超深埋隧洞防渗排水措施与衬砌外水压力分布规律

高外水压力是制约超深埋水工隧洞建设的关键性难题之一,以排水孔为中心的综合堵排措施是降低外水压力的主要举措。为克服传统排水孔实体单元法整体网格划分难度大和计算效率较低的问题,首先,基于ABAQUS平台开发了两节点排水孔线单元模型,并验证其在隧洞工程数值模拟分析中的正确性和有效性;其次,建立了考虑防渗排水措施的围岩-衬砌三维有限元模型,研究多种防渗排水措施下的隧洞渗流场及衬砌外水压力分布规律;最后,探讨了防渗灌浆圈与排水孔设计参数对外水压力分布的影响,提出了防渗灌浆圈与排水孔间隔布置的原则。研究结果表明:所开发的两节点排水孔线单元具有较高的精度,在排水孔数目繁多的模型中具有极高效率;排水孔数目越多、深度越大、排距越小,衬砌外水压力越低;排水孔能够有效降低衬砌的外水压力,而防渗灌浆圈降外压能力有限;在排水孔末端间隔一定厚度围岩后再施作防渗灌浆圈,可更有效发挥两者的降压作用。

嵌岩低桩承台锁口钢管桩围堰设计与施工技术

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥为(48+144+320+144+48)m无砟轨道钢箱桁组合梁斜拉桥。桥塔墩位于通航河道内,桥位处河床覆盖层浅,基岩强度高,基础由大直径钻孔桩和矩形嵌岩低桩承台组成,承台采用锁口钢管桩围堰施工方案。G33号主墩围堰平面设计尺寸54.56 m×28.52 m,锁口钢管桩采用Q345B材质∅1020 mm螺旋钢管,长28 m,钢管桩之间采用C-T形锁扣连接;围堰设置4层内支撑,单层内支撑设3道对撑,内支撑四角设型钢斜撑;基底设置混凝土垫层参与围堰结构受力。围堰采用XR360旋挖钻机在岩层中引孔,孔内换填细砂后插打钢管桩,钢管桩壁内、外两侧换填砂采用高压旋喷注浆加固。围堰设置智能化监测系统,对围堰受力、变形等进行实时动态监控。实践证明,该桥围堰结构安全可靠、止水效果良好、施工快捷高效。

高应力大断面巷道围岩注浆加固机理及其应用

为解决高应力大断面巷道服务期间变形严重的问题,利用莫尔-库仑准则和力学平衡原理,开展巷道松动圈注浆加固机理和力学模型分析,采用FLAC3D仿真计算软件对4种不同支护形式进行数值模拟,研究不同支护状态下巷道变形演化规律,并开展现场工程实践。研究结果表明:增加承载层的长度可以有效提高巷道围岩的稳定性,注浆加固可黏合破碎岩体,形成骨架结构;分层掘进可减小巷道围岩自由面,从而减缓应力释放速度;滞后注浆可在应力基本释放后对破碎岩体进行最大程度的黏合加固,加固后的松动圈形成整体结构后配合锚杆索支护,能够有效减少围岩破坏以及塑性区发育。实践证明:采用“分层掘进+滞后注浆+锚索补强”支护方案后,掘进期间,顶底板最大移近量约为50 mm,两帮最大移近量约为140 mm,底鼓量约为75 mm;5303工作面回采期间,顶底板最大移近量约为125 mm,两帮最大移近量约为350 mm,底鼓量约为173 mm,虽然回采期间巷道变形量较大,但整体变形可控,能满足深部大断面巷道支护要求。“分层掘进+滞后注浆+锚索补强”支护方案能够有效解决高应力大断面巷道严重变形问题,可在类似地质条件的矿井推广。

高压喷射注浆桥梁纠偏影响因素显著性分析

采用高压喷射注浆联合应力释放的方法,对已偏移桥梁墩台进行纠偏是一项切实可行的技术措施。为提高桥梁纠偏效率,快速恢复高速铁路正常安全运营,在分析高压喷射注浆桥梁纠偏原理基础上,建立了桥梁纠偏理论模型;基于弹性地基梁理论,推导了桥墩顶部位移计算解析式,分析了影响桥梁纠偏效率的主要因素;通过正交试验设计方法,探讨了桥梁纠偏影响因素的显著性,并以现场典型工程案例进行了验证。结果表明:影响桥梁纠偏效率的主要因素为土体地基系数、超孔隙水压力和注浆施工深度。施作应力释放系统后土体地基系数减小,桥墩日纠偏量由0.42 mm快速增至1.04 mm,增幅为148.8%;注浆压力由20 MPa增至25 MPa,产生的超孔隙水压力增大,桥墩日纠偏量由0.39 mm增至0.86 mm,增幅为118.2%;注浆施工深度由19 m增至24 m,桥墩日纠偏量由0.24 mm增至0.40 mm,增幅为69.5%。土体地基系数对桥梁纠偏效率的影响最显著,其次为高压喷射注浆产生的超孔隙水压力,注浆施工深度的影响最小。研究成果可为提高桥梁纠偏效率提供理论依据。

