CN101050630A - 扩头土钉施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基坑支护工程中使用的端部直径扩大的土钉，向人们公开了一种缩短工段时间、降低工程造价的扩头土钉施工工艺，该工艺施工流程为：定位放线，引孔施工，土钉放置，喷浆下沉，喷浆提升，注浆，挂网及焊接拉结筋，喷射砼；在深基坑支护工程中，采用扩头土钉，单根土钉长度可缩短34％左右，土钉墙支护工程的总造价一般可以节省30％左右，工程实践证明，本发明工艺实践应用效果好，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基坑支护工程中使用的端部直径扩大的土钉，具体地说是用于拟建场地距离红线较近，而基坑设计需要较长的土钉时，涉及提供相同抗拔承载力的前提下土钉的长度得以大幅度减小的一种扩头土钉施工工艺。
背景技术
土钉的抗拔力是土钉墙支护工程中最重要的技术经济指标，是土钉施工技术水平最主要的参数。提高土钉的抗拔力水平具有十分显著的技术经济价值。依靠增加土钉长度对提高抗拔力是有一个限度的。这是因为，只有当土钉前面的锚固段有了相当大的位移后，土钉后面的锚固段才能发挥作用。因而土钉长度超过某个数值后，抗拔力并不能得到明显提高。土钉端部扩头，无疑是提高土钉抗拔力水平、减小土钉变形的最好办法，但是，理想中扩大头的实现确是一个最大的难点。
传统土钉的施工工艺为：
1)定位放线：按设计图纸由测量人员用一定长度、直径的钢筋或竹片钉入每个土钉的位置，留部分在外以保证喷射面的厚度。
2)引孔施工：钻孔过程中如发现土体与设计时所认定的土质差异较大时，应及时调整土钉的设计参数。
3)造浆及注浆：土钉上要焊支架，要保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，采用高压注浆泵，采用0.3-0.5Mpa压力注浆，注满后保持压力3-5分钟。注浆用水灰比0.55，加入适量的早强剂(如CaCl3、Na2So4等)。
4)挂网及焊接拉结筋：6@200×200钢筋网片用12加强筋固定且与锚管焊接牢固。6@200×200搭接时上下左右各搭接200mm。
5)喷射砼：喷射砼可根据地层情况“先锚后喷”或“先喷后锚”，空压机风量不宜小于9m3/min，气压0.2-0.5Mpa，喷头水压不宜小于0.15Mpa，喷射距离控制在0.6-1.0m，通过外加速凝剂控制砼初凝时间在5-10min，细石砼厚度100mm。
扩大头技术在桩基工程中应用很广，钻孔扩底桩、夯扩桩、爆扩桩已经被广泛应用。但是，扩大头技术在土钉墙支护工程中的应用目前无工程实例。
专利公开号：CN1548661，发明名称：一种利用土钉支护软弱地层基坑的方法，该方法是在基坑的周围设置由水泥土搅拌桩、高压旋喷桩或压密注浆构成的防渗帷幕，然后在基坑的四周***土钉，穿过防渗帷幕，进入土体，该土钉为中空的管材，在土钉中注入水泥浆或水泥砂浆，然后以水平向下倾斜的压密注浆或二次压力灌浆加固坡后土体，最后，将土钉外露端使用钢筋和钢筋网连接起来，最后喷射混凝土面层，形成配筋的喷射混凝土面层。该方法的问题在于在淤泥质土中压密注浆的效果不佳，甚至达不到加固坡后土体的目的。
发明内容
针对上述存在的技术情况，本发明的目的是：在开挖深度不大，土质情况较差时，提出了一种缩短工段时间、降低工程造价的扩头土钉施工工艺。
该工艺施工流程为：
A.定位放线：按设计图纸由测量人员用一定长度、直径的钢筋或竹片钉入每个土钉的位置，留部分在外以保证喷射面的厚度；
