專利名稱：基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿漿液及其注漿工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大型沉管隧道基槽注漿工藝，尤其涉及一種基于濱海相軟基的大型沉管隧道基槽水下注漿工藝。
背景技術(shù)：
沉管隧道基礎(chǔ)，從力學(xué)角度分析，雖然所承受壓力荷載通常較低，以抗浮力為主，但是在水流速度較大、抗震性能要求較高地區(qū)，僅采用砂、石基礎(chǔ)，隨著時(shí)間的推移，基礎(chǔ)容易被河水沖刷，引起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性破壞，加之隧道如有過大震動(dòng)，基礎(chǔ)也容易發(fā)生液化。沉管隧道基礎(chǔ)處理方法的種類很多，大致可分為刮鋪法、樁基法、噴砂法、砂流法、灌囊法和注漿法，其中的噴砂法、砂流法、灌囊法和注漿法屬于后填法，即先將管段沉放好，再設(shè)法將管段與基槽之間的空隙填實(shí)。其中，灌囊法是在沙石墊層面上用砂漿囊袋將剩余空隙墊實(shí)。采用這種方法沙石墊 層與管段底部留出15 20cm的空間，空囊(常用土工布制作)事先固定在管段底部與管段一起沉沒，管段沉放到位后，即向囊袋內(nèi)注入注漿材料，使囊的體積迅速膨脹，充填管段與下部地基之間的空隙。預(yù)埋孔道管內(nèi)注漿法是在灌囊法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新穎基礎(chǔ)處理方法，它省去了較貴的囊袋、繁復(fù)的安裝工藝、水上作業(yè)和潛水作業(yè)。通常做法是在浚挖基槽后，再槽內(nèi)鋪墊4(T60cm厚的碎石，整平度達(dá)±5cm即可。當(dāng)管段沉放定位后，沿著管段邊墻及封端墻底邊拋填高O. 6m Im左右的砂石混合料，封閉管底空間。接著從隧道里面通過預(yù)埋在管段底板上的壓漿孔向管底空間壓注砂漿，充填管段底部和碎石墊層之間的空隙。濱海相是海相沉積的一種，是位于低潮線和高潮線之間及其鄰近地區(qū)的狹長濱海地區(qū)的沉積相，潮汐作用和波浪作用占主要地位。對(duì)濱海相軟土地質(zhì)層，尤其是位于地震帶上的濱海相軟土地質(zhì)層的以往隧道基礎(chǔ)處理中，僅采用砂、石材料作為基礎(chǔ)，在使用安全方面，當(dāng)水流較大環(huán)境條件下，容發(fā)生沖刷現(xiàn)象，引起結(jié)構(gòu)性破壞；以及隧道過大震動(dòng)時(shí)，基礎(chǔ)發(fā)生液化。在施工安全、成本、便捷性能上，采用常規(guī)的樁基礎(chǔ)法、刮鋪法、灌囊等方法均需要大型的機(jī)械船只和潛水員作業(yè)才能完成，施工工藝復(fù)雜，成本高，風(fēng)險(xiǎn)大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)濱海相軟基沉管隧道所特有的地質(zhì)、水文條件，本發(fā)明提供一種基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿漿液及其注漿工藝，采用壓力注漿法進(jìn)行地基處理，從而充填管底與基底之間的空隙，保證結(jié)構(gòu)和基底受力均勻，減少不均勻沉降。由于是在22米水下進(jìn)行基礎(chǔ)壓漿處理，其施工條件差，操作難度大，為了保證混合砂漿的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，以及漿液的流動(dòng)性和擴(kuò)散性，在適當(dāng)?shù)淖{壓力下，使其砂漿能夠順利擴(kuò)散，保證隧道管浮沉穩(wěn)定，不會(huì)因注漿壓力過大而頂升隧道管段。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿漿液的組分及重量比如下水泥細(xì)砂粉煤灰鈉基膨潤土 :水=1:6:1. 4:0. 2:2，其中，水泥采用普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為I級(jí)，細(xì)砂細(xì)度模數(shù)為2. 