高压岔管衬砌混凝土施工期温控防裂研究

高压岔管承受高压水和高速水流冲刷,为了满足这一结构和工作特点,混凝土常采用泵送混凝土,利用其强度高的优点,但其温升高、弹性模量大,且一般是早强混凝土,容易产生温度裂缝。针对这一问题,以阳江抽水蓄能电站高压岔管为例,结合结构和材料特点,借助三维有限单元法,对高压岔管施工期的温度应力进行研究,筛选温控防裂措施。计算结果表明,高压岔管分缝长度对防裂影响显著,同时降低入仓温度,采用内部通水降温,可起到更好的温控防裂效果。高压岔管混凝土在有通水冷却措施条件下,浇筑温度控制在26℃以内,最小安全系数可达1.50以上,可作为工程现场浇筑施工方案。

三轴搅拌桩组合高压旋喷桩入岩落底式止水帷幕施工技术

某房建深基坑工程支护形式采用排桩+落底式止水帷幕,场地地质条件上部为富水深厚砂层,下部为强风化岩层,止水帷幕需穿透强风化岩0.5 m,以隔断强透水层。通过对地质情况及现有设备条件分析,采用大功率桩机先行施工三轴搅拌桩,养护后进行桩体质量抽芯验证,再针对不同缺陷程度采用高压旋喷桩分别进行补强的组合工艺施工止水帷幕。基坑开挖结果表明,该落底式止水帷幕效果良好,能有效隔断强透水层,与灌注排桩结合形成深基坑支护结构体系具有较高的经济性、适用性。

极高水压下微裂隙竖井井底车场硐室堵水注浆施工关键技术——以大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井为例

为有效解决极高水压下微裂隙狭小硐室安全掘进中突水淹井的施工难题,依托大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井井底车场硐室超前堵水施工,针对竖井极高水压(7.6 MPa),地层蒙脱石含量高、可注性差,井底排水能力有限,注浆堵水难度大、要求高等特点,在钻注设备选型配套和设备拆卸吊装、极高水压防突措施、超前堵水启动和结束标准制定等方面进行现场试验研究与应用,得出以下结论:1)提出极高水压下微裂隙深大竖井井底车场超前堵水注浆“合理步距、封堵水流;由外到内、环环相扣;间隔跳孔、锁定水源;增加补孔、局部加强”的原则;2)定制大功率窄体履带式液压钻机并配置无级变速超高压低流量双液泵,满足狭小空间钻机反复拆、吊快速安全施工;3)采用溶液型的改性脲醛树脂,以2~3倍静水压力作为注浆终压,有效解决了地层可注性差的问题,达到了较好的堵水效果;4)通过原位压水试验预测前方涌水量并结合井内实际抽排能力,明确“以堵为主、限量排放”的治水原则,利用钻孔压水试验计算渗透系数并以此来制定超前注浆启动标准,以达到注浆效果的渗透系数确定堵水结束标准;5)确定注浆最优循环长度为25 m,综合施工效率达到最高。

运营高铁高压喷射注浆桩桥墩纠偏技术

以广珠城际铁路沙朗特大桥为研究对象,基于弹性地基梁原理,利用高压喷射注浆桩的喷射压力进行桥墩及桥台的纠偏,建立高压喷射注浆桩的桥墩纠偏联动装置模型,提出纠偏技术并得到成功应用。实施结果表明:通过高压喷射注浆桩纠偏后桥梁及轨道结构状态稳定,为恢复桥梁正常使用功能,对偏移量大于5 mm地段桥墩原则上应进行纠偏处理,对偏移量小于5 mm地段桥墩结合前后墩台偏移值进行判定。

陈四楼煤矿地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术

为了进一步提高极复杂地质构造下矿井底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决矿井区域水害治理过程中面临的太原组上段灰岩含水层岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔工程量大、施工工期长等安全技术难题,通过分析矿井近年来区域治理后工作面底板出水案例及特征,提出了地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术。以陈四楼煤矿南翼九采区2901、2903试验工作面开采为背景,选取了L8灰岩含水层作为目标层位,设计了地面定向孔组的技术参数,并通过现场试验测试分析了治理前后的二2煤底板水压和各钻孔的吸水率。结果表明:注浆后各钻孔的吸水率呈现明显的下降趋势,Z2和Z3孔组钻孔平均吸水率分别下降97%和94%,经过定向钻孔超前注浆加固底板太原组上段灰岩后,岩溶裂隙得到了有效充填;治理后区内太原组上段L8灰岩内水压下降至1.2~4.2 MPa,且水压分布不再与地层埋深吻合,多呈孤岛状,太原组上段L8灰被改造为等效隔水层,底板突水系数下降至0.023~0.057 MPa/m。技术成功应用实现了极复杂地质构造下强突水危险性工作面的安全高效回采,为同类矿井相似型综采面的底板岩溶水害防治,探索出了一套新的方法。

