鋼花管注漿噴錨代替土釘墻施工技術(shù)的探討

柴小林

（中鐵二十局集團(tuán)第五工程有限公司，云南 昆明 650200）

1 前言

隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的城市展開(kāi)了地鐵建設(shè)。在地鐵明挖車(chē)站施工中，車(chē)站主體基坑的支護(hù)形式直接決定著基坑的施工安全。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中遇到城市垃圾土回填地層，傳統(tǒng)的土釘墻支護(hù)技術(shù)很難進(jìn)行土釘?shù)某煽谆蝈^入。鋼花管注漿噴錨技術(shù)利用沖擊鋼花管打入土體后注漿掛網(wǎng)噴射混凝土，既克服了在垃圾土回填地層中無(wú)法成孔置筋（土釘），也有效地發(fā)揮了加筋(鋼花管)和壓力注漿加固土體穩(wěn)定的作用，以達(dá)到穩(wěn)定基坑的目的。

2 工程概況

西安市地鐵一號(hào)線 ? 河車(chē)站位于西安市?河?xùn)|岸、長(zhǎng)樂(lè)東路南側(cè)，東三環(huán)半坡立交的西南角。該車(chē)站為地下三層雙柱三跨島式車(chē)站，車(chē)站長(zhǎng)度134.6m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度約21m，車(chē)站底板埋深約22.31m，頂板覆土厚度約2.9m。車(chē)站采用明挖法施工，基坑圍護(hù)采用放坡和地下連續(xù)墻結(jié)合的支護(hù)方案?；由喜考s6.56m范圍內(nèi)采用放坡開(kāi)挖，坡度為1：0.36，采用土釘墻支護(hù)。基坑開(kāi)挖和土釘墻施工自上而下分段分層進(jìn)行施工，邊開(kāi)挖工作面邊修整邊坡。在噴射第一層混凝土后，安設(shè)鉆機(jī)鉆孔或采用洛陽(yáng)鏟打孔，梅花形布置孔位，成孔后安設(shè)土釘鋼筋，然后向孔內(nèi)壓注水泥漿，壓注結(jié)束后綁扎鋼筋網(wǎng)并噴射第二層混凝土。

土釘墻支護(hù)支護(hù)參數(shù)（見(jiàn)圖1）：

邊坡坡度：1：0.36

成孔直徑：120mm，成孔角度18°；

土釘鋼筋：長(zhǎng) 6～8m、Φ14～Φ22的螺紋鋼；

注漿壓力：0.4～0.6MPa；

網(wǎng)片：φ8@150mm；

噴射混凝土：10cm厚C20混凝土；

3 鋼花管注漿噴錨代替土釘墻原因

圖1 土釘墻剖面圖

在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖基坑時(shí)發(fā)現(xiàn)，土釘支護(hù)范圍內(nèi)土層包括雜填土、粗砂層及卵石土，內(nèi)含大量磚瓦碎塊、灰渣、石塊、灰土、粗砂、粘性土等，成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散不均。按原設(shè)計(jì)施工時(shí)，人工洛陽(yáng)鏟打孔時(shí),遇雜填土中磚瓦碎塊、灰渣石塊時(shí)無(wú)法打入，遇砂層時(shí)坍孔又無(wú)法成孔；用機(jī)械鉆孔時(shí)，遇雜填土中磚瓦碎塊、灰渣石塊等時(shí)極易卡鉆，導(dǎo)致鉆桿無(wú)法拔出，遇砂層時(shí)坍孔無(wú)法成孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，將邊坡支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化，采用鋼花管注漿替代土釘墻鋼筋邊坡支護(hù)方案解決土釘墻在垃圾回填土地層中不能順利成孔的施工弊端。