28，鈉基膨潤土造漿率大于9. OmVt ;漿液的擴(kuò)散半徑大于5m,抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于2. OMpa0本發(fā)明基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝，其中，沉管隧道基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是自下而上的設(shè)置有60cm厚的碎石墊層和40cm厚的注漿層，并要求注漿后所形成的漿液基礎(chǔ)滿足在8級(jí)地震的情況下不會(huì)發(fā)生液化；注漿工藝包括以下步驟步驟一、隧道基槽浚挖試驗(yàn)根據(jù)邊坡穩(wěn)定性和回淤量分析確定隧道基槽的綜合坡率為1:8與1:4 ;步驟二、隧道基槽正式開挖及碎石墊層的攤鋪采用絞吸船與抓斗船作為開挖設(shè)備，在沉管隧道基槽開挖完成后，采用基底聲納方法進(jìn)行回淤量檢測(cè)；按沉管管段節(jié)段完成60cm厚碎石墊層的攤鋪后，在沉管沉放前，進(jìn)行回淤量檢測(cè)，當(dāng)回淤量過大時(shí)，在不破壞攤鋪后的碎石墊層的基礎(chǔ)上，采用吸泵清淤，清淤后在基底IOm以上進(jìn)行水體密度的檢測(cè)，當(dāng)水體平均密度達(dá)到〈10. 05KN/m3時(shí)，進(jìn)行沉管管段水下沉放，與此同時(shí)，在管段底部位于距離管段尾部5m處設(shè)置阻漿水囊袋；步驟三、阻漿水囊袋阻漿及拋石鎖定沉管管段水下沉放到位后，對(duì)阻漿水囊袋進(jìn)行充水；在沉管管段的徑向兩側(cè)進(jìn)行初步拋石鎖定，在管段尾部縱向上留出5m不進(jìn)行拋石的空間，鎖定拋石的石子的粒徑為2 8cm，拋石高度為4m ;拋石過程中，沿沉管管段縱向按20m間距設(shè)置注漿排氣通道；步驟四、沉管管段基礎(chǔ)注漿首先進(jìn)行漿管的通水，然后進(jìn)行管內(nèi)預(yù)留沉管管段的一次注漿管的注漿，注漿順序是按照沉管管段縱向由低往高處注漿，先灌注位于沉管管段中間位置的注漿管，然后再灌注位于沉管管段兩邊的注漿管，從而將管底產(chǎn)生的漿液回淤順利的排至管外；在上述注漿過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿量、灌漿壓力、漿液密實(shí)度及擴(kuò)散度，以確定漿液是否注滿，步驟五、注漿基礎(chǔ)檢測(cè)及沉管沉降量監(jiān)測(cè)在注漿完成2天后，采用無損檢測(cè)法，進(jìn)行全管段 范圍內(nèi)的密實(shí)度檢測(cè)與沉降量監(jiān)測(cè)；在完成一次注漿檢測(cè)后，若密實(shí)度未達(dá)到90%以上，或在隧道運(yùn)營階段累計(jì)沉降量超過設(shè)計(jì)值時(shí)，則進(jìn)行沉管管段的二次注漿。進(jìn)一步講，在步驟二中，采用吸泵清淤后，進(jìn)行淤泥厚度檢測(cè)，若回淤量大于IOcm時(shí)，采用二次清淤。所述阻漿水囊袋的長度為40m，直徑為Φ 100cm，抗壓強(qiáng)度為2. OMpa，在沉管管段沉放到位后，充水形成囊袋，進(jìn)行阻漿。步驟四中，在進(jìn)行漿液的注漿過程中，采用注漿壓力表、管段垂直千斤頂、沖擊映像法監(jiān)測(cè)，以及測(cè)量管段高程變化，實(shí)現(xiàn)注漿漿液量與管段姿態(tài)監(jiān)控；其中壓漿管道出口壓力控制值為37KPa，管段抬升控制為I 5mm，垂直千斤頂?shù)膲毫χ禐?9. 85MPa < F< 56. 7Mpa。步驟四中，用來一次注漿的多個(gè)注漿管均設(shè)置在沉管管段主管廊中，用來二次注漿的多個(gè)注漿管分別設(shè)置在沉管管段的邊管廊與中管廊中；一次注漿管的孔徑為152mm，二次注漿管徑為76mm，一次注漿管和二次注漿管沉管管段縱向間距均為6. 38m，橫向間距均為18. 4m，所有注漿管的中心位置呈梅花形交錯(cuò)布置。步驟五中的無損檢測(cè)法采用沖擊映像面波法和探地雷達(dá)相結(jié)合的檢測(cè)方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是以往隧道砂、石基礎(chǔ)，安全使用方面，在水流較大環(huán)境下，易發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，以及隧道過大震動(dòng)下，基礎(chǔ)發(fā)生液化。在施工安全、成本、便捷性能上，采用樁基礎(chǔ)法、刮鋪法、灌囊等方法均需要大型的機(jī)械船只和潛水員作業(yè)才能完成，加上在工程基礎(chǔ)注漿處理后，或工程投入運(yùn)行階段，管段累積沉降量過大，或產(chǎn)生不均勻沉降，致使管段柔性接頭止水帶扭曲、拉伸產(chǎn)生裂縫，從而會(huì)導(dǎo)致滲水或透水事故發(fā)生。