基于高压旋喷桩的超限深危基坑加固技术优化与应用效果

为提高超限深危基坑材料修复加固的效果,提出基于变形监测的超限深危基坑材料修复加固措施研究。在变形监测数据的基础上,以高压旋喷桩技术进行基坑修复加固。通过进行施工准备、桩位放样、钻机就位及钻孔、灰浆制作、旋喷和复搅、冲洗及移动设备等一系列步骤完成高压旋喷桩技术对于超限深危基坑的修复加固。结果表明,采用所提方法深基坑沉降变形小,在降雨较少的春季,其沉降值在0.24 cm以下;在降雨较多的秋季,其沉降值在0.90 cm以下,均严格控制在规定值以内。所提方法可满足超限深危基坑加固工程施工处理需要,能有效完成对基坑的修复加固处理,提高基坑加固工程质量,为基坑加固提供可靠价值参考。

高压喷射注浆技术用于高铁桥梁纠偏的可行性分析

我国高铁在长期运营过程中,受周边环境变化及人类工程活动等多种因素影响,部分线路桥梁地段出现了较大的横向偏移,严重影响列车正常安全运营,亟需进行纠偏整治。在分析高压喷射注浆桥梁纠偏原理基础上,建立桥梁纠偏理论计算模型,基于弹性地基梁理论,推导高压喷射注浆纠偏情况下,基桩挠度、转角、弯矩和剪力的微分方程,以及桥墩顶部位移计算解析式;通过对比桥墩顶部位移计算值与线路实际偏移量,分析高压喷射注浆技术用于桥梁纠偏的可行性,并以现场典型工程案例纠偏效果进行验证。研究结果表明:桥墩顶部位移与地层土体地基系数和高压喷射注浆产生的超孔隙水压力有关,当土体地基系数和超孔隙水压力分别取1 MPa/m和80.3 kPa时,桥墩顶部的理论计算位移为81.8 mm,远大于常见运营高铁无砟轨道线路实际偏移量;采用某高铁松江特大桥桥梁纠偏工程中,现场实测超孔隙水压力均值30.4 kPa计算的桥墩顶部位移为6.4~31.0 mm,其均值也大于线路最大偏移量18.2 mm,表明高压喷射注浆技术用于桥梁纠偏理论上可行;纠偏完成后桥梁及轨道结构状态稳定,线路线形平顺,恢复常速运营多年未见异常,理论和实践证明采用高压喷射注浆方式进行桥梁纠偏是一项切实可行的技术措施。

前撑式倾斜高压旋喷桩高精度内插型钢关键技术

为了适应绿色支护结构的时代发展需求,前撑式倾斜高压旋喷桩内插型钢内支撑应运而生。为了确保前撑式倾斜高压旋喷桩内插型钢内支撑的适用性,研发了斜插型钢导向装置。斜插型钢导向装置能够实时测量、调整型钢插入角度,使型钢插入角度误差在±1°以内,确保高压旋喷桩与型钢的侧阻力,提高了倾斜内支撑的刚度,保证了基坑安全。该内支撑型式适用于一层地下室基坑,与发挥同样功能的其他基坑支护结构相比,缩短50%工期,节约45%成本,没有泥浆和建筑垃圾,是一种绿色支护结构,值得推广。

高压旋喷桩在公路养护中的应用

G22青兰高速公路平定段、G30连霍高速宝天(天水过境)段及G70福银高速凤长段通车运营多年,部分路段发生较为严重的路基沉降病害。经调查研究,最终采用高压旋喷桩对沉降严重路段进行加固,加固处理完成一段时间后,再次对路基进行沉降检测,其沉降值满足要求,证明高压旋喷桩对路基沉降处治效果明显。

软基加固综合技术的应用

我国东南沿海地区的快速建设发展,增加了对疏浚土、海相土、吹填土等软土地基进行加固处理的需求。其中土工格室与高压旋喷桩作为两种在其他类型工程中应用较为成熟的工艺,适用于黏土、粉质黏土、淤泥质黏土等土质的加固。本文案例分别采用土工格室换填垫层工艺及高压旋喷桩工艺两种综合技术完成对软土地基的加固,设计计算理论值与现场实践结果皆表明工艺的适用性及效果。结果表明:三层土工格室换填垫层地基总沉降量为29 mm,格栅加筋褥垫层与高压旋喷桩工艺地基总沉降量为17 mm,这两种综合性工艺适用于复杂、狭窄施工环境的软基处理工程,能够在短期内快速提高浅层地基的承载力,并将沉降控制在正常使用的要求范围,为后续同类项目的工艺选择提供了可行方案。