B.引孔施工：采用旋喷桩机加螺旋钻杆引孔进行机械切削引孔，引孔长度根据土质情况及现场条件确定；
C.土钉放置：放入钢管及一定长度的扩头，扩头部分由四根钢筋焊接而成，使用锤管机将钢管和扩头击入指定深度；
D.喷浆下沉：土钉上焊支架以保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，使用特制的钻杆以一定的压力旋喷注浆，钻杆前进至孔底。注浆浆液由普通硅盐酸水泥拌制，浆液采用的水灰比应能保证喷浆顺利进行，加入一定比例的早强剂，在喷浆过程中，供浆应保持连续均匀；
E.喷浆提升：自孔底喷浆提升，提升高度为扩大头部分的长度，为扩头部分的长度，注浆压力15-20MPa；
F.注浆：不喷浆下沉至孔底，注浆提升，提升高度为扩大头的长度，注浆压力2-3MPa，然后不喷浆拔出钻杆；
G.挂网及焊接拉结筋：钢筋网片用加强筋固定且与锚管焊接牢固。钢筋网片搭接时上下左右各搭接一定的宽度。
H.喷射砼：喷射砼可根据地层情况“先锚后喷”或“先喷后锚”，空压机风量不宜小于9m3/min，气压0.2-0.5Mpa，喷头水压不宜小于0.15Mpa，喷射距离控制在0.6-1.0m，通过外加速凝剂控制砼初凝时间在5-10min，细石砼厚度80-120mm。
本发明工艺是在室外建筑场地进行，在常温环境下操作。上述普通硅盐酸水泥为P.032.5及以上的合格普通硅酸盐水泥(工艺实施例采用苏州南新水泥厂)，早强剂为土木工程水泥浆用早强剂CaCl2，本工艺实施例用早强剂为苏州建筑科学研究院生产的。引孔和注浆机械为旋喷桩机，工艺实施例采用江苏省无锡探矿机械总厂有限公司生产的XP-30型高架旋喷钻机，锤管机采用无锡双帆钻凿设备有限公司生产的CG-2型锤管机。
本发明的工作原理是：在设计桩位采用旋喷桩机加螺旋钻杆进行机械切削引孔，引孔后使用锤管机将构成土钉的钢管和扩头击入指定深度，用旋喷桩机采用不同的压力喷浆下沉、提升、注浆，在土钉的端部形成直径300-600mm的扩大头，与普通土钉相比更大的扩头直径带来了更大的侧壁摩阻力，且扩大头端部与土的压力也对土钉的极限抗拔承载力有一定的提高。
在深基坑支护工程中，采用扩头土钉，单根土钉长度可缩短34％左右，土钉墙支护工程的总造价一般可以节省30％左右。
工程实践证明，该工艺实践应用效果好，可靠性高。
扩大头土钉的受力破坏机理
(一)土钉按受力特点的分类
1、摩擦型土钉
普通土钉(等直径土钉)的抗拔力来源于锚固体侧壁与土体的摩阻力，属于摩擦型土钉。
2、摩擦-端承型土钉
扩大头土钉的抗拔力由三部分组成：非扩大头部分锚固段锚固体侧壁与土体的摩阻力，扩大头侧壁与土体的摩阻力以及土体对扩大头端部的压力，它属于摩擦-端压型土钉。
(二)扩大头土钉的破坏形式
1、杆体破坏：深埋于稳定土层中的扩大头可以提供很大的锚固力，若土钉杆体设计不当，土钉杆体将被拉断或破坏。
2、扩大头与杆体咬合力破坏：当扩大头直径较大而长度较短，或者扩大头锚固浆体较差时，将发生扩大头与杆体之间的握裹力破坏，杆体将从扩大头中被拔出。
3、扩大头端周土体破坏：当土钉杆体强度和杆体与扩大头之间的握裹力足够大时，将发生扩大头受压端周围土体的破坏。
(三)扩大头土钉的受力破坏机理
1、土钉拉力较小时，扩大头不受力，土钉前半段受力；
2、土钉拉力增加时，拉力传至扩大头段，扩大头段侧壁与土体产生摩阻力，扩大头端部不受力或受力较小；
3、土钉拉力继续增大，扩大头的侧阻达到极限，扩大头开始产生位移，端部开始受压；