本發(fā)明中的沉管隧道基礎(chǔ)采用膨潤土砂漿結(jié)合碎石基礎(chǔ)，即采用自下而上設(shè)計(jì)為60cm厚的碎石墊層與40cm厚的膨脹土砂漿基礎(chǔ)，可以保證八度地震下不發(fā)生液化，抗壓強(qiáng)度大于2. OMPa，更具有抗震性能和良好的流動(dòng)性，以及低的泌水率，且擴(kuò)散半徑大于5m，同時(shí)保證了結(jié)構(gòu)和基底受力均勻，減少基礎(chǔ)不均勻沉降。采用此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在隧道日后安全使用方面大大的提高，既降低了在水流較大環(huán)境下發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞的可能行，同時(shí)也避免了在隧道過大震動(dòng)下，基礎(chǔ)發(fā)生液化。從而提高了沉管隧道投入營運(yùn)的質(zhì)量，保證了水下工程即軟弱地基工程基礎(chǔ)質(zhì)量的可靠性，本發(fā)明沉管隧道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特別在深水、軟基基礎(chǔ)、抗震性能要求較高的地區(qū)值得推薦采用。本發(fā)明沉管隧道基礎(chǔ)既達(dá)到隧道基礎(chǔ)剛性要求，又能滿足基礎(chǔ)抗震、抗水流沖刷要求；同時(shí)在注漿工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，采用管段預(yù)埋注漿管，在管內(nèi)進(jìn)行注漿，這樣不僅不需要大型船只在河道上來回作業(yè)，減少了通航風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了潛水員下水作業(yè)，從而大大提高了施工安全，降低了工程成本的投入，因此，本發(fā)明注漿工藝更為先進(jìn)，而且安全可靠，節(jié)約成本。 在漿液材料上，現(xiàn)有技術(shù)中的注漿基本上采用的是砂漿，而本發(fā)明中的注漿漿液中含有鈉基膨潤土，由于鈉基膨潤土具有造漿率高、和易性好等特性，從而保證了水下漿液的質(zhì)量，因此添加有鈉基膨潤土的注漿漿液其造漿性能以及漿液和易性能均優(yōu)于砂漿，適合深水漿液配方。

以往工程中由于長期的累積沉降，超過工程設(shè)計(jì)范圍，或產(chǎn)生不均勻沉降，從而會(huì)導(dǎo)致柔性接頭止水帶發(fā)生裂縫的可能性，本發(fā)明注漿工藝為了保證日后沉管投入運(yùn)營階段使用安全，從而設(shè)置了 Φ 76cm 二次注漿孔，通過在水下工程設(shè)置二次注漿孔，可以在施工階段和工程投入運(yùn)營階段進(jìn)行二次注漿。在施工階段，沉管沉降量監(jiān)測(cè)中，如果小于設(shè)計(jì)要求值(IOcm),則不需要進(jìn)行二次注漿，二次注漿留在日后工程投入運(yùn)營階段，如管段發(fā)生沉降量過大或者產(chǎn)生不均勻沉降，則實(shí)施二次注漿，因此二次注漿的設(shè)計(jì)，比以往隧道一次注漿基礎(chǔ)處理，大大的提高了工程投入使用安全質(zhì)量，有利于工程投入使用，本發(fā)明工藝中管段二次注漿在國內(nèi)外首次采用。


圖1是本發(fā)明基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝主流程圖；圖2是本發(fā)明中基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)橫斷面圖；圖3是本發(fā)明注漿工藝中一次注漿管和二次注漿管的布局示意圖；圖4是本發(fā)明注漿工藝中阻漿水囊袋及注漿排氣通道的布局示意圖；圖5是圖4中A-A位置所示拋石鎖定和阻漿水囊袋的布局示意圖。圖中l(wèi)-60cm厚碎石墊層2_40cm厚注衆(zhòng)層 3_鎖定拋石4- 一次注漿管5- 二次注漿管 6-管段頂部
7-管段底部8-邊管廊9-主管廊10-中管廊11-阻漿水囊袋12-注漿排氣通道13-端封墻管邊14-對(duì)接端15-沉管管段16-管段中隔墻17-管段側(cè)墻
