浅析锚管式土钉墙在基础工程中的施工工艺

摘要：本文分析了锚管式土钉支护结构的一般施工工艺及施工中各工序的施工要点，并重点研究了锚管式土钉支护结构的构造、锚管的加工工艺、锚管的施工、注浆工艺。

关键词：锚管；锚管式土钉支护；施工

中图分类号：TU753

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2011)01-0119-02

1、前言

在基坑支护工程中，如何控制变形和基坑的稳定、如何既经济又台理地施工是一直困扰技术人员的难题。虽然土钉支护有许多优点，但人们也认识到土钉支护有其固有的局限性。例如没有插入深度，不能解决基坑底部的隆起、渗流等稳定性问题，受土体性质影响大，当土层软弱、不能提供有效的抗拔力时不能应用；土体如果没有一定的自立高度则后续施工不能进行。为了克服土钉支护技术的缺点，我国工程技术人员在工程实践中在传统土钉支护技术的基础上发展了多种各具特点的新型的土钉支护技术。锚管式土钉支护是最近几年发展起来的一种新型基坑支护形式。该支护形式已在很多工程中得到广泛应用，取得了良好的支护效果。

2、锚管支护结构概述

锚管式土钉支护是最近几年发展起来的一种新型基坑支护形式。该支护形式已在很多工程中得到广泛应用，取得了良好的支护效果。锚管式土钉墙支护技术，是在需支护的土层中先打入钢花管，经注入水泥净浆或砂浆后使之成为具有一定抗拔力的锚管，然后在支护面设置喷射混凝土挡土层，以形成边坡的支护结构。锚管的工作机理与普通锚杆类似，通过浆体向周围地层的渗透硬化后形成坚实的灌浆体将锚管与周围土层锚固在一起，使锚管锚固段与土体间产生粘结摩阻力，把基坑边壁土产生的主动侧压力传至土层深处。在实际工程中，锚管失效主要表现在沿灌浆体与土层结合处的破坏，因此研究分析灌浆体与地层的结合尤为重要。对于钢锚管，浆液通过管壁孔渗入到地层中硬化后形成多段扩体型锚固体。突出部分的土层对锚管的抗拔作用以及摩阻面积的增大有效地提高了锚管的承载力。另外，浆液在钢锚管中的渗透范围比在传统锚杆中的渗透范围更广，所以更有利于提高土体的整体刚度及稳定性。

3、锚管式土钉支护结构的结构组成

3.1　结构组成

(1)锚管

钢花管采用φ48厚3mm普通钢管制作，前端制成尖状倾角5°～20°。管壁每隔一定距离(0.2-0.5m)钻-φ5-φ10灌浆小孔。锚管一般采用梅花形布置，上下、左右间距一般为0.8-1.5m。

(2)复合加固体

通过压力注浆，使浆体向周围地层渗透硬化后形成坚实的复合加固体将锚管与周围土层锚固在一起，使锚管锚固段与土体间产生粘结摩阻力，把基坑边壁土产生的主动侧压力传至土层深处。

(3)面层

由钢筋网、加强筋及喷射砼层组成。钢筋网常为φ6-φ8@150-250；加强筋纵横联结于各锚管之间，与锚管端部焊牢，将面层承受的荷载传递给锚管。一般采用φ16-φ25Ⅱ级钢筋制作。喷射砼一般为C20级以上，厚80-120mm。

3.2　锚管的选材及加工

3.2.1　锚管的选材

锚管选用DN48x3的无缝焊接钢管，可根据设计确定锚管的长度。通过断料或焊接成所需要的尺寸。

3.2.2　锚管加工工艺

(1)钢管规格：施工中使用同一种规格的无缝钢管，外径48mm，壁厚3mm，钢管出厂长度6-8m，按施工要求长度焊接或断料。钢管搭接方法有两种：一种是车丝扣连接，一种是焊接，考虑到降低成本和施工方便，施工中一般采用焊接。

(2)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。

(3)管壁钻注浆眼：由于钢管在基坑边坡岩土体中要承受抗剪作用，为了减少注浆眼对钢管强度的损害，注浆眼呈螺旋式布置，同一截面上只有一个眼，注浆眼沿轴线间距为30cm，孔眼直径为5-10mm。