4、土钉拉力继续加大，扩大头端部受压，土体产生局部塑性区，扩大头位移处于弹性阶段；
5、土钉拉力继续加大，土体塑性范围扩大并连通，扩大头土钉结束弹性阶段开始进入塑性阶段；
6、土钉拉力继续加大，扩大头及其承压端形成的约束核整体向前发生较大位移，在***压力作用下，塑性区内土体得到压缩，并进行应力状态的调整和塑性区的调整。当扩大头埋深较大，土体较密实时，随土钉拉力的增加，土体不断压密，土钉位移趋于稳定，扩大头实现“自锁”。塑性区土体对扩大头的抗力随土钉拉力的增加而增加；
7、极限平衡状态：土钉拉力不断增加，塑性区形状和应力分布状态不断调整，使塑性区内所获得的围压达到与周边土体密实度和埋深相对应的最大值，同时塑性区土体被压密至与这个围压相对应的临界密度，保持体积不变。这时，如果土钉拉力再进一步增加，塑性区土体将发生剪胀，密度降低，扩大头位移发生突变，导致土钉破坏。
附图说明
为方便理解，下面结合附图对本发明作更进一步的描述。
图1为本发明一个实施例的工艺流程图；
图2为本发明一个实施例的现场操作示意图。
图中：1、自然地面；2、竹签；3、水泥土搅拌桩；4、旋喷桩机；5、螺旋钻头；6、开挖面；7、锤管机；8、旋喷钻头；9、浆土混合物。
具体实施方式
实施例一：
从图1、图2中可以看出，一种扩大头土钉的施工工艺，该工艺步骤是：
A.土钉定位：按设计图纸由测量人员用Φ8长300mm的钢筋钉入每个土钉的位置20cm，留10cm在外以保证喷射面的厚度；
B.引孔施工：采用旋喷桩机加螺旋钻杆引孔进行机械切削引孔，引孔长度1.5m，引孔深度根据水泥土搅拌桩厚度确定，一般为1-2m；
C.土钉放置：放入Φ48钢管及扩头，扩头部分长2m，由四根Φ8的钢筋(HRB335)焊接而成，使用锤管机将钢管和扩头击入指定深度；
D.喷浆下沉：土钉上焊支架以保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，使用特制的钻杆旋喷注浆，压力注浆5MPa，钻杆前进至孔底。注浆浆液由P.032.5普通硅盐酸水泥拌制，浆液水灰比1.0，加入占水泥重量2％的CaCl2早强剂，在喷浆过程中，供浆应保持连续均匀；
E.喷浆提升：自孔底喷浆提升，提升高度2m，为扩头部分的长度，注浆压力15MPa；
F.注浆：不喷浆下沉至孔底，注浆提升2m，注浆压力2MPa，然后不喷浆拔出钻杆；
实施例二：
苏州华诚国际商厦：在拟建场地内主楼地上4层商业辅助建筑，地下车库为地下1层，基坑总面积约2200m2，围护总长度约230m。
场地工程地质情况：
①素填土：上部以杂填土为主，杂色，具碎砖块等建筑垃圾，下部以素填土为主，黄褐色，中高压缩性，软塑，很湿。场区普遍分布，厚度：1.50-4.50m，平均2.89m。
②粉质粘土，灰黄色，中压缩性，可塑，稍有光泽反应，中偏高干强度，中偏高韧性。场区普遍分布，厚度：2.00-4.50m，平均3.37m。
③粉土夹粉砂：灰色，饱和，中压缩性，稍-中密，含云母、细小贝壳及薄层状粉砂，具水平层理，场区普遍分布，厚度：2.00-7.30m，平均2.82m。
④粉质粘土：灰-灰褐色，中高压缩性，流塑为主，局部软塑，含云母及薄层状粉土，具水平层理，稍有光泽反应，中偏低干强度，中偏低韧性。厚度：2.50-4.70m，平均3.30m。
基坑北侧部分区域由于距离已建的汽车坡道距离不足八米，使用普通土钉墙围护结构无法满足安全要求，故该位置采用了扩大头土钉的围护形式，操作步骤为：