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例講述本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容，提供實(shí)施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。研究材料實(shí)施例涉及的海河隧道工程，位于天津市塘沽區(qū)，臨近渤海灣港口區(qū)，地質(zhì)屬于濱海相軟土地質(zhì)層，且處于華北地震帶上。沉管隧道基槽采用壓力注漿法進(jìn)行地基處理，主要目的是充填管底與基底之間的空隙，保證結(jié)構(gòu)和基底受力均勻，減少不均勻沉降。在22米水下進(jìn)行基礎(chǔ)壓漿處理，施工條件差，操作難度非常大，質(zhì)量要求高，基礎(chǔ)的穩(wěn)定直接影響工程日后投入運(yùn)營的安全。通過對(duì)沉管隧道基槽注漿技術(shù)的研究，保證了其混合砂漿抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，以及漿液的流動(dòng)性、擴(kuò)散性，并且注漿壓力適當(dāng)，使其砂漿能夠順利擴(kuò)散，以及隧道管浮沉穩(wěn)定，不會(huì)因注漿壓力過大而頂升隧道管段。所以針對(duì)以上關(guān)鍵因素分析。實(shí)施過程為了保證沉管基礎(chǔ)注漿質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)和基底受力均勻，減少不均勻沉降，通過對(duì)漿液原材料的選用，來進(jìn)行不同配比的砂漿配合比的試驗(yàn)，通過配比試驗(yàn)測(cè)定漿液的強(qiáng)度、泌水率和稠度指標(biāo)，在滿足設(shè)計(jì)要求的漿液中選擇最佳配合比。原材料試驗(yàn)指標(biāo)( I)普通硅酸鹽水泥42. 5級(jí)的物理性能見表I。表I水泥物理性能復(fù)查檢驗(yàn)結(jié)果表
權(quán)利要求
1.一種基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿漿液，其組分及重量比如下 水泥細(xì)砂粉煤灰鈉基膨潤土 水=1:6:1. 4:0. 2:2,其中，水泥采用普通娃酸鹽水泥，粉煤灰為I級(jí)，細(xì)砂細(xì)度模數(shù)為2. 28，鈉基膨潤土造漿率大于9. OmVt ； 衆(zhòng)液的擴(kuò)散半徑大于5m,抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值大于2. OMpa0
2.一種基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝，其特征在于，沉管隧道基礎(chǔ)由自下而上設(shè)置的60cm厚的碎石墊層和40cm厚的注漿層構(gòu)成，采用如權(quán)利要求1所述注漿漿液注漿后形成的漿液基礎(chǔ)滿足在8級(jí)地震的情況下不會(huì)發(fā)生液化；注漿工藝包括以下步驟 步驟一、隧道基槽浚挖試驗(yàn)根據(jù)邊坡穩(wěn)定性和回淤量分析確定隧道基槽的綜合坡率為 1:8 與 1:4; 步驟二、隧道基槽正式開挖及碎石墊層的攤鋪采用絞吸船與抓斗船作為開挖設(shè)備，在沉管隧道基槽開挖完成后，采用基底聲納方法進(jìn)行回淤量檢測(cè)；按沉管管段節(jié)段完成60cm厚碎石墊層的攤鋪后，在沉管沉放前，進(jìn)行回淤量檢測(cè)，當(dāng)回淤量過大時(shí)，在不破壞攤鋪后的碎石墊層的基礎(chǔ)上，采用吸泵清淤，清淤后在基底IOm以上進(jìn)行水體密度的檢測(cè)，當(dāng)水體平均密度達(dá)到〈10. 05KN/m3時(shí)，進(jìn)行沉管管段水下沉放，與此同時(shí)，在管段底部位于距離管段尾部5m處設(shè)置阻漿水囊袋； 步驟三、阻漿水囊袋阻漿及拋石鎖定沉管管段水下沉放到位后，對(duì)阻漿水囊袋進(jìn)行充水；在沉管管段的徑向兩側(cè)進(jìn)行初步拋石鎖定，在沉管管段尾部縱向上留出5m不進(jìn)行拋石的空間，鎖定拋石的石子的粒徑為2 8cm，拋石高度為4m ;拋石過程中，沿沉管管段縱向按20m間距設(shè)置注漿排氣通道； 步驟四、沉管管段基礎(chǔ)注漿首先進(jìn)行漿管的通水，然后進(jìn)行管內(nèi)預(yù)留沉管管段的一次注漿管的注漿，注漿順序是按照沉管管段縱向由低往高處注漿，先灌注位于沉管管段中間位置的注漿管，然后再灌注位于沉管管段兩邊的注漿管，從而將管底產(chǎn)生的漿液回淤順利的排至管外；在上述注漿過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿量、灌漿壓力、漿液密實(shí)度及擴(kuò)散度，以確定漿液是否注滿； 