(4)钢管焊接：用6根φ16mm的螺纹钢，长度20mm，沿钢管周围均匀分布搭接焊接，用φ3.2mm结构钢电焊条焊接。

(5)焊扩大锥头：头部焊φ89mm，e＝200mm锥头一只或用扁铁焊成蝴蝶头或把钢管加工成扁头以利进土，同时便于注浆时形成蘑菇形扩大头。

4、锚管式土钉支护结构的施工工艺

4.1　施工流程

锚管式土钉支护结构的整个施工流程如图1所示。

4.2　施工工艺操作要点

4.2.1　挖土清坡

土钉支护是一种先开挖后支护的手段，要求土方开挖与其同步进行施工，土方开挖首先要保证足够的边坡土体自稳条件，严禁超挖；其次要与土钉支护密切配合，根据工程土质条件及支护设计，对土方开挖做出如下施工要求：

(1)土方开挖应按设计规定的施工顺序进行，必须按分层开挖深度施工。土方每步开挖深度与土钉每步高度保持一致，即：第一步2.0m深以下每步1.5m深，每步严禁超过1.8m。在完成上层作业面锚管与喷射混凝土以前，不得进行下部地层的开挖。当基坑面积较大时允许在距离四周边坡8-10m的基坑中部自由开挖，但应注意与分层作业区的开挖相协调。当挖至细砂等自稳性差的土层时要减小每步的开挖深度，视自稳能力控制在0v5m-1.0m之间。

(2)当进行土方作业时，严禁边壁超挖或由于其他情况造成边壁土松动，基坑的边壁应预留30-50cm土，宜采用小型机具或铲锹进行人工切削清坡，以保证边坡平整，确保喷射砼的厚度均匀分布且不少于8-10cm。当遇渗、漏水情况时，应立即采取插管或其他措施，确保锚喷面不出现渗、漏水现象。

(3)分层开挖，同步进行支护施工的作业顺序，应保证修整后的边坡能在规定的时间内自立，并在限定的时间内完成支护。即：及时设置锚管或喷射混凝土。基坑在水平方向的开挖也应分段进行，一般可取10-15m，应连续进行作业，尽量缩短边壁土体的时间。对于自稳能力差的土体如含水量大的粘性土和无天然粘结力的砂土必须立即进行支护。

(4)为防止基坑边坡土体发生坍塌，对于易塌的土体可考虑采用以下措施：

①对修整后的边壁立即喷上一层薄砂浆或混凝土，待凝结后再进行钻孔；

②在作业面上先构筑钢筋网并喷射混凝土面层，而后进行钻孔设置土钉；

③在水平方向上分小段间隔开挖；

④先将作业深度上的边壁做成斜坡，待锚管设置后再清坡；

⑤在开挖前，沿开挖面垂直击入钢筋或钢管，或注浆加固土体。

4.2.2　锚管{钢花管)施工

a)锚管施工前，应按设计要求定出孔位并作出标记和编号。孔距的允许偏差不大于100mm。成孔过程中遇有障碍物需调整孔位时不得损害支护原定的安全程度。

(2)施工过程中应做好记录，按锚管编号逐一记载取土的特征，应将取出的土体与初步设

计时所认定的加以对比，发现有较大偏差时须及时向设计单位反映，待修订方案后再施工。

(3)锚管采用气动冲击锤施工，如图2所示。当土质情况较好时，可先打入锚管，后喷射混凝土：当土质情况较差时，应先喷射第一层混凝土，使坑壁稍作稳定后，再打八锚管。锚管打入时要保证位置和方向准确，防止高低参差不齐、相互交错。锚管不够长时需分段打入，打入一段接一段，接长采用周边帮条焊对接。

(4)锚管施工过程中及施工完成后要进行施工质量检查，对于孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土现象应立即处理。成孔后应及时注浆。

(5)锚管用普通无缝钢管制作，在锚管管壁对应设置喷浆口，以利于浆液扩散；并将花管底端做成尖靴状利于其刺入地层。

4.2.3　注浆

注浆分第一次常压注浆和第二次分段劈裂注浆。

(1)一次常压注浆

①清孔：钢花管置入土体后，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，然后进行第一次注浆。

②注水泥浆：一次注浆水灰比0.5，水泥浆从锚管底向外灌注，利用水泥浆将锚管中的气体等排出管外，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。

③封孔：封孔是将钢管端部一定长度，管壁与孔壁之间空隙进行密封处理，防止二次劈裂注浆时，浆液从此处冒出，封孔方法：先将钢花管0.5m深的土层清除，清理半径约比管径大15.0-20.0cm。清理好后，用水泥袋或棉纱围着钢花管填塞至孔口以下2-3m，并用钢钎沿钢管四周插捣密实。配制水玻璃溶液(水玻璃：水=1：0.5)和水泥浆浆液(水灰比0.45)，然后按水泥浆液：水玻璃溶液为1：0.5-0.6的体积比将双液混合搅拌均匀倒入孔内1.5-2.0m深，经1―2分钟后，双液凝固，上部再用1：2水泥砂浆封孔。

