地层加固PSC施工方法.pdf

本发明公开了一种地层加固PSC施工方法，该地层加固PSC施工方法包括如下施工步骤：孔位放样；第一孔施工；确定浆料配比；地层排水施工；地层加固注浆；重复上述步骤即可完成整个地层加固PSC施工步骤。本发明的有益效果为：本地层加固方法使用设备尺寸较小，设备移动孔位灵活；浆液固结时间可根据实际情况调整；浆液渗透性良好；浆液可在流动水的情况下固结，浆液不易溶解，止水效果好；加固方法适用于各类地层，适用范围广；环保功能效果好，环境污染小；安全作业功能；施工速度快：采用该技术施工，施工工艺分前进式和后退式施工，无需另外引孔，节省另外引孔时间，避免发生塌孔；施工准备简单，可进行24小时作业；工程成本低。

权利要求书
1.  地层加固PSC施工方法，其特征在于：该地层加固PSC施工方法包括如下施工步骤：
a、孔位放样：施工前根据设计要求用全站仪对每个孔位放样，经过复测验线合格后，在地面进行定位；
b、第一孔施工：使用坑道钻机进行第一孔洞钻孔作业，钻进过程要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，确定在该地层条件下的钻进参数，同时测试确定地层地质情况；
c、确定浆料配比：根据加固区域地层地质情况确定排水用化学浆料配比和注浆用填孔加固浆料配比；
d、地层排水施工：再次使用坑道钻机进行钻孔作业，在钻头到达加固区域的同时使用注浆泵将确定配比的化学浆料注入加固区域内，直至到达设计孔深；
e、地层加固注浆：使用注浆泵将填孔加固浆料注入步骤d得到的已完成地层排水的加固区域内；
f、重复步骤d、e即可完成整个地层加固PSC施工步骤。

2.  根据权利要求1所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述排水用化学浆料包括水玻璃和磷酸。

3.  根据权利要求1所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述注浆用填孔加固浆料包括水玻璃和水泥浆。

4.  根据权利要求1~3所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述地层排水施工步骤中的钻孔作业由施工面的一侧向另一侧进行，依次完成地层排水。

5.  根据权利要求4所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述地层加固注浆过程在地层排水施工全部完成后进行，所述地层加固注浆过程由施工面外围向中心区域进行。

6.  根据权利要求5所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述地层加固注浆过程注浆端头由孔洞底部向上提升，提升速度需根据注浆流量和注浆量以及注浆渗透半径调整。

7.  根据权利要求1所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述步骤e的地层加固注浆在完成步骤d中将化学浆料注入孔洞的步骤后钻机钻头提升时完成。

8.  根据权利要求7所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述坑道钻机钻孔作业由施工面外围向中心区域进行，且在钻孔作业的过程中需检测地层地质情况，根据地层地质情况调整化学浆料和注浆用填孔加固浆料的配比。

9.  根据权利要求7所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述地层加固注浆过程坑道钻机钻头提升速度需根据注浆流量和注浆量以及注浆渗透半径调整。