4 鋼花管注漿噴錨支護(hù)技術(shù)原理

鋼花管注漿噴錨支護(hù)作為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種方法，它的基本原理與土釘墻穩(wěn)定土體的原理相似。即借助于鋼花管注漿后錨固于土體內(nèi)，掛網(wǎng)噴錨后成為一個(gè)整體，將滑動(dòng)區(qū)所產(chǎn)生的拉力傳到穩(wěn)定區(qū)，進(jìn)而提高土層的抗剪強(qiáng)度，且在滑動(dòng)面上加固材料可借助于土層提供的被動(dòng)土壓力，產(chǎn)生剪力和彎矩以抵抗主動(dòng)區(qū)的滑動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)定開(kāi)挖面的目的?；油馏w開(kāi)挖時(shí)所產(chǎn)生的不平衡主動(dòng)區(qū)土壓力通過(guò)混凝土面層和鋼花管錨固體，最終均由鋼花管錨桿承擔(dān)，開(kāi)挖邊坡的基坑隆起及整體穩(wěn)定性也最終通過(guò)鋼花管對(duì)土體的加固來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5 施工方法及工藝流程

基坑開(kāi)挖前先施做坡頂截水溝，在基坑四周地表修筑排水明溝,防止地表水滲流進(jìn)基坑內(nèi)，基坑開(kāi)挖時(shí)，按照“分層開(kāi)挖、分部支護(hù)、穩(wěn)扎穩(wěn)打、逐步成形”的原則，做好“分層、分步、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”五個(gè)施工控制要點(diǎn)，基坑分6層開(kāi)挖，并嚴(yán)格控制每層開(kāi)挖高度，基坑第一、二層開(kāi)挖高度為1米，第三、四、五層開(kāi)挖高度為1.4米。每層土方按照“先中間成槽后向兩邊擴(kuò)展”的順序開(kāi)挖（圖2）。每層土方開(kāi)挖完成后，首先采用小型機(jī)械或鏟鍬對(duì)坡面進(jìn)行切削清坡，然后噴射20mm厚第一層混凝土。在上層鋼花管錨固注漿完成，噴射砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以后，再進(jìn)行下一層土方開(kāi)挖，同時(shí)在基坑開(kāi)挖防護(hù)過(guò)程中，充分考慮地下水對(duì)基坑穩(wěn)定的影響因素，在基坑四角及中部每隔20～30m設(shè)置集水井，將在基坑內(nèi)地下水流匯集于積水坑內(nèi)，并及時(shí)采用抽水泵排出基坑外。

圖2 車(chē)站基坑開(kāi)挖橫斷面圖

圖3 鋼花管?chē)婂^支護(hù)施工工藝流程圖

5.1 注漿鋼花管施工工藝

5.1.1 鋼花管注漿噴錨施工流程如圖3。

5.1.2 管材加工：采用φ42壁厚3.5mm鋼管，管身布置梅花形注漿孔，入土端加工成樁尖狀，注漿孔軸向間距400mm，徑向旋轉(zhuǎn)45?鉆孔，孔徑大小6～8mm，在鋼花管尾部焊接鋼筋加強(qiáng)箍，入土端加工成樁尖狀（如圖4所示）。

5.1.3 鋼花管安裝：由于基坑內(nèi)土層內(nèi)為人工回填土，主要為磚瓦碎塊、灰渣、石塊、灰土、黏性土等組成，成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散，直接采用沖擊錘頂入鋼花管施工難度較大，鋼花管入土長(zhǎng)度、角度、間距也無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求和允許偏差，施工時(shí)按照鋼花管設(shè)計(jì)角度及布置間距，采用潛孔鉆機(jī)成孔，然后采用沖擊氣錘將鋼花管沖擊頂進(jìn)到孔內(nèi)。

5.1.4 注漿：采用低壓慢灌工藝純壓式灌漿，注漿前應(yīng)將孔內(nèi)殘留或松動(dòng)的雜土清除干凈。注漿材料采用水泥凈漿，水泥為P.O42.5硅酸鹽水泥，水灰比為0.5：1（重量比），漿體中摻入早強(qiáng)劑，制漿攪拌機(jī)采用JJS-2×200L立式攪拌機(jī)，漿液密度測(cè)定采用NJ-1型泥漿比重計(jì),注漿采用BW-200注漿泵，灌漿壓力達(dá)到0.4MPa～0.6MPa壓力，并穩(wěn)壓3min～5min時(shí)間，即可停止注漿。

5.2 噴錨支護(hù)施工工藝

5.2.1 鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，采用焊接搭接，焊接長(zhǎng)度不小于鋼筋直徑的10倍，鋼筋網(wǎng)格誤差不得大于±10mm，并且與加強(qiáng)鋼筋和鋼花管尾部焊接牢固，鋼筋網(wǎng)與鋼花管通過(guò)井字加強(qiáng)鋼筋采用焊接連接。