(2)二次分段劈裂注浆

一次注浆后10-12小时开始进行二次劈裂注浆，水灰比为0.7-0.8。

①劈裂注浆管制作：取壁厚2.0-2.5mm的(D 22mm镀锌钢管，长1.5m或2.0m一节，用管接头连接，最下一节注浆管距端头0.5m范围内梅花形布置出浆眼，孔径5mm。

②孔口劈裂注浆密封压盖加工制作：用厚5mm的钢板，加工成直径(D130mm的圆盘状压盖，对径开两个可穿过中12mm的孔，与钢管上压盖螺母联接作为密封构件；中间开一个可穿过φ22mm钢管的孔，取一节长度20cm的(D22mm钢管，两端车丝扣，两头等长焊接在压盖上；在钢板中任意地方开一个直径(D 6mm螺丝孔，配好螺栓，先作注浆时排气，排气后用螺栓拧紧密封。用厚度3mm的硬橡胶皮，切割成圆环状密封，垫在压盖下作密封用。

③劈裂注浆：劈裂注浆从孔底向上进行，先将注浆钢管伸入到锚管底端附近，安装密封盖，连接高压注浆管，打开排气阀，逐渐加压注浆，排出管内气体或残留水，当排气阀流出水泥浆液时，将排气阀封堵，继续加压注浆，注意观察、记录注浆量和孔口压力表压力的变化。当出现如下情况中之一时即停止注浆：

i孔口周围或边坡地表出现冒浆；

ii压力持续过大，注浆量不增加或增加很少；

iii注浆时间已接近45分钟f浆液初凝)；

iv孔口密封冲开。

作好注浆记录即结束第一段劈裂。

④依次提升注浆管进行另一段劈裂注浆：第一段劈裂后，打开孔口密封盖，拆卸一节注浆管，并检查注浆管内水泥浆是否凝结堵塞，如有，立即将管拔出，用高压水冲洗注浆管，并稀释钢花管内沉浆，保证注浆管畅通及浆液扩散，然后重新安装好密封盖，进行下一段注浆。

⑤注浆完毕后，立即用清水冲洗注浆泵和管路，以防管内浆液凝固，保证管路畅通。

4.2.4　编网

(1)钢筋网片可用焊接或绑扎而成，网格允许误差±10mm。钢筋网铺设时每边的搭接长度应不小于300mm，并不少于2个绑扎点，如搭接方式采用焊接，则搭接长度应不小于网筋直径的10倍。

(2)每层土钉用φ14钢筋设一道横向通筋，通筋与主筋再焊接牢固。

(3)钢筋网与土体之间采用砖头碎块隔开，网片保护层厚度不小于30mm。

4.2.5　喷射混凝土面层

(1)在喷射混凝土前，面层内的钢筋网片应牢固固定在边壁上，以符合规定保护层厚度的要求。钢筋网片在混凝土喷射下应不出现振动。

(2)喷射混凝土强度为C20，粗骨料最大粒径不宜大于12mm，水灰比不宜大于0.5。

(3)喷射混凝土应分段进行，同一分段内混凝土喷射顺序至上而下，依次喷射厚度不宜小于40mm。

(4)喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为0.8―1.2m。

(5)喷射砼厚度为10cm。

(6)喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间依据环境条件一般为3d-7d。

喷射面应预先设置标记以控制砼层厚度。喷射时，喷嘴应按螺旋形轨道，一圈压半圈的方式沿横向移动，层层射捣使混凝土均匀密实，使喷层表面有较好的平整度。喷垂直面，喷嘴与被喷面尽量保持垂直，以减少回弹。喷嘴与被喷面距离一般为0.8-1.2m。每次喷射厚度，以喷射混凝土不下坍为准。一般分二次(喷射)完成，头遍先将加强钢筋全部覆盖，在混凝土初凝后再进行第二遍喷射，并找平至规定厚度。在喷射混凝土终凝后2h，即应喷水养护，每天至少三次，时间不少于7d，防止早期脱水、产生收缩裂缝。

5、结束语

基坑支护技术经过几十年的发展已经趋于成熟，但岩土工程本身是复杂和多样的，锚管支护技术虽然解决了复杂地层难于成孔等难题，但还会有更具有挑战性的问题等着我们去解决。故开发和探索新技术，既能发挥已有技术的优势又能克服新的难题是我们努力的方向。

此外，锚管式土钉支护技术已经在工程中得到较广泛的应用，但其设计和工法还有待改善和提高。望在以后的工程实践和研究中能形成一套较完善的规范来指导工程设计和施工时亟待解决的问题。

参考文献：

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