10.  根据权利要求1所述的地层加固PSC施工方法，其特征在于：所述注浆泵为双液注浆泵。

说明书地层加固PSC施工方法
技术领域
本发明涉及地层加固施工领域，尤其涉及一种地层加固PSC施工方法。
背景技术
国内隧道盾构施工端头及建筑物地层加固方法主要以改良型、置换型、挤压型等主要加固方法。现有技术通过旋喷桩、袖阀管注浆以达到地层加固目的，对于富水砂砾地层，现有加固方法尚无一种安全、经济、高效、成熟的地层处理施工方法。
国内目前与发明相关的现有技术有一项。为申请人为中铁二局股份有限公司和中铁二局第一工程有限公司，专利申请号为201110064110.0的发明专利“软土地区地基加固的施工方法”，本发明公开了一种软土地区地基加固施工方法，采用如下步骤：施工设备准备；施工场地准备；测量放样等步骤。目前这种施工方法仅在地面上开孔后注浆，没有改善土层，施工后的整体强度没有得到本质的改善，这种施工方法无法满足现在越来越高的施工要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种施工效果好、适用范围广、环保污染少、施工安全且成本低廉的地层加固PSC施工方法。
为了解决本发明所提出的技术问题，本发明公开了一种地层加固PSC施工方法，该地层加固PSC施工方法包括如下施工步骤：
a、孔位放样：施工前根据设计要求用全站仪对每个孔位放样，经过复测验线合格后，在地面进行定位；
b、第一孔施工：使用钻机进行第一孔洞钻孔作业，钻进过程要慢速运转，掌握作业过程中地层对钻机的影响情况，确定在该地层条件下的钻进参数，同时测试确定地层地质情况；
c、确定浆料配比：根据加固区域地层地质情况确定排水用化学浆料配比和注浆用注浆用填孔加固浆料配比；
d、地层排水施工：再次使用坑道钻机进行钻孔作业，在钻头钻至加固区域的同时使用注浆泵将确定配比的化学浆料注入加固区域内，直至到达设计孔深；
e、地层加固注浆：使用注浆泵将填孔加固浆料注入步骤d得到的已完成地层排水的加固区域内；
f、重复步骤d、e即可完成整个地层加固PSC施工步骤。
本发明公开的地层加固PSC施工方法不同于原有施工方式，首先对地层进行分析使施工更有针对性，而且在分析地层后根据地层地质情况配置相应的浆料工程质量进一步得到保证；在坑道钻机钻头下钻的过程中进行一个地层排水作业能够排除地层水份，提高土体的抗渗性；根据分析地层地质情况后得到的填孔加固浆料能够改变原土体物理性质并提高土体的抗压强度，最终使软弱的土层(尤其是砂质、砾质粘性土和砂层)成为抗渗性高、抗压强度高和稳定性高的加固体。
作为本发明的一种改进：所述排水用化学浆料包括水玻璃和磷酸。水玻璃和磷酸是常用的工业材料，能够有效的降低生产成本。
作为本发明的一种改进：所述注浆用填孔加固浆料包括水玻璃和水泥浆。水玻璃和水泥浆是常用的建筑材料，能够有效的降低生产成本。
作为本发明的一种改进：所述地层排水施工步骤中的钻孔作业由施工面的一侧向另一侧进行，依次完成地层排水。由施工面的一侧向另一侧进行钻孔、地层排水作业能够保证将地层中的水从一侧向另一侧一次排除，这种施工方式能够得到参数基本统一的地层，能够提高施工质量。
作为本发明的一种改进：所述加固注浆过程在地层排水施工全部完成后进行，所述加固注浆过程由施工面外围向中心区域进行。地层加固注浆由施工面外围向中心区域进行是由于填孔加固浆料在凝固的过程中有膨胀现象，由外围向中心区域进行可以保证在施工的过程中不会由于填孔加固浆料凝固过程中的膨胀而破坏施工面周围已施工完成的地层，影响施工区域外地层稳定。
作为本发明的一种改进：所述加固注浆过程由孔洞底部向上提升，提升速度需根据注浆流量和注浆量以及注浆渗透半径调整。提升速度的控制能够保证注浆效果，避免浆液太少使孔洞内浆液不足形成空洞或因浆液过多破坏这边地层稳定。
作为本发明的一种改进：所述步骤e的加固注浆在完成步骤d中将化学浆料注入孔洞的步骤后钻机钻头提升时完成。在完成化学浆料注入孔后坑道钻机钻杆提升的过程中注入填孔加固浆料能够有效的缩短施工时间，地层排水和地层加固注浆能够在坑道钻机一次作业时完成。
作为本发明的一种改进：所述坑道钻机钻孔作业由施工面外围向中心区域进行，且在钻孔作业的过程中需检测地层地质情况，根据地层参数调整化学浆料和填孔加固浆料的配比。钻孔作业时检测地层地质情况且根据地层地质情况随时调整化学浆料和填孔加固浆料的配比能够有效的保证施工质量，施工效果更好。
作为本发明的一种改进：所述地层加固注浆过程坑道钻机钻杆提升速度需根据注浆流量和注浆量以及注浆渗透半径调整。
作为本发明的一种改进：所述注浆泵为双液注浆泵。双液注浆泵即可完成两种浆液的注浆。
总的来说本发明具有如下有益效果：
1、通用功能
本地层加固方法使用设备尺寸较小，设备移动孔位灵活；浆液固结时间可根据实际情况调整；浆液渗透性良好；浆液可在流动水的情况下固结，浆液不易溶解，止水效果好；加固方法适用于各类地层，适用范围广；
2、环保功能
该地层加固方法采用的浆液对地下水无毒无污染，浆液不流失，基本不产生泥浆，无需泥浆外运，环境污染小；
3、安全作业功能
作业设备简单，机械设备在工作面挪动方便，操作灵活，施工安全可控；加固效果理想，满足地层加固、房屋加固、换刀点加固、盾构施工端头加固等施工要求；
4、施工速度快
采用该技术施工，施工工艺分前进式和后退式施工，无需另外引孔，节省另外引孔时间，避免塌孔发生。施工准备简单，可进行24小时作业；
