钢花管注浆技术在岩土体加固工程中的应用

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　　摘要：在公路工程施工中，边坡稳定性问题相当突出，虽然有很多的处治方法，但是由于地质情况复杂，处治的效果却相差很大。本文结合工程实例，对近几年发展起来钢花管注浆技术的原理、施工工艺、工程应用以及加固效果进行了深入的探讨和总结，为类似工程积累的设计施工提供参考依据。
　　关键词：钢花管注浆；边坡病害处治；岩土体加固；预加固
　　Molten steel sparks tube note thick liquid technology in reinforcement project application
　　Yu ke
　　Abstract: In highway engineering construction, slope stability problem quite prominent,although has the very many punishment method,but because the geological situation is complex, the punishment effect actually differs very in a big way. This article unifies the project example, to developed the molten steel sparks tube note thick liquid technology principle,the construction craft,the project application as well as the reinforcement,effect in recent years has carried on the thorough discussion and the summary,accumulated the design construction for the similar project to provide the reference.
　　Key word: The molten steel sparks tube note thick liquid， slope the plant disease punishes， the gneiss reinforcement， the pre-reinforcement
　　0引言
　　随着我国公路建设的迅猛发展，施工技术的逐渐成熟和完善，实际设计施工过程中，各种技术方案的相互渗透和交叉应用日趋频繁。在路基施工过程中，当地质情况复杂、具有病害特征的边坡，通常都要对边坡的岩土体进行加固防护和病害处治。一般来说，常见的加固方法有支挡、注浆、加筋、施加预应力等几种。近几年发展起来的钢花管注浆技术，就是由岩土体加固注浆和加筋拓展结合而产生的。实践证明，两种加固形式共同作用于病害边坡，能够更有效的提高边坡安全稳定系数。
　　1钢花管注浆技术的原理
　　钢花管注浆是通过压力将水泥浆液注入边坡岩土体中，水泥浆液在压力的作用下，挤密、充填、封闭岩层的孔隙和裂缝，并在凝结过程中与周围的松散岩土体颗粒产生物理及化学性质的改变。注浆完毕钢花管永久植入边坡，又对岩土体起到加筋锚固的作用。钢花管注浆技术，结合了注浆、加筋两种边坡加固技术，增加了岩土体的密实度，使之形成一个受力整体，从而了提高了边坡内的防渗水性质，以及抗滑抗剪能力，有效的改善较软弱破碎、节理裂隙发育边坡的力学性能。在边坡加固工程中，钢花管注浆技术主要应用于三个方面：（1）在边坡坡顶，进行开挖前的预加固；（2）边坡坡面上替代锚杆的注浆锚管；（3）作用于边坡坡脚，以提高应力集中部位的抗滑抗剪能力。
　　2钢花管注浆技术的施工工艺
　　2.1钢花管的制作
　　（1）注浆用的钢花管一般采用外径Φ89mm，壁厚4～6mm的无缝钢管；作注浆锚管时，一般采用外径Φ50mm，壁厚2.8mm或3.2mm的无缝钢管。
　　（2）钢花管上端100～200cm的范围不开注浆孔；植入边坡的部分，沿钢管轴线每隔4～10cm开一对Φ4～6mm的注浆孔，注浆孔呈45°螺旋状布置，并在外面用橡胶圈或胶布封闭。
　　（3）钢花管的连接一般采取以下几种方式：
　　① 对口焊接：采用3根Φ20mm的钢筋沿管周对称绑焊，搭接长度每端不少于20cm；② 套管焊接：套管采用Φ90mm以上，壁厚4～6mm的无缝钢管制作，长度不少于12cm，钢花管从两端紧密插入套管内后，沿套管顶端周围焊接；③ 螺纹套筒连接：套筒取用Φ90mm以上，壁厚4～6mm的无缝钢管制作，长10cm，接缝处需焊接；④ 管箍连接：须加装密封圈；⑤ 外径Φ50mm的注浆锚管，一般采取的是丝扣连接。
　　钢花管的连接采用焊接时焊缝质量应符合相应技术标准；若为丝扣连接，须严格按照规范制作丝口。
　　（4）钢花管在滑裂面上下各2m的范围不得有钢管接头；同一截面处的钢管接头数量不得超过钢管总数的50%。
　　（5）沿管身每2m焊接3根Φ8mm的定位钢筋，以便钢管在埋植过程中能够垂直对中，同时确保注浆后钢花管的保护层厚度不低于2cm。
　　（6）注浆钢花管的底部用一块厚3mm的钢板焊封，钢板中间开一Φ22～25mm的小圆孔，并将钢花管中的PVC注浆管从该孔穿过。上部管口安装一个密封性好且便于拆卸的注浆口，注浆口必须并配备控制阀，以确保注浆钢管内水泥浆的压力稳定。
