回填土边坡钢花管注浆喷锚支护技术的应用

【摘要】：钢花管注浆喷锚支护作为锚杆支护结构优化的一种方法,它的基本原理与锚杆稳定土体的原理相似，即借助于钢花管注浆后锚固于土体内,挂网喷锚后成为一个整体,将滑动区所产生的拉力传到稳定区,进而提高土层的抗剪强度,且在滑动面上加固材料可借助于土层提供的被动土压力,产生剪力和弯矩以抵抗主动区的滑动,达到稳定开挖面的目的。基坑土体开挖时所产生的不平衡主动区土压力通过混凝土面层和钢花管锚固体,最终均由钢花管锚杆承担,开挖边坡的基坑隆起及整体稳定性也最终通过钢花管对土体的加固来实现。

【关键词】：回填土边坡；钢花管；边坡支护

中图分类号： U213.1+3 文献标识码： A

工程概况

中国南方电网超高压输电公司贵阳局生产指挥控制中心边坡钢管固结灌浆工程位于公交公司与计生所之间。原设计为土钉挂网喷浆，在现场开挖基坑时发现,土钉支护范围内土层内含大量石块、灰土、粗砂、粘性土等,成分复杂,结构松散不均。按原设计施工时锚杆钻机钻孔时,遇杂填土中砖瓦碎块、灰渣石块等时极易卡钻,导致钻杆无法拔出,遇砂层时坍孔无法成孔。根据现场条件,将边坡支护方案进行了优化,采用钢花管注浆替代锚杆钢筋边坡支护方案解决锚杆在垃圾回填土地层中不能顺利成孔的施工弊端。 

灌浆加固处理要求：钻孔间距控制在1500mm范围内。钻孔直径为110mm，灌浆用水泥为42.5普通硅酸盐水泥。采用压力灌浆的方式，灌浆压力控制在0.1Mpa～1.0Mpa之间。

工艺原理

钢花管注浆喷锚支护作为锚杆支护结构优化的一种方法,它的基本原理与锚杆稳定土体的原理相似。即借助于钢花管注浆后锚固于土体内,挂网喷锚后成为一个整体,将滑动区所产生的拉力传到稳定区,进而提高土层的抗剪强度,且在滑动面上加固材料可借助于土层提供的被动土压力,产生剪力和弯矩以抵抗主动区的滑动,达到稳定开挖面的目的。基坑土体开挖时所产生的不平衡主动区土压力通过混凝土面层和钢花管锚固体,最终均由钢花管锚杆承担,开挖边坡的基坑隆起及整体稳定性也最终通过钢花管对土体的加固来实现。

施工工艺流程及操作要点

基坑开挖前先施做坡顶截水沟,在基坑四周地表修筑排水明沟,防止地表水渗流进基坑内,基坑开挖时,按照“分层开挖、分部支护、稳扎稳打、逐步成形”的原则,做好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个施工控制要点,基坑分6层开挖,并严格控制每层开挖高度。每层土方按照“先中间成槽后向两边扩展”的顺序开挖。每层土方开挖完成后,首先采用小型机械或铲锹对坡面进行切削清坡,然后喷射20mm厚第一层混凝土。在上层钢花管锚固注浆完成,喷射砼强度达到设计强度的70%以后,再进行下一层土方开挖。

钢花管固结灌浆施工工艺流程

图1钢花管固结灌浆施工工艺流程

制浆

固结灌浆用水泥浆液为普通水泥浆液。

小于或等于1：1的普通水泥浆液，必须加入高效减水剂，并以水溶液状态加入。普通水泥中掺量为水泥重量的0.5%， 0.8：1浆液掺量为水泥重量的1.4%。

固相制浆材料采用重量称量法，称量误差应不大于5%。

浆液必须搅拌均匀。普通搅拌机搅拌时间不少于3min；高速搅拌机转速应大于1200r/min，搅拌时间不少于30s。浆液在使用前用筛过滤，输送浆液的管道流速控制在1.4-2.0m/s;

浆液自制备至用完时间：普通水泥浆液使用时间不超过4h。各类浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度和粘度等参数，并作记录。