5.2.2 噴射細(xì)石C20混凝土至設(shè)計(jì)厚度，厚度控制可用錨桿頭或插入標(biāo)樁進(jìn)行，噴射混凝土必須加入速凝劑，提高噴砼早期強(qiáng)度和減少回彈量。

5.2.3 上層噴錨完成3d后，可進(jìn)行下一層開(kāi)挖噴錨作業(yè)，按此循環(huán)，直到坑底標(biāo)高。

5.2.4 噴錨完成后7d內(nèi)應(yīng)對(duì)噴錨面混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5.3 施工質(zhì)量控制

圖4 注漿鋼花管構(gòu)造圖

5.3.1 施工前制定詳細(xì)的施工方案和應(yīng)急預(yù)案，規(guī)避施工中出現(xiàn)涌水、邊坡失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)做好地表的截排水措施,防止地表水滲入基坑,做好基坑防雨水措施和基坑內(nèi)排水工作。

5.3.2 基坑開(kāi)挖避免出現(xiàn)超挖大刷，開(kāi)挖接近邊坡位置0.5米范圍時(shí)，采用人工進(jìn)行坡面修整，并采用噴射砼及時(shí)對(duì)坡面進(jìn)行封閉。

5.3.3 鋼花管入土長(zhǎng)度、打入土角度和布置間距嚴(yán)格按照施工藍(lán)圖操作，施工過(guò)程中如碰到回填土層強(qiáng)度不一，沖氣錘無(wú)法打入鋼花管時(shí)，需調(diào)整管距重新打入鋼花管，并采取補(bǔ)強(qiáng)措施。

5.3.4 管內(nèi)壓漿是整個(gè)施工工藝的關(guān)鍵控制工序，壓漿效果直接影響到邊坡的穩(wěn)定。注漿水泥選用正規(guī)廠家生產(chǎn)合格的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥漿液配制采用過(guò)秤計(jì)量，計(jì)量誤差控制在5%范圍內(nèi)，拌制好的水泥漿倒入漿池時(shí)，采用過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾，避免粗粒凝團(tuán)進(jìn)入注漿管，造成注漿管堵塞，注漿過(guò)程中對(duì)注漿量和注漿壓力進(jìn)行雙控，考慮到垃圾回填土未經(jīng)壓實(shí)，結(jié)構(gòu)松散，注漿壓力控制在0.4MPa～0.6MPa，注漿量按照11.3-30.7L/m進(jìn)行控制，實(shí)際操作中，如出現(xiàn)冒漿、跑漿等異?，F(xiàn)象，立即停止壓漿，查明原因后，采用減少注漿壓力、改換濃漿或間歇式注漿等辦法處理。

5.3.5 鋼花管采用抗拉試驗(yàn)檢測(cè)承載力,同一條件下,試驗(yàn)數(shù)量不宜少于鋼花管總數(shù)的1%,且不應(yīng)少于3根。

5.3.6 墻面噴射混凝土厚度應(yīng)采用鉆孔檢測(cè)，鉆孔數(shù)宜每100平方米墻面積一組，每組不應(yīng)少于3點(diǎn)。

5.3.7 做好基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控量測(cè)工作,量測(cè)結(jié)果及時(shí)整理、分析。

6 鋼花管注漿噴錨支護(hù)加固效果分析

7 結(jié)語(yǔ)

人工回填土未經(jīng)壓實(shí)，結(jié)構(gòu)松散不均，成分復(fù)雜力學(xué)性能差，遇水極易失穩(wěn)，通過(guò)西安地鐵一號(hào)線河車(chē)站工程實(shí)踐證明，在回填土層進(jìn)行深基坑開(kāi)挖時(shí)，采用鋼花管注漿噴錨支護(hù)不僅解決了土釘墻在人工回填土層中不能順利成孔的難題，而且充分發(fā)揮了鋼花管注漿在加固土體方面的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到穩(wěn)定基坑的目的，大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

[1]GB50157-2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]TB10204-2002，鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[3]王夢(mèng)恕.地下工程技術(shù)通論[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[4]關(guān)寶樹(shù).隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[5]JGJ120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程.