步驟五、注漿基礎(chǔ)檢測(cè)及沉管沉降量監(jiān)測(cè)在注漿完成2天后，采用無損檢測(cè)法，進(jìn)行全管段范圍內(nèi)的密實(shí)度檢測(cè)與沉降量監(jiān)測(cè)；在完成一次注漿檢測(cè)后，若密實(shí)度未達(dá)到90%以上，或在隧道運(yùn)營階段累計(jì)沉降量超過設(shè)計(jì)值時(shí)，則進(jìn)行沉管管段的二次注漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝，其特征在于，在步驟二中，采用吸泵清淤后，進(jìn)行淤泥厚度檢測(cè)，若回淤量大于IOcm時(shí)，采用二次清淤。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝，其特征在于，所述阻漿水囊袋的長度為40m，直徑為Φ 100cm，抗壓強(qiáng)度為2. OMpa，在沉管管段沉放到位后，充水形成囊袋，進(jìn)行阻漿。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝，其特征在于，步驟四中進(jìn)行漿液的注漿過程中，采用注漿壓力表、管段垂直千斤頂、沖擊映像法監(jiān)測(cè)，以及測(cè)量管段高程變化，實(shí)現(xiàn)注漿漿液量與管段姿態(tài)監(jiān)控；其中壓漿管道出口壓力控制值為37KPa，管段抬升控制為I 5mm，垂直千斤頂?shù)膲毫χ禐?9. 85MPa < F < 56. 7Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝，其特征在于，在步驟四中，用來一次注漿的多個(gè)注漿管均設(shè)置在沉管管段主管廊中，用來二次注漿的多個(gè)注漿管分別設(shè)置在沉管管段的邊管廊與中管廊中；一次注漿管的孔徑為152mm，二次注漿管徑為76mm，一次注漿管和二次注漿管沉管管段縱向間距均為6. 38m，橫向間距均為.18. 4m，所有注漿管的中心位置呈梅花形交錯(cuò)布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝，其特征在于，步驟五中的無損檢測(cè)法采用沖擊映像面波法和探地雷達(dá)相結(jié)合的檢測(cè)方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿漿液配方及其注漿工藝?；A(chǔ)采用60cm厚碎石基礎(chǔ)加40cm厚鈉基膨潤土砂漿基礎(chǔ)，即達(dá)到隧道基礎(chǔ)剛性要求，又能滿足基礎(chǔ)抗震、抗水流沖刷要求；漿液由水泥、細(xì)砂、粉煤灰、鈉基膨潤土組成；注漿工藝上進(jìn)行改進(jìn)，采用預(yù)埋注漿孔管內(nèi)注漿，這樣不需要大型船只在河面上作業(yè)，減少了潛水員下水作業(yè)與通航風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了施工安全，降低了施工成本；為減少工程運(yùn)日后營階段不均勻沉降，在沉管隧道領(lǐng)域上，首次采用了二次注漿技術(shù)。本發(fā)明基于軟基下大型沉管隧道基礎(chǔ)水下注漿工藝可為大型碼頭工程、沉管隧道工程、市政軟土基礎(chǔ)加固工程、高震區(qū)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)等類似工程提高了可參考依據(jù)與經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。
文檔編號(hào)E02D3/12GK103061329SQ20121031105
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者代敬輝, 王朝輝, 張興業(yè), 馮希民, 張志安, 李建芳, 肖剛剛, 陳鴻, 賀春寧, 王艷寧, 隋洪瑞, 沈永芳, 路傳華 申請(qǐng)人:中鐵十八局集團(tuán)有限公司, 中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司, 天津海河下游開發(fā)有限公司, 天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院, 上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院, 上海交大?？?集團(tuán))有限公司, 中外建天利(北京)工程監(jiān)理咨詢有限公司