A.土钉定位：按设计图纸由测量人员用Φ6长250mm的钢筋钉入每个土钉的位置15cm，留10cm在外以保证喷射面的厚度；
B.引孔施工：采用旋喷桩机加螺旋钻杆引孔进行机械切削引孔，引孔长度2m；
C.土钉放置：放入Φ48钢管及扩头，扩头部分长2m，由四根Φ8的钢筋(HRB335)焊接而成，使用锤管机将钢管和扩头击入指定深度；
D.喷浆下沉：土钉上焊支架以保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，使用特制的钻杆旋喷注浆，压力注浆5MPa，钻杆前进至孔底。注浆浆液由P.032.5普通硅盐酸水泥拌制，浆液水灰比1.0，加入占水泥重量2％的CaCl2早强剂，在喷浆过程中，供浆应保持连续均匀；
E.喷浆提升：自孔底喷浆提升，提升高度2m，为扩头部分的长度，注浆压力15MPa；
F.注浆：不喷浆下沉至孔底，注浆提升2m，注浆压力2MPa，然后不喷浆拔出钻杆；
实施例三：
吴江运东商务中心二期：拟建建筑包括18层商住楼，3层群楼以及-层地下室。
场地工程地质情况：
①杂填土：灰黄-灰色，厚度1.80-2.20米，层底标高为-0.39-0.22米，全场分布，表层富含植物根茎，以碎石和粘性土为主，见少量建筑垃圾及腐植物。
②-1淤泥：灰、灰黑色，流塑，高压缩性，厚度3.60-4.30米，层底标高为-4.69--3.51米，全场分布，土质均匀，具淤臭味，切口较光滑，韧性和干强度中等偏低。
②-2淤泥质粉质粘土：灰、灰黑色，流塑，高压缩性，厚度5.80-7.30米，层底标高为-11.29--10.29米，全场分布，土质均匀，具淤臭味，夹有少量粉土薄层，切口较光滑，韧性和干强度中等偏低。
③-1粉质粘土夹粉土：浅灰色，软塑，中等压缩性，厚度3.00-4.60米，层底标高为-15.36--14.25米，全场分布，水平层理，夹有粉土薄层，切口粗糙，摇振反应缓慢，韧性和干强度中等偏低。
根据现场地质情况，设计采用水泥土搅拌桩+土钉的复合土钉墙围护形式，如采用普通土钉，计算长度太长，施工中难以实现，且另外还需使用坑内加固等辅助方式，造价较高。方案比较后采用了带扩大头土钉的复合土钉墙围护形式，扩大头土钉施工工艺的操作步骤是：
A.土钉定位：按设计图纸由测量人员用Φ8长300mm的钢筋钉入每个土钉的位置20cm，留10cm在外以保证喷射面的厚度；
B.引孔施工：采用旋喷桩机加螺旋钻杆引孔进行机械切削引孔，引孔长度2m，引孔深度根据水泥土搅拌桩厚度确定，一般为1-2m；
C.土钉放置：放入Φ48钢管及扩头，扩头部分长2m，由四根Φ8的钢筋(HRB335)焊接而成，使用锤管机将钢管和扩头击入指定深度；
D.喷浆下沉：土钉上焊支架以保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，使用特制的钻杆旋喷注浆，压力注浆5MPa，钻杆前进至孔底。注浆浆液由P.032.5普通硅盐酸水泥拌制，浆液水灰比1.0，加入占水泥重量2％的CaCl2早强剂，在喷浆过程中，供浆应保持连续均匀；
E.喷浆提升：自孔底喷浆提升，提升高度2m，为扩头部分的长度，注浆压力15MPa；
F.注浆：不喷浆下沉至孔底，注浆提升2m，注浆压力2MPa，然后不喷浆拔出钻杆；
实施例四：
从图1、图2中可以看出，一种扩大头土钉的施工工艺，该工艺步骤是：
A.土钉定位：按设计图纸由测量人员用Φ6长300mm的钢筋钉入每个土钉的位置20cm，留10cm在外以保证喷射面的厚度；
