湖北顶管施工中采用钢花管注浆加固土体技术

钢花管注浆加固土体技术原理

钢花管注浆加固土体技术是一种在顶管施工中常用的土体加固方法。其原理主要基于以下几个方面：

• 压力注浆作用：通过压力将水泥浆液注入岩土孔隙或空隙中，改善土体的物理力学性能。在注浆孔附近一定影响半径范围内，土颗粒和固化的浆液凝聚成圆柱状的固结体，该固结圆柱体的抗压强度和抗压缩变形能力高于未注浆的土体。

• 挤密和充填：水泥浆液在压力作用下，挤密、充填岩层的孔隙和裂缝，减少土体中的空隙，增加土体的密实度。

• 物理化学变化：在凝结过程中，水泥浆液与周围的松散岩土体颗粒产生物理及化学性质的改变，提高土体的强度和稳定性。

• 加筋锚固作用：注浆完毕后，钢花管植入边坡或土体中，对岩土体起到加筋锚固的作用，增加了岩土体的整体性和抗剪能力。

钢花管注浆加固土体技术应用案例

以下为顶管施工中钢花管注浆加固土体技术的一些应用案例：

• 广州市猎德涌东线污水干管工程：该工程施工路段为城市主干道，交通繁忙且管道埋深较大，选用顶管法施工。在W32井-W33井施工段，由于地层为素填土，结构松散且地下水位较高，容易发生坍塌。经过设计单位勘察，决定在管底、管顶进行注浆加固处理。

• 压力注浆加固原理：利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或空隙中，使其物理力学性能改善。在注浆孔附近一定影响半径范围内，土颗粒和固化的浆液凝聚成圆柱状的固结体，提高地层的物理力学性质。

• 注浆加固方案：在拟建污水管道的底部、顶部进行有压注浆，将土体与水泥浆液胶结，提高土体的力学强度，避免在顶管掘进过程中发生坍塌，确保顶管能顺利进行。

• 钻孔布置：钻孔平面呈梅花形布置，横向间距800mm，纵向间距800mm，孔径110mm。

钢花管注浆加固土体技术施工要点

顶管施工中钢花管注浆加固土体技术的施工要点包括以下方面：

• 钢花管加工

• 管壁钻注浆眼：在钢管下部1/3段设注浆孔，竖向间隔为500mm，注浆孔眼孔径10mm，同一截面上对称分布4个孔眼。

• 钢花管锥形头焊接：钢花管底上焊有锥形头，采用钢锥并采用单面满焊接，锥头长250mm。焊接过程中不得浇水，焊接完后自然冷却。

• 钢管底盖：最下一节钢花管底部用钢板焊接密封，钢板厚5.0mm，钢板中心钻一个22mm的孔，一次注浆的PVC管将从此孔穿过。

• 钢管除锈：用砂纸或钢丝球将钢管表面除锈以提高水泥浆与钢管的粘聚力，除锈也有利于胶带与钢管粘结，防止水泥浆从孔眼冒浆。

• 钻机钻孔

• 钻孔采用机械钻进成孔，成孔直径110mm，施工中应保证无水钻进，每孔超钻20cm。

• 测量定位：根据数据放孔位，钻孔孔位允许偏差50mm，在孔位上插上竹签，并用油漆将孔号标注在框架上，以便施工时记录该孔的准确位置。

• 成孔验收：钻孔垂直度偏差允许1%，钻孔到设计深度后，测量深度，用长度1.0m的与钢花管同直径的钢管试放一次，确认可以下达设计深度后，开始下正式钢花管。

• 钢花管入孔

• 下放钢花管时，将次注浆的PVC管从管底孔中穿入，从钢花管上口穿出，PVC管下端伸出钢花管底部外10cm，PVC管外套一个密封圈，用胶带固定好，然后将此密封圈塞入钢花管底盖的孔中，使钢花管与PVC管接合处密封好。

• 利用钻机吊起钢花管入孔，上端留0.4m管头。为了保护管壁胶带在吊装过程中不被损坏，在套钢丝绳的地方用棉纱或水泥袋包裹，吊装时钢管要匀速下放，避免损坏封眼胶带，如果有损伤或者破洞，要重新封闭好再下管。

• 注浆

• 注浆分次注浆和第二次注浆。注浆压力约为1.0-2.0MPa。

• 一次注浆洗孔：钢花管入孔后，先泵送少量清水，通过注浆管注入孔底，稀释孔底残渣，将泥渣托出，然后进行次注浆。注浆泥浆：次注浆水灰比0.5-0.6（P425水泥），水泥浆从孔底向上灌注，利用水泥浆的浮力将钻孔泥浆压出孔外，注浆时注意观察孔口流出浆液的颜色，当流出的浆液为纯水泥浆时，即停止注浆。

• 二次注浆：次注浆浆液初凝时开始进行第二次注浆，采用水灰比0.5-0.6水泥砂浆。每一节的长度根据滑动而位置深度确定，使每次提升注浆管时出浆口在预先设定的位置。