　　（7）在钢花管的底部还需制作安装一个Φ8mmU型定位钢筋，防止小注浆管的注浆头被孔底的泥土堵塞。
　　2.3注浆施工工艺
　　（1）注浆泵一般使用额定压力6MPa以上的可调控进浆压力的注浆泵。泵上的压力表要安装正确，并保证其工作正常。
　　（2）注浆所使用的高压注浆胶管额定压力要在20MPa以上，并确保管身无孔隙漏洞。连接钢花管和高压注浆胶管的压浆头，要有控制阀，以作闭浆使用。
　　（3）注浆钢管注浆前必须提前对孔口进行封口，封口采用掺入速凝剂的C30混凝土，以提高凝结速度及强度，封口时要预埋一根排气管。
　　（4）第一次注浆采用1∶1水泥砂浆，先用PVC管插至孔底进行洗壁注浆，即将岩土体孔壁和钢花管外壁之间的空隙用水泥浆冲洗干净并填满，待到孔口间隙处冒出的水泥浆与注进去的从颜色到浓度与注进去的差不多时，停止洗壁。洗壁的目的是将钢花管外壁与岩土体孔壁之间填满水泥浆，增加其粘结力。如是直径50mm×3.2mm的钢花管，则不用洗壁。（见图1第一次注浆示意图）
　　（5）洗壁过后45～60min，封堵钢花管外侧空隙，再用带喷头的洗孔水管插入到钢花管底部，用高压水冲洗留在管内的水泥浆，以疏通出浆孔。
　　（6）第二次注浆材料为M30的纯水泥浆，采用分次
　　
　　间歇式注浆。待第一次注浆稳定后，对排气孔进行封口，进行第二次钢花管孔内的压浆，注浆压力应稳定在1.5～2.0MPa。按照设计要求一般注浆量为200～300L/m，如注浆量已超过设计的用量，注浆的压力表还未稳定，或者边坡坡面局部渗出水泥浆，则要暂停注浆，用水泥砂浆把冒浆口堵住，或待水泥浆初凝后再进行压浆。如此反复几次，使得压力达到设计并稳定一段时间后，将管口的控制阀门关闭，拆除注浆管（见图2第二次注浆示意图）。

　　（7）注浆稳定压力，是指注浆压力达到2.5MPa时，关上压浆头控制阀并停止进浆，这时压力会慢慢下降。当下降到2.0MPa时，压力表指针基本不动，并
　　
　　能维持4～5min，这时的压力为稳定压力。
　　3工程实例
　　3.1地质状况
　　某山区高速公路沿线山地广布，地势起伏较大，地形地貌复杂多变。其中某段主线路基左侧有一条老路改移支线，该支线左侧K0+280～K0+400段为挖方路堑边坡，开挖均高为9m，岩层层面基本上与坡面倾向一致。坡体覆盖层为粘土，岩体为中风化白云岩，见明显软弱夹层，夹层主要为泥化的泥岩，岩体节理裂隙发育，属于典型的泥夹石地质情况，因此边坡极易失稳。
　　该边坡在开挖初期，就发生了滑坡、坍塌现象，加之持续降雨诱发，边坡顶部产生约30cm的裂缝，随时都有整体崩塌的危险。原设计的边坡防护措施为M7.5号砂浆砌片石挡墙，但是在跳槽开挖挡墙基础的过程中，险些发生安全事故。同时，距边坡顶部开挖线约15m的地方居住着三户当地村民，一旦边坡滑坡、塌方将直接威胁到这些居民的生命财产安全。由于施工条件情况恶劣，经多方商榷及论证，决定采用钢花管注浆技术进行边坡加固防护。
　　3.2加固防护措施及施工工艺
　　（1）将已开挖的部分边坡回填，并在距坡顶开挖线2ｍ的位置设置截水沟。
　　（2）进行开挖前的预加固，即将边坡顶开挖成2.5ｍ的台阶，并设置两排Φ89mm，壁厚5mm，长度为10ｍ，横、纵向间距为2×1.5ｍ，梅花形布置的竖向钢花管。
　　（3）将原设计为1∶0.25的坡比变缓为1∶1，以达到清方减载的目的。
　　（4）坡面上设置三排Φ50mm，壁厚3.2mm，长度为6ｍ，横、纵向间距为2×3ｍ，与坡面呈90°夹角，梅花形布置的锚管，以防止岩土体沿软弱面的滑动。
　　（5）在坡脚的碎落台上，为有效提高应力集中部位的抗滑抗剪能力，再设置一排Φ89mm，壁厚5mm，长度为5ｍ，横向间距均为2ｍ的竖向钢花管。（见图3注浆钢花管布置图）
　　
　　
　　（6）植管用的成孔设备，一般为打垂直孔和排水孔的50型钻机。由于加固的边坡岩层较为破碎，钻孔过程中一定要注意卡钻事故的发生。
　　（7）钻孔、植管、注浆的施工工序为：如设计上纵向1排有10个孔位，则按序编号后，依照1、4、7→2、5、8→3、6、9的顺序，跳跃式进行施工。
　　（8）施工时按照分段分层开挖的原则进行，具体施工工序如下：
　　① 坡顶的预加固工序是：纵向开挖10ｍ坡顶平台→孔位放样→完成10ｍ两排竖向钢花管注浆→继续开挖10ｍ坡顶平台→孔位放样→再完成10ｍ两排竖向钢花管注浆。以此类推，直到完成坡顶的预加固防护；② 完成预加固后，按照纵向10ｍ为一段落，沿坡向分层向下开挖，开挖一层到位，就完成10ｍ与坡面垂直的单排钢花锚管注浆，直到完成坡面上的三排钢花锚管注浆防护加固；③当边坡开挖到距设计高程约50cm处，在碎落台上设置最后一排竖向注浆钢花管。
　　4 结论
　　实践证明，钢花管注浆技术通过注浆充填、挤密、加固岩土体，改善了松散岩土体的物理特性，有利于防止开挖过程中松散岩土体大面积的坍塌。同时由于注浆钢花管本身就是一根微型桩，具有抗滑和抗剪作用，其锚固段在边坡滑动面上，形成的群桩效应，能够有效改善山体土压力形成的不均。特别是对于边坡施工前的预加固，水泥浆体与钢花管形成了一道临时挡墙,可以防止工作面产生大量坍塌。因此在岩层坡碎、松散的特殊地质条件下，钢花管注浆技术对病害边坡的处治相当有效。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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