CN111519603A - 换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置及施工方法，涉及建筑施工技术领域，包括：袖阀管、褥垫层、土工布、底板、支墩、埋管以及土工格栅；所述袖阀管自下而上依次穿过褥垫层和底板；所述土工布位于底板平面位置左右两侧，沿埋管轴线方向布置，并深入至褥垫层下侧的基础中；所述支墩位于底板上方，其上敷设埋管；所述埋管上方回填土中自下而上依次布置若干层土工格栅。所述施工方法应用所述装置。本发明使得埋管处的工后沉降大幅减小，使得埋管处易于发生不均匀沉降的现象得到有效遏制，进而大幅减小了埋管发生渗漏、破裂等现象的概率，使埋管在运行期内的运维成本大大降低。

Description

换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置 及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置及施工方法。

背景技术

当建筑建造在软土地基上时，地下水位线一般较高，地基承载力多数较低，故建筑物地基一般需进行软基处理，使得地基土的承载力可满足建筑物的承载力要求。经软基处理后建筑物的工后沉降量一般较小。随着现代建筑功能的日臻完善，建筑中的各种埋管越来越多，埋管按其功能可以分为：电力、通信、燃气、给水、热力、排水等各种类型的埋管，数量也日趋繁多。

常规做法中，埋管基础的典型做法如附图1～2所示，当建筑物建在软土地基上时，为了满足地基的承载力要求，一般需对建筑物下方的软基进行地基处理，从而使处理后基础的承载力满足设计要求。当建筑主体结构施工完成后，进入建筑物管线敷设阶段时，一般在建筑物外侧（如附图2中开挖线以上的埋管区域）埋管10的下方采用“换土垫层法”对埋管10下的软基进行加固。具体地，即先将埋管10下方原覆土挖除，然后换填为压缩率较低的换土垫层13，再在其上敷设埋管10，最后用回填土14进行开挖基坑回填，这种埋管基础施工简单、效率较高，但也存在明显弊端：因建筑主体结构下方处理后基础的沉降较小，故建筑主体结构内埋管10（见附图1）的沉降量相应地较小；而建筑主体结构外侧的“埋管区域”内埋管10因管道所在处地基的承载力较小，故沉降量一般较大，并且经常因该埋管段上层覆土发生固结、沉降等，而使埋管10发生不均匀沉降，当埋管10的沉降量较大时，埋管10经常发生断裂、渗漏等破坏。

上述埋管10在发生了断裂、渗漏之后，对其进行维修一般较为困难，维修时一般需在埋管10破坏位置进行大开挖，维修周期长、费用高。同时因管道停工等给建筑物内使用人员的工作、生活带来诸多不便，由此产生的经济损失往往也较大。

为克服软土地基上敷设地下埋管时，当地下水位较高时，建筑物外侧埋管处经常因上层覆土发生固结、沉降等，而使埋管发生不均匀沉降，当埋管为刚性管道时，因不均匀沉降，埋管经常发生断裂、渗漏等、且埋管的维修工期较长、维修成本较高这一技术难题，故急需通过技术改进等措施来解决所提出的技术难题。

发明内容

为克服软土地基上建筑物或构筑物外围地下埋管因地基处理不当易发生不均匀沉降，从而使管道发生破坏，导致管道开裂、渗漏经常发生，使得地下埋管的运维成本较高等工程难题，本发明通过技术改进等措施来解决所提出的技术难题。

一种换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置，包括袖阀管、褥垫层、土工布、底板、支墩、埋管以及土工格栅；所述袖阀管自下而上依次穿过褥垫层和底板；所述土工布位于底板平面位置左右两侧，沿埋管轴线方向布置，并深入至褥垫层下侧的基础中；所述支墩位于底板上方，其上敷设埋管；所述埋管上方回填土中自下而上依次布置若干层土工格栅。

所述袖阀管在平面上呈矩形或梅花形布置，其上间隔地开有若干排下侧注浆孔和若干排上侧注浆孔。

所述褥垫层由级配碎石组成；所述底板为现浇混凝土结构或预制混凝土结构，其上间隔地开设有可供袖阀管 穿过的孔洞，其上还间隔地布置有可供埋管 敷设的支墩。

所述袖阀管上的上侧注浆孔位于褥垫层 中，所述袖阀管上的下侧注浆孔位于褥垫层下方的基础中。

所述土工格栅的下承层沿埋管中心线向左右两侧下降，坡度i的范围为5°≤i≤30°。

一种换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤一，管道基坑开挖完成，排水沟、排水井等降排水设施设置完成后，先进行管道基坑的排水作业，排水完成之后，在底板平面位置沿埋管截面位置左右两侧边缘处插入土工布，在两侧土工布 之间平面上插入袖阀管，采用袖阀管注浆工艺，将灌浆头探入预埋好的阀管 中，自下而上对下侧注浆孔进行单向灌浆作业，下侧注浆孔全部注浆完成后，停止注浆；