B.引孔施工：采用旋喷桩机加螺旋钻杆引孔进行机械切削引孔，引孔长度1.0m；
C.土钉放置：放入Φ48钢管及扩头，扩头部分长3m，由四根Φ8的钢筋(HRB335)焊接而成，使用锤管机将钢管和扩头击入指定深度；
D.喷浆下沉：土钉上焊支架以保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，使用特制的钻杆旋喷注浆，压力注浆5MPa，钻杆前进至孔底。注浆浆液由P.032.5普通硅盐酸水泥拌制，浆液水灰比1.0，加入占水泥重量2％的CaCl2早强剂，在喷浆过程中，供浆应保持连续均匀；
E.喷浆提升：自孔底喷浆提升，提升高度3m，为扩头部分的长度，注浆压力15MPa；
F.注浆：不喷浆下沉至孔底，注浆提升3m，注浆压力2MPa，然后不喷浆拔出钻杆；
实施例五：
从图1、图2中可以看出，一种扩大头土钉的施工工艺，该工艺步骤是：
A.土钉定位：按设计图纸由测量人员用宽20mm长300mm的竹片钉入每个土钉的位置20cm，留10cm在外以保证喷射面的厚度；
B.引孔施工：采用旋喷桩机加螺旋钻杆引孔进行机械切削引孔，引孔长度2.0m，引孔深度根据水泥土搅拌桩厚度确定，一般为1-2m；
C.土钉放置：放入Φ48钢管及扩头，扩头部分长2m，由四根Φ8的钢筋(HRB335)焊接而成，使用锤管机将钢管和扩头击入指定深度；
D.喷浆下沉：土钉上焊支架以保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，使用特制的钻杆旋喷注浆，压力注浆5MPa，钻杆前进至孔底。注浆浆液由P.032.5普通硅盐酸水泥拌制，浆液水灰比1.0，加入占水泥重量2％的CaCl2早强剂，在喷浆过程中，供浆应保持连续均匀；
E.喷浆提升：自孔底喷浆提升，提升高度2m，为扩头部分的长度，注浆压力15MPa；
F.注浆：不喷浆下沉至孔底，注浆提升2m，注浆压力2MPa，然后不喷浆拔出钻杆。
Claims (1)
1.一种扩头土钉施工工艺，其特征在于：该工艺施工流程为：
A.定位放线：按设计图纸由测量人员用一定长度、直径的钢筋或竹片钉入每个土钉的位置，留部分在外以保证喷射面的厚度；
B.引孔施工：采用旋喷桩机加螺旋钻杆引孔进行机械切削引孔，引孔长度根据土质情况及现场条件确定；
C.土钉放置：放入钢管及一定长度的扩头，扩头部分由四根钢筋焊接而成，使用锤管机将钢管和扩头击入指定深度；
D.喷浆下沉：土钉上焊支架以保证土钉居中，绑扎高压胶管，***注浆管等，封孔口，使用特制的钻杆以一定的压力旋喷注浆，钻杆前进至孔底。注浆浆液由普通硅盐酸水泥拌制，浆液采用的水灰比应能保证喷浆顺利进行，加入一定比例的早强剂，在喷浆过程中，供浆应保持连续均匀；
E.喷浆提升：自孔底喷浆提升，提升高度为扩大头部分的长度，为扩头部分的长度，注浆压力15-20MPa；
F.注浆：不喷浆下沉至孔底，注浆提升，提升高度为扩大头的长度，注浆压力2-3MPa，然后不喷浆拔出钻杆；
G.挂网及焊接拉结筋：钢筋网片用加强筋固定且与锚管焊接牢固，钢筋网片搭接时上下左右各搭接一定的宽度；
H.喷射砼：喷射砼可根据地层情况“先锚后喷”或“先喷后锚”，空压机风量不宜小于9m3/min，气压0.2-0.5Mpa，喷头水压不宜小于0.15Mpa，喷射距离控制在0.6-1.0m，通过外加速凝剂控制砼初凝时间在5-10min，细石砼厚度80-120mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20071010 |