礦山工程深基坑支護中的注漿施工工藝研究

楊 葳

（深圳地質(zhì)建設工程公司，廣東 深圳 518023）

礦山深基坑支護設計與施工過程中，雖然會有多個應急措施和預案，但對于一些施工中突發(fā)事件的處理，需要用科學的態(tài)度與正確的判斷，及時調(diào)整支護方案，確保礦山工程安全施工及周邊環(huán)境安全，基坑支護技術必須得不斷的改良和革新，以適應當前復雜的施工環(huán)境。注漿鋼管支撐施工干擾小、施工工藝簡單、造價相對較低，同時其支護效果也相對良好，在當前復雜的施工環(huán)境中是一項比較合適的選擇。下面結(jié)合具體案例談談注漿鋼管支撐在基坑圍護中的應用。

1 工程概況

本次研究的礦區(qū)經(jīng)歷了多年開采，礦區(qū)內(nèi)的資源己經(jīng)趨近枯竭，研究區(qū)域南面出現(xiàn)人工地貌及構(gòu)造剝蝕坡洪積裙貌，南高北低是此地帶地形的主要特征，其中中部高，東部及西部較低，相對高差大致為25m；礦區(qū)南幫邊坡高差大，坡上坡下最大高差達到400m。南幫西部幫化角在40°左右，邊坡中部挖損嚴重，多級平臺已不存在；同時邊坡多級平臺破壞嚴重；南幫東部邊坡較緩，但邊坡下半部坡腳挖損嚴重，坡角較陡，在60°左右，且邊坡坡面基本不存在平臺?？傊?，南幫邊坡大部分區(qū)段幫坡角已超越原設計最終幫坡角，且原設計邊坡多級平臺破損嚴重，根據(jù)實地勘查，施工區(qū)域的地質(zhì)條件相對復雜，包括粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)黏土、沙質(zhì)粘性土等，根據(jù)本場地地質(zhì)條件、開挖深度、周邊環(huán)境，結(jié)合基坑安全、經(jīng)濟、施工效率等諸因素綜合考慮，本工程支護主要采用注漿鋼管支撐。

2 注漿支撐的優(yōu)勢

2.1 施工工藝簡單

傳統(tǒng)的基坑支撐結(jié)構(gòu)大部分采用的是鋼混支撐結(jié)構(gòu)，施工工程量較大，施工工藝相對姜維復雜，而前注漿支撐施工避免了傳統(tǒng)鋼混支撐結(jié)構(gòu)施工的表層開挖、搭設鋼構(gòu)以及施工期間的維護以及后期的繁瑣的拆除工作。只需要借助鉆孔機將鋼管一段打入地下，在進行注漿即可，還可以根據(jù)施工區(qū)域的地形特點靈活選擇支撐形式，施工工藝簡單，施工過程便捷。

2.2 節(jié)約成本

本文所研究的支撐方式通常適用于深度在12米以下的礦山工程施工中，且基坑施工面積越大，節(jié)約成本越明顯[1]。但是若基坑開挖深度超過12米，注漿支撐就難以滿足施工強度的需要，因此，在使用此技術時需要嚴格參考基坑開挖深度選擇。礦山工程中基坑開挖深度為11.60米，選用注漿支撐大約可節(jié)省22%左右的施工成本。

2.3 縮短施工工期

傳統(tǒng)的基坑支撐結(jié)構(gòu)施工往往需要按部就班，逐步完成各項施工流程，建設周期較長，導致工程施工成本上升。而注漿鋼管支撐在施工時可以與基坑圍護灌注樁同步進行進行施工，且互不影響，這就可以極大的縮短施工周期。在礦山工程施工中，基坑支護結(jié)構(gòu)施工時兩項施工同步進行，大致可節(jié)約18～20天施工時間，不僅有效保證了施工周期，同時也大幅降低了施工成本。

2.4 支撐效果良好

注漿鋼管支撐可適用于多種礦山地質(zhì)條件，并且在基坑支護體系中起到的支撐效果良好。在本工程中，礦區(qū)地質(zhì)條件復雜，基坑土壤包括粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)黏土、沙質(zhì)粘性土等多種土壤條件，注漿支撐通過將鋼管底端打入地下，固定在深層土壤中，頂部固定在基坑支護體系的壓頂梁上，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，支撐效果良好，可以有效防止基坑支護體系變形[2]。

3 注漿支撐施工流程

綜合本工程施工區(qū)域的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、基坑開挖深度以及工程工期要求等諸多因素進行考量，礦山工程基坑支護結(jié)構(gòu)施工界定采用直徑為180mm，長度為13.5m，施工間距為2m的注漿支撐結(jié)構(gòu)。下面具體介紹施工流程：