步骤二，下侧注浆孔的注浆强度达到设计强度后，挖除袖阀管之间的软土地基至设计高程，场地平整后进行褥垫层施工，褥垫层夯实、施工完成后，进行底板施工；

步骤三，底板钢筋绑扎、混凝土浇筑施工完成、养护完成后，对排水井进行封井，对底板两侧基坑进行回填，回填高程至与底板顶面高程相同；

步骤四，采用袖阀管注浆工艺，将灌浆头探入预埋好的阀管 中，自下而上对上侧注浆孔进行单向灌浆作业，上侧注浆孔 全部注浆完成后，停止注浆，拔出灌浆头；

步骤五，采用细石混凝土将底板表面的袖阀管封堵，全部封堵完成后，对管道基坑进行原土回填，回填至埋管 顶面1m以上水平面时，平整填土表面，在其上铺设土工格栅，然后再回填原土，回填高度1～1.5m时，再铺设土工格栅。

铺设土工格栅时，先整平下承层，同时注意相邻格栅的搭接，根据现场埋管基坑的实际地基情况铺设土工格栅，铺设完一层后，按照先外后内的原则，依次从外到内用人工将事先准备好的回填料堆入土工格栅上，同时注意回填料的碾压夯实，回填完毕后，按设计的土工格栅纵横坡整平下承层，准备上一层土工格栅的铺设。铺设时，优选地，两层格栅间的间距以1～2m为宜。依次往复，直至回填至原地面高程，从而完成埋管的铺设。

优选地，本发明中注浆法采用袖阀管注浆法。这主要是因为袖阀管注浆法能较好地控制注浆范围和注浆压力，可以实现分段、定量和间歇注浆，又可进行重复注浆，且发生冒浆与串浆的可能性较小，故为了本发明的顺利实施，优选采用袖阀管注浆法。

袖阀管注浆法采用的单向密封阀管除特殊情况下采用钢管外，一般采用的是钙塑聚丙烯制造的塑料单向阀管，其内壁光滑，接头有螺扣，端部有斜口，在阀管首尾相接时保证接头部位光滑，使注浆芯管在管内上下移动方便无阻，其外壁有加强筋以提高抗折能力。塑料阀管分有孔、无孔两种，在加固范围内设置的是有孔塑料单向阀管，在其有孔部位外部，紧套着根据测定爆破压力为4.5MPa的橡胶套覆盖住注浆孔，这样就可保证浆液的单方向运动。优选地，本发明中袖阀管采用φ52mm的PVC管。

本发明解决其技术问题所依据的技术原理：软土地基中地下水位线一般较高，故埋管在施工时，一般需先做降排水施工，工程实践中，较常用的降排水措施即采用“排水沟+排水井”联合处理的方式。

袖阀管注浆法是一种常用的基础加固方法，一般多用于砂砾层渗透注浆、深层土体劈裂注浆等。其通过孔内封闭泥浆、单向密封阀管、注浆芯管上的上下双向密封装置减小了不同注浆段之间的相互干扰，降低了注浆时冒浆、串浆的可能性。当采用袖阀管注浆法对上述设置了“排水沟+排水井”的软土地基进行注浆加固时，因排水井位于加固软基基础的边缘，故往往会在排水井处发生冒浆，另外在距离软基表面较近位置处也会发生冒浆，故一般在对埋管基坑进行软基加固时不采用袖阀管注浆法，转而采用粉喷桩、石灰桩等别的加固方案。

本发明中，通过对埋管基坑中的软基上部采用换填法（即将软土换填为褥垫层），同时在底板平面位置左右两侧，沿埋管轴线方向布置土工布，并将土工布深入至褥垫层下侧的基础中。通过采取上述措施，使得采用袖阀管注浆工艺对埋管基坑中的软基进行注浆加固时，在加固软基的上部和边侧不发生冒浆现象，成功实现了对设置了“排水沟+排水井”的软土基础的注浆加固，进而使得埋管的不均匀沉降现象基本消除。

有益效果: 通过采用本发明的换填联合注浆综合处理方法对软土地基上地下埋管进行地基处理，使得埋管处的工后沉降大幅减小，使得埋管处易于发生不均匀沉降的现象得到有效遏制，进而大幅减小了埋管发生渗漏、破裂等现象的概率，使埋管在运行期内的运维成本大大降低。鉴于我国软土地基上埋管的数量众多，故该装置以及施工方法具有广阔的工程应用前景。