制浆严格按照《浆液配合比表》配制浆液，同时做好《水泥灌浆集中制浆记录表》。为保证计量准确，水泥一般按成袋加入。

管材加工

采用φ48壁厚3.0mm钢管,管身布置梅花形注浆孔,注浆孔间距100mm×100mm,径向旋转450钻孔,孔径大小6～8mm（如下图所示)。

图2压浆固结钢管大样图

钢花管安装

由于基坑内土层内为人工回填土,主要为灰渣、石块、灰土、黏性土等组成,成分复杂,结构松散,直接采用冲击锤顶入钢花管施工难度较大,钢花管入土长度、角度、间距也无法满足设计要求和允许偏差,施工时按照钢花管设计角度及布置间距,采用地勘钻机成孔,然后将钢花管冲击顶进到孔内。

图3现场钢花管成孔

注浆

注浆采用搅拌均匀的水泥净浆，注浆压力不小于0.5PMa，注浆时应做好孔口闭浆。注浆前应先洗孔，将孔内残积及松动的废土清除干净，注浆管应插至距孔底不大于500mm。

按设计水灰比配制水泥浆，水泥浆自花管周圈的注浆孔向外灌注，孔口冒浆后方可停止注浆，注浆充盈系数不得小于1。

保证水泥质量，浆液要搅拌均匀充分无团块异物。

注浆后在孔口设置浆塞保证注浆饱满。

5）注浆完成后将浆泵，搅拌机清洗干净。

图4现场注浆

挂网

先将A8的钢筋调直，按边坡形状尺寸取料加工，按网孔25cm*25cm的规格编织好钢筋网，分布要均匀，绑扎要牢固。

编好钢筋网后，与锚杆交接处用1B12钢筋与锚杆焊接牢固，以保证喷射混凝土时钢筋不晃动。

钢筋网必须紧贴混凝土表面，以保证钢筋网保护层厚度。 图5挂网示意图

喷射混凝土面层的钢筋网应符合下列规定：

1）钢筋保护层厚度为60mm。

2）分层分段铺设钢筋网，A8@200mm*200mm，加强筋A12，钢筋网应牢固定在边壁上，边壁上的钢筋网应延伸至地表面。

3）刚筋网搭接采用绑扎，上下段刚筋网搭接长度应大于300mm,水平方向搭接20d，加强筋焊接缝长双面焊大于5d，绑扎搭接长度大于45d。

4）钢筋网与锚杆及加强筋应连接牢固。

5）喷锚喷面采用强度为C20的细砂混凝土。

边坡喷射砼作业

喷射作业前必须对机械设备，风、水管路和电线等进行全面检查及试运转。

采用压力泵将水泥砂浆注入锚孔，注浆时注浆管应插至孔底5～10cm处，随砂浆的注入缓慢匀速拔出。注浆要保证砂浆饱满，不得有里空外满的现象。

喷射混凝土之前，先在基坑边坡表面喷射水泥素浆，以确保喷射混凝土与基坑边坡之间的良好粘结。

埋设控制喷射混凝土厚度的标志，以确保混凝土喷射的厚度，喷射机设置在地面平整的地方。

喷射作业应分段分片依次进行。喷射顺序自上而下；根据地形条件和风向从左至右，或从右至左依次对护坡面进行混凝土喷射。

第一层混凝土的厚度为3～4cm。喷头与受喷面应垂直，宜保持0．6～1．0m 的距离。第二层喷射混凝土应在第一层混凝土终凝后进行。第二次喷射时必须保证厚度和表面的光感。混凝土喷射24 h后浇水养护，以保证混凝土质量。

喷射时，应控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

养护

当最后一次喷射的混凝土终凝2h后，立即喷水养护，每天至少喷水四次。养护时间不少于7d。

在终凝后第一次喷水养护时，压力不宜过大，以防止冲坏喷射混凝土防护层表面。

气温低于＋5 ℃时，不得对护坡面进行喷水养护。

在养护过程中如果发现剥落、外鼓、裂纹、局部潮湿、色泽不均等不良现象，应分析原因、采取措施进行修补，以防后患。

质量及安全措施

灌浆材料质量控制

用于灌浆工程的水泥出厂（或生产）指标及检验资料必须报送监理单位审查。在使用前及使用过程中必须进行的周期性控制试验，由施工承包单位完成。

固结灌浆所用水泥应符合有关设计规定的材料质量标准，要求附有生产厂家的出厂合格证及质量证明书，质量必须符合GB175规范的有关质量标准，每批材料入库前均应按规定进行检查验收，并定期进行抽样检查，不得使用受潮结块的水泥，水泥不应存放过久，出厂期控制在3个月以内，超期水泥必须检验合格后方可使用。