钢花管注浆加固土体技术注意事项

在顶管施工中采用钢花管注浆加固土体技术时，需要注意以下事项：

• 施工特点

• 注浆效果好：钢花管注浆能有效的使浆液在纵向上发挥加固土体的作用，避免常规固结灌浆工艺因塌孔而造成注浆效果不佳的情况。注浆后钢花管会与周围的土体凝固成一个整体，形成钢花管桩，加强了土体的整体性，提高了土体的抗剪强度。

• 材料利用率高：钢花管注浆作为一门新工艺、新技术，其渗透、填充率高，产生的废浆少，能够随时观察注浆过程中的压力变化，做到实时监控。

• 施工流程注意事项

• 测量放样：由专业测量员对需要进行钢花管钻孔注浆的部位进行施工放样，布设好每个孔的位置，并对每个孔位进行编号，根据设计要求交代好钻孔的深度。孔位允许偏差不大于100mm，定位之后调整钻杆的角度，入射角度偏差不大于1°。

• 钻机就位：将钻机运至施工现场，并根据所放的孔位进行定位，孔位允许偏差不大于100mm，定位之后调整钻杆的角度，入射角度偏差不大于1°。钻机就位后，对准孔位匀速运转，根据地层对钻机的影响情况，调整钻机的转数、压力等参数。每钻进一段，检查一段，及时纠偏，钻孔分两序进行，一序孔钻孔完成并注浆待凝后再进行二序孔钻孔施工，以防止邻孔之间串浆。

• 孔深验收：钻孔完成后，对所钻孔的垂直度和深度进行检查，垂直度偏差不大于1%，钻孔深度应预留20cm超深。

• 钢花管加工及运输：管壁钻注浆眼，钢花管上部1/3长度范围不进行钻孔，剩下2/3范围沿钢管轴线间距50cm、径向旋转90°钻φ10mm的孔眼，上下排注浆孔间距50cm，更底部注浆孔距花管底部轴线距离为25cm。钢花管采用专用套接管连接，并沿钢管周围合缝处焊接，接头钢管长度120mm。采用塑料胶带将钻好的注浆眼临时粘贴封堵，以防止钢花管下放过程中泥沙将注浆眼堵塞，钢花管下放到位后，胶带受地下水浸泡粘性降低，再经过加压注浆后，水泥浆从注浆眼穿破胶带渗入土层。

• 放置钢花管：钢花管放置时保护好塑料胶带不被损坏，并每间隔3m设一钢筋头保护，用钻机吊起钢花管入孔中，吊装时钢管要匀速下放，以使钢花管放在钻孔中心，确保钢花管周围保护层厚度均匀。

• 制备浆液：搭设操作台，水泥临时仓库与制浆站紧邻布置，根据每个灌浆区域的地形条件，水泥仓库与制浆站与施工道路隔离布置，减少对周围人员、车辆的影响，水泥仓库采取防潮措施。选用灌浆用的水泥品种，水泥强度等级不低于P.042.5MPa，符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥。制备浆液用水直接从附近水源点接管取水，水质量要求符合灌浆用水标准。浆液水灰比采用1，0.8，0.5三个比级，配置桶浆液时在设计水灰比范围内先配置最稀的水泥浆，材料计量的误差应小于5%。使用高速制浆机时不少于30s，使用普通搅拌机时不少于3min，浆液自制备到用完的时间不应超过4h。

• 注浆方法：钢花管注浆采用孔口封闭静压式注浆法。在灌注水泥浆时现场施工员做好注浆量、注浆压力以及水灰比等注浆参数的变化，根据现场注浆量和压力的变化判断是否需要掺入外加剂。封孔前将高出地面的钢花管割除，采用高压水对孔口周围进行清洗，再用M30微膨胀水泥砂浆将孔口填充恢复路面。

• 异常现象处理

• 串浆时及时堵塞串浆孔，然后可间隔一孔或数孔灌注。

• 进浆量很大，压力长时间不升高，应重新调整砂浓度及配合比，缩短胶凝时间。

• 安全与质量注意事项

• 施工期间，特别在注浆时，应对支护的工作状态进行检查。

钢花管注浆加固土体技术成本分析

顶管施工中钢花管注浆加固土体技术的成本受到多种因素的影响，包括但不限于以下方面：

• 材料成本：钢花管的规格、材质以及水泥、砂等注浆材料的用量和价格都会对成本产生影响。例如，不同规格和材质的钢花管价格有所差异，常用的外径Φ89mm，壁厚4-6mm的无缝钢管与外径Φ50mm，壁厚2.8mm或3.2mm的无缝钢管价格不同。

• 设备成本：包括钻孔设备、注浆设备等的租赁或购买费用。例如，额定压力6MPa以上的可调控进浆压力的注浆泵以及额定压力20MPa以上的高压注浆胶管等设备的成本。

• 人工成本：施工人员的工资、福利以及施工过程中的管理费用等。

• 施工难度和环境：施工地点的地质条件复杂程度、地下水位高低、施工空间大小等都会影响施工的难度和效率，从而影响成本。例如，在软弱土层或地下水位较高的地区施工，可能需要更多的措施和时间，增加成本。

• 工程量：加固土体的面积、深度和范围等工程量的大小直接决定了材料和人工的投入量，从而影响总成本。