附图说明

图1为现有技术常规做法中埋管基础的处理方法示意图；

图2为图1中A-A的剖面图；

图3为本发明的结构示意图；

附图标记：1-排水沟、2-排水井、3-袖阀管、4-下侧注浆孔、5-上侧注浆孔、6-褥垫层、7-土工布、8-底板、9-支墩、10-埋管、11-土工格栅、12-注浆料、13-换土垫层、14-回填土。

具体实施方式

下面结合附图3，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：如附图3所示，本发明中，通过对埋管基坑中的软基上部采用换填法（即将软土换填为褥垫层6），同时在底板平面位置左右两侧，沿埋管轴线方向布置土工布7，并将土工布7深入至褥垫层6下侧的基础中。通过采取上述措施，使得采用袖阀管注浆工艺对埋管基坑中的软基进行注浆加固时，在加固软基的上部和边侧不发生冒浆现象，成功实现了对附图3中设置了“排水沟+排水井”的软土基础的注浆加固。

基于上述思路，本发明的一种换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置包括：袖阀管3、褥垫层6、土工布7、底板8、支墩9、埋管10以及土工格栅11；所述袖阀管3自下而上依次穿过褥垫层6和支墩9；所述土工布7沿竖直方向布置在底板8两侧，并深入至底板8下侧的基础中；所述支墩9位于底板8上方，其上敷设埋管10；所述埋管10上方回填土14中自下而上依次布置若干层土工格栅10。

如附图3所示，埋管10下设置支墩9，支墩9下设置底板8，底板8承受来自埋管10、支墩9及埋管上层覆土的重力荷载，因底板8下侧设置褥垫层6，通过褥垫层6，底板10及其上层附属物的重力荷载被均匀地分配至每一根袖阀管3上，故大大减小了埋管基础软基发生不均匀沉降的几率。

一种换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置的施工方法，具体包括以下步骤：

1）管道基坑开挖完成，排水沟1、排水井2等降排水设施设置完成后，先进行管道基坑的排水作业，排水完成之后，在底板8平面位置左右两侧、沿埋管10轴线方向插入土工布7，在两侧土工布7之间平面上插入袖阀管3，采用袖阀管注浆工艺，将灌浆头探入预埋好的阀管3中，自下而上对下侧注浆孔4进行单向灌浆作业，下侧注浆孔4全部注浆完成后，停止注浆；

2）下侧注浆孔4的注浆强度达到设计强度后，挖除袖阀管3之间的软土地基至设计高程，场地平整后进行褥垫层6施工，褥垫层6平整、夯实，施工完成后，进行底板8施工；

3）底板8钢筋绑扎、混凝土浇筑施工完成、养护完成后，对排水井2进行封井，对底板8两侧基坑进行回填，回填高程至与底板8顶面高程相同；

4）采用袖阀管注浆工艺，将灌浆头探入预埋好的阀管3中，自下而上对上侧注浆孔5进行单向灌浆作业，上侧注浆孔5全部注浆完成后，停止注浆，拔出灌浆头；

5）采用细石混凝土将底板8表面的袖阀管3封堵，全部封堵完成后，对管道基坑进行原土回填，回填至埋管10顶面1m以上水平面时，平整填土表面，在其上铺设土工格栅11，然后再用回填土14回填，回填高度1～1.5m时，再铺设土工格栅11，依次往复，直至回填至原地面高程，从而完成埋管10的铺设。

上述步骤1）、4）中采用了袖阀管二次注浆工艺，袖阀管注浆法特殊的注浆孔结构使注浆施工时可根据需要灌注任一注浆段，还可进行同一注浆段的重复施工。通过对褥垫层6进行注浆，使褥垫层6与下层注浆孔4加固后的地基、底板8固结为一体，承载力大大提高，同时透水性大大减小，进而使得底板8下的水的浮托力几乎为零，从而使底板8不发生抗浮破坏。

上述步骤5）中通过土工格栅11对上层覆土进行加固，进一步减小上层覆土的固结沉降，从而减小埋管10的不均匀沉降，土工格栅11对上层覆土的加固机理主要在以下三个方面：（1）土工格室对土体的侧向约束作用；（2）土工格室的摩擦作用；（3）土工格室柔性结构层的网兜效应。上述步骤5）中当埋管10上层覆土的填土厚度较小时，可不设置土工格栅11；当当埋管10上层覆土的填土厚度较大时，优选地，在覆土中设置土工格栅，从而使埋管10的不均匀沉降现象大大减少。