5、工程成本
本工程施工设备简单，设备进出场费用较少；设备操作简单灵活，施工人员较少；施工材料浪费率较低，节省材料浪费成本。
具体实施方式
地层加固施工前需对施工人员进行安全技术交底，现场配备技术员指导施工，配备专业机长操作加固设备。施工过程中需配备现场施工员，确保注浆深度、注浆量、浆液配比以及浆液固结时间等技术参赛满足施工技术要求。另外施工人员需注重安全管理、质量控制、环境保护等相关知识。
施工准备包括如下几个步骤：
①围挡施工
正式进场施工前，先进行围挡施工，并做好路障和安全警示。同时在围挡内侧摆放沙袋，防止散落泥浆污染其他路面；
②管线探测
先进行管线调查，如果该区域无管线则进行施工；如果有管线，则开挖探沟，确定地下管线的方位，并做好保护措施；
③施工场地布置
施工前，对场地进行布置，确定机械设备和材料的最佳摆放位置；
④孔位放样
施工前根据设计要求用全站仪对每个孔位放样，经过复测验线合格后，用钢钉在地面进行定位，保证桩孔中心移位偏差小于50mm。
在完成施工前的准备工作后根据设计要求，将钻机对准孔位，垂直角度钻进,要求孔位偏差为±3cm，入射角度偏差不大于1°。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。
坑道钻机定位后进行第一孔施工，第一孔施工时要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数，同时测试确定地层地质情况。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置应小于30cm。
根据得到的地层地质情况确定排水用化学浆料和注浆用填孔加固浆料的配比，确定配比后按照配比配制组成化学浆料的水玻璃溶液Ⅰ、水玻璃溶液Ⅱ、磷酸溶液、水泥浆，水玻璃溶液Ⅰ、水玻璃溶液Ⅱ、磷酸溶液装在溶液桶中备用，水泥浆现场随时拌制使用。
确定浆料配比后，注化学浆液时，将双液注浆泵的其中一根吸浆管与水玻璃溶液Ⅰ的溶液桶连接，另一根吸浆管与磷酸溶液的溶液桶连接；注填孔加固浆料时，双液注浆泵的一根吸浆管与填孔加固的水泥浆液拌制桶连接，另一根吸浆管与水玻璃溶液Ⅱ的溶液桶连接；注不同浆料时均有两根注浆管道，两根注浆管道通过双液注浆水龙头与坑道钻机的双液钻杆连接。
本发明的注浆量的估算公式按下式进行：
Q=Anα
式中：Q----注浆量（m3）；
A----注浆范围体积（m3）；
n----孔隙率；
α----浆液填充率。
下面是地层排水施工和地层加固注浆的实施方式，通过两种不同实施方式的对本发明作进一步说明。
实施例1
确定好配比后进行地层排水施工，再次使用坑道钻机进行钻孔作业，钻头下钻形成的孔洞直径不小于40mm，在钻头下钻的同时使用双液注浆泵的化学浆料供应泵将确定配比的化学浆料注入孔洞内；而且地层排水施工步骤中的钻孔作业由施工面的一侧向另一侧依次进行完成地层排水。
完成地层排水后进行地层加固注浆，在地层加固注浆时需要重新将坑道钻机移至已经完成地层排水的孔洞处，将钻头再次钻入孔洞内，当钻头到达孔洞底部时使用双液注浆泵的填孔加固浆料供应泵将填孔加固浆料注入已完成地层排水的孔洞内；地层加固注浆过程由施工面外围向中心区域进行。地层加固注浆过程注浆端头由孔洞底部向上提升，注浆过程中，边注浆边提钻杆，严格控制提升幅度，每步为0.3～0.4m，匀速回抽，注意注浆参数变化，提升速度需根据注浆流量和注浆量以及注浆渗透半径调整，当注浆量或注浆压力达到设计值后继续进行提杆。
注浆的过程需要严格控制注浆压力，同时密切关注注浆量，当压力瞬间上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。
实施例1在完成整个地层排水施工过程后进行孔洞加固注浆，在整个过程中能够有效的排除地层所含的水分，加固体抗压强度较高，抗渗效果好。
实施例2
确定好配比后进行地层排水施工，再次使用坑道钻机进行钻孔作业，钻头下钻形成的孔洞直径不小于40mm，在钻头下钻的同时使用双液注浆泵的化学浆料供应泵将确定配比的化学浆料注入孔洞内；在钻头向上提升时启动双液注浆泵的填孔加固浆料开始注浆，严格控制提升幅度，每步为0.3～0.4m，匀速回抽，注意注浆参数变化，提升速度需根据注浆流量和注浆量以及注浆渗透半径调整，当注浆量或注浆压力达到设计值后继续进行提杆。
注浆的过程需要严格控制注浆压力，同时密切关注注浆量，当压力瞬间上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。
整个过程中坑道钻机钻孔作业由施工面外围向中心区域进行，且在钻孔作业的过程中需检测地层地质情况，根据地层参数调整化学浆料和填孔加固浆料的配比。
实施例2在进行地层排水施工过程完成后提升钻杆时进行孔洞加固注浆，整个过程能够一次完成，有效的提升了施工效率。
本发明的实施例1和实施例2都先用水玻璃溶液Ⅰ和磷酸溶液进行土体排水，提高土体的抗渗性，再用水玻璃溶液Ⅱ和水泥浆进行土体固结，改变原土体物理性质并提高土体的抗压强度和抗渗效果，最终使软弱的土层(尤其是砂质、砾质粘性土和砂层)成为抗渗性高、抗压强度高和稳定性高的土体，从而满足设计要求达到土体加固效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。