
    2 试验条件及过程
    2.1 施工机具
    钻机:TXU—75A型,可以进行垂直孔、斜孔及水平孔的钻孔及压浆施工,最长钻进50m;压浆泵:SYB—60/60型双液注浆泵,注浆液混合器及测定器具;拌浆桶、灌浆管、阀门、压力表等.
    2.2 注浆参数
    注浆施工参数,见表1.

    2.3 注浆工艺
    双重管注浆工艺如图3所示:钻进时采用清水作为循环液,达到设计深度或位置时,封闭端点进行横向喷射切换.然后用注浆泵分别将2种浆液压入外管和内管,浆液在二重管的端头混合器内混合,通过滤网在水平方向实行喷射,浆液注入地层中,将混合室逐步向上回抽,使加固土体范围扩大[6].

    本次注浆分5组进行:第1组为周边止水止浆孔,孔中心间距200mm,孔深4m,共50个;第2组为200mm间距布孔区,孔中心间距200mm,孔深4m,共46个;第3组为600mm间距布孔区,孔中心间距600mm,孔深4m,共3个;第4组为300mm间距布孔区,孔中心间距300mm,孔深4m,共9个;第5组为400mm间距布孔区,孔中心间距400mm,孔深4m,共6个.
    整个注浆过程采用2种水灰比的配比:第1组上半断面注浆时采用了1:1的水灰比;其余注浆均采用0.6:1的水灰比.注浆过程中注浆压力为0.2~0.4MPa.
    3 试验分析
    3.1 地表监测分析
    双重管注浆过程中,地表监测测点累计隆起量平均值为23.4mm.地表测点D1—D5累计隆起量随时间变化如图4所示.对双重管注浆过程的监测资料分析表明:在注浆过程中,通过严格控制注浆压力、注浆速度和注浆顺序,并根据监测结果及时予以调整,是可以将注浆对地层和地中管线的影响控制在允许范围内.

    3.2 原位试验分析
    试验结束28d后,在试验场地地表进行了静力触探原位试验,从静力触探结果看,注浆区域(深度3.5~5.5m)的比贯入阻力Ps均在2.0MPa以上,最大值在10.0MPa以上.
    3.3 土工试验分析
    同时在现场进行钻孔取样,在室内进行土工试验,试验结果见表2.由表2可以看出:

    (1)加固地层含水量有所降低,原地层含水量平均值41%,注浆后为35.4%~39.4%;
    (2)加固地层孔隙有所减少,原地层的孔隙比为1.16,注浆后为0.909~1.067;
    (3)土体强度有所提高,无侧限抗压强度由40kPa提高到55.3~98.3kPa,直剪试验的粘聚力c大幅提高,而Φ值相应减小;
    (4)压缩性有所降低,压缩模量由3.15MPa提高到13~23MPa.
    从双重管注浆取芯情况和室内试验结果看,土体物理力学特性有显著改善,注浆效果非常明显.
    4 结 语
    通过现场试验的综合效果检查,表明双重管注浆可以提高土体强度、减小地层空隙和含水量、降低压缩性,达到软弱地层加固的目的;施工中施工工艺的改善,可以有效控制注浆对环境的影响,满足淤泥质软弱地层土体加固的需要.
    双重管注浆的顺利实施为将管棚法引入到软弱地层中地下通道建造中提供了有力的技术支持.
   
    参考文献:
    [1]DBJ-61-1997,基坑工程设计规程[S].
    [2]DGJ08-37-2002,岩土工程勘查规范[S].
    [3]JGJ/T88-2007,建筑变形测量规程[S].
    [4]董新平.软弱地层中管棚作用机理及管径因素研究[D].上海:同济大学,2006.
    [5]陈浩,姜景山,姚海波.崇文门车站过既有线管棚施工及变形分析[J].隧道建设,2006(1):78-80.
    [6]郭景伟.地铁施工中的二重管注浆超前支护技术[J].市政技术,2006(1):15-18.
    [7]董新平,胡新朋,周顺华.软弱地层管棚作用特性判别和分析[J].地下空间与工程报,2006(4):631-634.
    [8]董新平,周顺华,田永正.基于有限元设计敏感度分析的管棚直径研究[J].同济大学学报(自然科学版),2007(5):597-601.
    [9]董新平,彭中和.浅埋地下工程管棚法施工中合理管棚直径分析[J].岩土工程学报,2007(9):1355-1360.