综上，本发明的创新点在于：① 通过采用换填法，将基础顶面部分软土换填为褥垫层6，一方面增大了地基的承载力，另一方面使得底板8上的荷载可均匀传递至下部基础，有效减小了下部基础的不均匀沉降；② 通过注浆法，先对基础下部土体进行加固，再对褥垫层6进行二次注浆加固，使得褥垫层6与底板8、下侧加固后的土体固结为一体，使得底板8上的浮托力几乎为零，避免了底板8发生抗浮破坏。通过上述换填法和注浆法的联合应用，使得埋管的不均匀沉降现象得到了基本消除。

需要说明的是，当埋管10刚性管，且为多根时，其施工方法与上述相同；当埋管10为柔性管，单根或多根时，根据设计情况，可不设支墩9，直接将埋管10敷设在底板8上侧。

实施例二：上述实施例一中的底板8和支墩9采用现浇形式，本实施例中，底板8和支墩9采用预制形式，具体地，将底板8、支墩9在预制厂进行分别预制，底板8预制时在其上预留穿装袖阀管3的孔洞，其余施工步骤与实施例一同。

需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。或者说上述实施例仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置，其特征在于，所述装置包括袖阀管（3）、褥垫层（6）、土工布（7）、底板（8）、支墩（9）、埋管（10）以及土工格栅（11）；

所述袖阀管（3）自下而上依次穿过褥垫层（6）和底板（8）；所述土工布（7）位于底板（8）平面位置左右两侧，沿埋管（10）轴线方向布置，并深入至褥垫层（6）下侧的基础中；所述支墩（9）位于底板（8）上方，其上敷设埋管（10）；所述埋管（10）上方回填土（14）中自下而上依次布置若干层土工格栅（11）。

2.根据权利要求1所述的换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置，其特征在于，所述袖阀管（3）在平面上呈矩形或梅花形布置，其上间隔地开有若干排下侧注浆孔（4）和若干排上侧注浆孔（5）。

3.根据权利要求1所述的换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置，其特征在于，所述褥垫层（5）由级配碎石或者粗砂或者陶粒等组成；所述底板（8）为现浇混凝土结构或预制混凝土结构，其上间隔地开设有可供袖阀管（3）穿过的孔洞，其上还间隔地布置有可供埋管（10）敷设的支墩（9）。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置，其特征在于，所述袖阀管（3）上的上侧注浆孔（5）位于褥垫层（6）中，所述袖阀管（3）上的下侧注浆孔（5）位于褥垫层（6）下方的基础中。

5.根据权利要求1所述的换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的装置，其特征在于，所述土工格栅（11）的下承层沿埋管中心线向左右两侧下降，坡度i的范围为5°≤i≤30°。

6.换填联合注浆综合处理软土地基地下埋管不均匀沉降的施工方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一，管道基坑开挖完成，排水沟（1）、排水井（2）等降排水设施设置完成后，先进行管道基坑的排水作业，排水完成之后，在底板（8）平面位置沿埋管（10）截面位置左右两侧边缘处插入土工布（7），在两侧土工布（7）之间平面上插入袖阀管（3），采用袖阀管注浆工艺，将灌浆头探入预埋好的阀管（3）中，自下而上对下侧注浆孔（4）进行单向灌浆作业，下侧注浆孔（4）全部注浆完成后，停止注浆；

步骤二，下侧注浆孔（4）的注浆强度达到设计强度后，挖除袖阀管（3）之间的软土地基至设计高程，场地平整后进行褥垫层（6）施工，褥垫层夯实、施工完成后，进行底板（8）施工；

步骤三，底板（8）钢筋绑扎、混凝土浇筑施工完成、养护完成后，对排水井（2）进行封井，对底板（8）两侧基坑进行回填，回填高程至与底板（8）顶面高程相同；

步骤四，采用袖阀管注浆工艺，将灌浆头探入预埋好的阀管（3）中，自下而上对上侧注浆孔（5）进行单向灌浆作业，上侧注浆孔（5）全部注浆完成后，停止注浆，拔出灌浆头；

步骤五，采用细石混凝土将底板（8）表面的袖阀管（3）封堵，全部封堵完成后，对管道基坑进行原土回填，回填至埋管（10）顶面1m以上水平面时，平整填土表面，在其上铺设土工格栅（11），然后再回填原土，回填高度1～1.5m时，再铺设土工格栅（11），依次往复，直至回填至原地面高程，从而完成埋管（10）的铺设。

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