3.1 選擇材料

注漿支撐施工中主要使用到的材料就是鋼管和注漿漿液，首先，在選擇鋼管時要嚴格按照施工設計的鋼管型號，并把好質(zhì)量關，鋼管的質(zhì)量會直接影響前撐式注漿鋼管支撐作用的發(fā)揮。其次是注漿漿液的配制，主要原料利用的是硅酸鹽水泥、水以及水玻璃，其中水玻璃的配比主要是用來條件注漿的初凝時間，這個可以根據(jù)工程實際情況選擇。

3.2 加工注漿鋼管

在加工注漿鋼管的過程中，首先，鋼管底端連接處的的焊接要嚴格保證鋼管的密封性，焊條應當選用E43型；鋼管管身需要開設直徑為8mm的注漿孔，呈縱向分布，數(shù)量為4個；此外，注漿鋼管另一端需要加焊一個鋼筋擴大頭[3]。

圖1 注漿鋼管加工圖

3.3 鉆孔并打設注漿鋼管

注漿鋼管打設需要參照施工區(qū)域的地質(zhì)條件，對于軟弱的礦區(qū)地質(zhì)層可以直接利用機械手將注漿鋼管插進預先設計的位置，無須借助鉆孔機，但是機械手在工作過程中由于自身的震動，往往會影響注漿鋼管入土的角度，可能會造成注漿鋼管偏離預設位置[4]。在本工程中，由于地質(zhì)條件較為堅硬，且為了保證注漿鋼管入土角度的準確性，所以先行利用鉆孔機在預設位置進行鉆孔，然后再將注漿鋼管插入其中，這樣可以有效保證注漿鋼管入土位置的準確性[5]。注漿鋼管打設完成后，需要逐一進行檢查，確保與預設位置無偏差，即可進行下一步施工。

3.4 注漿

在注漿過程中，首先要按照漿液的材料配比完成漿液配制，各項材料的比例要嚴格把控，確保漿液凝結(jié)后的強度符合設計要求。完成漿液配制后，開始注漿，本工程中采用的是分段式注漿，按照注漿孔的位置由下到上進行。需要注意的是，注漿鋼管兩頭的封閉氣囊一定保持良好的密封作用，從而有效達到定位注漿的目的。注漿完成后應進行相應的檢測，注漿所用的水泥量不能少于施工前的設計值，注漿壓力大于2Mpa。

4 強度驗算

4.1 注漿鋼管的抗彎強度驗算

注漿鋼管的設計彎矩為11.8kN·m，采用直徑為180mm、壁厚為3.5mm的注漿鋼管,經(jīng)強度驗算鋼管樁抗彎強度滿足要求。

4.2 壓頂梁的抗彎強度驗算

壓頂梁的截面彎矩為147.3kN·m，采用350mm ×550mm鋼筋混凝土梁,配筋為兩側(cè)各配4Ф 25，抵抗彎矩約為235kN·m，所以壓頂梁抗彎強度滿足要求。

4.4 注漿支撐的抗壓強度驗算

注漿支撐設計軸力為204.75kN·m，長度為11.8m，采用直徑為320mm、壁厚為4.5mm的鋼管,經(jīng)驗算鋼支撐抗壓穩(wěn)定強度滿足要求。

5 注漿支撐施工總結(jié)

在礦山工程基坑支護體系施工中，順利完成了前置式注漿鋼管支撐施工，并完全達到了預期的效果，前置式注漿鋼管支撐在基坑支護體系中起到了重要作用。下面是本次施工中的施工結(jié)果總結(jié)。礦山施工工程中，施工區(qū)域為深厚填地質(zhì)層，施工區(qū)域條件復雜，且施工場地周圍地下環(huán)境也較為復雜，施工難度大。基坑支護設計采用前撐式注漿鋼管支撐，基坑開挖前預留豎向鋼管于地層當中，起到了很好的加筋支護效果，運行狀態(tài)良好。注漿鋼管的抗彎強度、壓頂梁的抗彎強度、前撐式注漿鋼管支撐的抗壓強度都有準確的具體數(shù)據(jù)支撐，完全達到了施工前的設計要求。

注漿支撐技術的鋼管選擇、漿液配比、注漿量標準、注漿壓力等都有經(jīng)過具體計算且可行的數(shù)據(jù)為參考依據(jù)，工程施工質(zhì)量可靠，施工周期明顯縮短短，同時工程施工成本也大幅降低。

漿液擴散過程應適當調(diào)節(jié)漿液濃度及注漿壓力達到劈裂效果，針對不同地層采用不同漿液配比，保證漿液充填密實。水玻璃溶液的加量能有效提高漿液的凝固速率，在特定水泥漿液濃度條件下，40Be水玻璃溶液在15L／m3條件以下漿液粘度和初凝時間成近似線性變化，超過該比例水泥漿液均會出現(xiàn)迅速初凝現(xiàn)象。注漿支撐可以進行二次利用，大大降低了成本，低碳環(huán)保。同時無內(nèi)支撐的設計相對比較方便基坑土方挖掘施工，可以有效提升土方挖掘效率，從而提升施工速度，在土方挖掘完成后可以快速進行下一步的施工。