超深大直径旋喷桩垂直度检测及控制研究

旋喷桩施工深度的增加不仅意味着地层条件更加复杂,也给旋喷桩的垂直度控制增加难度。以某锚碇区域深层地基处理项目为例,结合超深大直径旋喷桩施工关键质量控制手段,同时引入自寻北光纤陀螺仪垂直度偏差检测技术,对旋喷桩施工不同阶段的垂直度检测以及控制措施进行了分析。在分析深层超高压旋喷桩垂直度的影响因素的基础上提出了不同施工阶段旋喷桩垂直度的控制措施,旋喷桩垂直度受引孔施工和旋喷施工两个过程影响,具体影响因素包括地层条件、引孔机械及配套设备、引孔钻进工艺以及旋喷钻杆等多个方面,由此提出了一系列的针对性措施。试验结果表明,多种手段的结合能够有效使得深层地基加固旋喷桩施工垂直度达到设计要求以及质量控制指标。

北京市丰台区某基坑工程几种地下水控制方案对比分析

依据2018年实施的《北京市建设工程施工降水管理办法》关于降止水的有关要求,目前,北京市地下水控制方案主要以高压旋喷止水帷幕、地下防渗墙和水泥搅拌桩等方法进行施工。以丰台某在施基坑支护工程为例,基坑支护设计为考虑地下水影响,但2019年永定河进行生态补水导致地下水位快速上涨,且地层中卵石层较厚,透水性较强,地下水流动性大,需对支护结构有较大影响的地下水位上涨问题采取措施,现场进行了刚性袖阀管和高压旋喷桩的实验性施工,并对地下防渗墙施工方案进行可行性分析。因该工程地层情况复杂,隔水层较深且卵石层透水性较强,刚性袖阀管施工方法的止水效果较差。卵石层还有较多的孤石未在勘察工作中发现,且卵石层较厚导致高压旋喷桩施工工期较长。因在施的基坑支护工程已经施工了第一道锚杆和全部支护桩和冠梁,综合考虑安全、工期、经济和保护现有已施工支护结构等因素确定该工程地下水控制方案为混凝土地下防渗墙结合高压旋喷桩的地下水控制方案。其分析过程及结果对类似地层情况及地下水位突然上涨的工程有一定的参考意义。

水库病险坝防渗加固施工中高压喷射灌浆的设计及施工技术

本文以某水库病险坝的防渗加固处理为例,探究了高压喷射灌浆的设计方案和施工技术。以P.O42.5水泥和水按照水灰比1:1.5配制后,掺入泥浆质量2%~3%的外加剂,提高灌浆材料的速凝和抗渗性能。计算灌浆量和孔距等参数后,选择“三管法”进行高压喷射灌浆施工。在施工结束30天后,从灌浆区域内钻芯取样并检测芯样的性能指标,抗压强度在1.85~2.50 MPa之间,芯样密度在1.72~1.91 g/cm3之间,符合水库病险坝的除险加固和防渗要求。

高压旋喷桩在深基坑止水帷幕中的应用

在深基坑中项目,尤其在大型和高层建筑中,深基坑支护施工是极为重要的环节;其防止水渗漏更是施工中最应当注意的问题,也是地下工程建设中最重要的问题之一。本文主要论述高压旋喷桩在深基坑止水帷幕中的应用。

高压旋喷注浆在预应力管桩桩身缺陷处理中的应用

预应力管桩广泛应用于各类工程建设中,但在实际工程中经常会因为地质、施工等因素造成桩身缺陷,缺陷的修复效果直接影响到后期的施工进度、施工成本等。通过几种预应力管桩修复手段的机理入手,结合实际预应力管桩修复工程案例,根据桩身缺陷修复前后试验结果对比,得出高压旋喷注浆对于预应力管桩桩身缺陷修复具有良好效果。

直斜组合高压旋喷桩基础抗压承载性能数值试验研究

山地区域高压线铁塔基础施工具有难度大、周期长、成本高、机械化施工程度低等特点。为提高塔基基础施工效率,本文提出了一种新型的塔基基础形式——直斜组合高压旋喷桩。利用有限元软件PLAXIS 3D对直斜组合高压旋喷桩基础的竖向承载性能及桩身内力演化规律开展数值试验研究。研究结果表明:1)斜桩倾角相同时,桩身弯矩变化规律基本相同,其最大弯矩值位于桩顶附近且随桩长径比的增加而减小;2)竖向荷载作用下,直桩的轴力大于斜桩;3)桩长径比相同时,直斜组合高压旋喷桩基础抗压承载力随斜桩倾角(0°、10°、20°)的增大而呈非线性递增关系;直斜组合高压旋喷桩基础竖向承载性能较好,值得推广与应用。