施工过程质量控制

检查各种机具，进行试运行。

准确测定孔位，按照设计的外插角采用钻机钻入，其钻入长度不小于设计管长的95%。

注浆过程中根据地质情况等控制注浆压力，注浆压力一般为0.5MPa，注浆终压为注浆压力的2~3倍，注浆压力应逐步升高，达到终压并继续注10min以上，注浆过程中由专人做好记录。

注浆过程中严格控制注浆压力，防止引起地面隆起。

为保证注浆质量，采取以下措施：

A、确保钻孔深度和角度，做好钻孔记录，为保证注浆效果奠定基础。

B、严格按技术交底作业，按照注浆工艺流程施工，做好注浆记录确保孔口管与管壁之间封闭密实，防止孔口处跑浆。注浆开始时宜采用小流量以免堵塞浆液渗透通道，注浆必须达到设计要求的注浆压力或注浆量方可结束，确保注浆质量。

C、注浆结束后，应综合分析钻孔注浆记录，检查注浆效果，若不能满足要求，则要补注。

D、当进浆量很大而压力长时间不升高时，应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液在岩层裂隙中有相对停留的时间，以便凝胶；有时也可以间歇注浆，但停注时间不能超过浆液凝胶时间。

E、当发生跑浆时，则应缩短浆液的凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液快速凝固，堵塞裂隙。

安全措施

施工前应做好现场的防排水工作，查明周边地下管线，修复渗漏管沟。

施工前、施工中、施工后至地下室回填期间均应对边坡上中下部边坡坡面、周边道路、进行监测，并及时反馈监测结果。

边坡开挖后，应立即进行支护施工，上一层或相邻段边坡的支护工程达到强度后，方进行下一段边坡的开挖、支护施工。

花管成孔施工应严格控制施工用水，避免影响边坡安全。成孔采用地勘钻机成孔。锚杆成孔应比设计深度加深0.5m，成孔后应将孔内土、石屑清除干净。

支护施工应按相关规范要求进行变形观测，安设边坡变形控制观测点，开始施工后立即进行变形观测，做到观测与施工同步进行，并及时通报观测结果，竣工后仍需按有关规定进行观测，施工期间的观测频率为3天/次，竣工后的观测频率按相关施工规范要求进行。

防护栏杆由上下两道横杆及栏杆柱组成，上杆离地高度为1.5米，下杆离地高度为0.5米；在基坑四周的钢管防护栏杆固定时，可采用钢管打入地面50-70厘米深，钢管离坑边距离最小50厘米；防护栏杆必须用密目网自上而下全封闭挂设或设30厘米高的挡脚板。

总结

中国南方电网超高压输电公司贵阳局生产指挥控制中心工程基坑采用钢花管喷锚注浆对边坡进行加固防护,一方面增加了边坡自身防护能力,钢花管替代钢筋土钉,其抗拉强度大大增强,这是不言而喻的;另一方面注浆钢花管在松散回填土体中起到加筋和固结作用,改善了边坡的受力状态,大大提高了深基坑边坡的稳定性,在整个施工过程中,边坡一直处于稳定状态,未出现边坡侧移、开裂现象。

人工回填土未经压实,结构松散不均,成分复杂力学性能差,遇水极易失稳,通过该工程实践证明,在回填土层进行深基坑开挖时,采用钢花管注浆喷锚支护不仅解决了锚杆在人工回填土层中不能顺利成孔的难题,而且充分发挥了钢花管注浆在加固土体方面的优点,达到稳定基坑的目的,大大降低了施工风险。

参考文献

[1] 《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)

[2] 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

[3] 《建筑地基与基础工程施工及验收规范》（GBJ50202-2002）

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[6] 《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22:2005）

[7] 《锚喷支护工程质量检测规程》（MT/5015-96）

[8] 《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002