CN101748741A - 一种混凝土支护结构的施工方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种混凝土支护结构施工方法，包括下列步骤：开挖工作面步骤(101)、喷射第一层混凝土护壁步骤(102)、布设孔位步骤(103)、成孔步骤(104)、清孔步骤(105)、安设支护结构步骤(106)、压力注浆步骤(107)、挂铺钢丝网片步骤(108)、喷射第二层混凝土面层步骤(109)、混凝土面层背后回填注浆步骤(110)、混凝土面层养护步骤(111)，在所述成孔步骤(104)中，采用钻孔设备在预定的设计位置处钻孔，并在钻孔即将达到设计深度时，采用挤扩孔设备将钻孔底端的钻孔孔径扩大，形成一个直径大于孔径的大头尾端的支盘结构，采用该种设计后，能够充分增大混凝土支护结构的加固能力。
Description
技术领域
本方法涉及一种混凝土支护结构的施工方法，尤其指一种采用土钉或者锚杆的基坑支护的施工方法。
背景技术
目前，土钉或者锚杆支护结构在国内外正处于推广和发展时期，在公路工程等领域中的基坑支护施工中得到了广泛的应用，采用了这种混凝土支护结构后，能够及时地对边坡或基坑进行加固和防护，达到充分地保持边坡的稳定性，防止其发生山体风化失稳等目的。
针对上述混凝土支护结构，出现了各种各样的施工方法，较为通常的施工方法主要包括下列步骤：开挖工作面步骤、喷射第一层混凝土层步骤、安设支护结构步骤，主要包括钻孔、安设钢筋、注浆等，在上述步骤完成后，绑扎钢筋网，与钢筋连接牢固，保证在喷射第二层混凝土时，钢筋网布会产生晃动，在钢筋网安装完成后，一般还焊接有加强筋或者家岗，与锚杆钢筋或者钢管焊接牢靠，接着喷射第二层混凝土层，然后在混凝土层喷射完毕后，喷水养护，整个施工完成，在施工中，一般还伴有针对各个步骤中出现的积水的排水步骤。
但传统的混凝土支护结构施工过程中，在安设支护结构步骤中，一般都是采用工程钻机或者人工用洛阳铲在工作面上钻出直径相同的钻孔，接着安设土钉或者锚杆钢筋，并利用导管进行混凝土注浆，利用混凝土浆液的压力与要加固的土层紧密接触，并最终硬化后与土钉(锚杆)钢筋紧密固定在一起，形成一个钢筋、混凝土注浆固结体、土体的复合结构，其相互作用增加了土钉或者锚杆的抗拔力，将可能滑移的土体锚固于土体稳定区域，与该土体共同承载荷压，约束了土体的变形，并达到被支护的土体稳定的目的。
但由于上述施工过程中，由于混凝土注浆固结体和土体的直径相同，如果在灌注混凝土浆液的时候，对土体产生较低的压力的话，软土提供的界面摩阻力很低，将会导致成孔后孔壁不稳定，以至于不能牢靠地将土体约束住，最终达不到要支护防护目的。
发明内容
本发明提出了一种混凝土支护结构的施工方法，解决了在公路工程等领域内深基坑边坡土钉或锚杆承载力不足以及边坡稳定性能不够好的问题，其具体技术方案如下：
一种混凝土支护结构施工方法，包括下列步骤：开挖工作面步骤101、喷射第一层混凝土护壁步骤102、布设孔位步骤103、成孔步骤104、清孔步骤105、安设支护结构步骤106、压力注浆步骤107、挂铺钢丝网片步骤108、喷射第二层混凝土面层步骤109、混凝土面层背后回填注浆步骤110、混凝土面层养护步骤111，在所述成孔步骤104中，采用钻孔设备在预定的设计位置处钻孔，并在钻孔即将达到设计深度时，采用挤扩孔设备将钻孔底端的钻孔孔径扩大，形成一个直径大于孔径的支盘结构。
采用了上述施工方法后，在成孔步骤104中，在钻孔即将达到设计深度时，采用挤扩孔设备将钻孔底端的钻孔孔径扩大，形成一个直径大于孔径的大头尾端的支盘结构，置筋注浆固结后形成了一个有钢筋的支盘变径的土钉或锚杆受拉混凝土结构，该结构与原位土体粘结在一起形成复合土体，土钉与原状***同作用，此外，土钉注浆的浆液置换出部分土体，并向土体中的裂缝或软弱区域渗透、扩散和充填，尤其是压力注浆，在注浆点集中地形成浆泡，通过浆泡挤压邻近土体，使土体压密并提高了其剪切强度。
此外，在土体受力条件改变的情况下，边坡土体会发生侧向位移，导致支护结构受力发生改变，由于上述支盘结构的端承力，以及混凝土固结体与土体的摩阻力，其相互作用进而增强了土钉与锚杆的抗拔力，将可能滑移的土体锚固于土体稳定区域内，与土体共同承担荷载，约束土体变形，促使被支护土体稳定，达到了要支护的目的。
作为一种技术方案的改进，在所述成孔步骤104中，还可以在钻孔的中间部分扩出一个或多个直径大于孔径的支盘结构，形成一种具有一定骨架结构的立体拉杆结构，能够更好地加强支护结构的承载力。
作为优选，在所述开挖步骤101中，是按照下列顺序进行开挖的，先开挖基坑核心部分，接着分别按照对应的两个对角挖，最后对边挖。
进一步的改进，在所述安设支护结构步骤106中，在土钉钢筋上面焊接对中定位钢筋支架，钢筋支架保证土钉钢筋位于孔中心位置处，钢筋支架环向错开设置，在上述土钉钢筋加工完之后，将焊接好的土钉钢筋安置在钻孔内。
作为一种改进，上述支护结构，采用锚杆结构，即在所述安设支护结构步骤106中，将锚杆安置在钻孔中。
此外，作为进一步优选，所述压力注浆步骤107中，采用二次压力注浆，第一次注浆将导管插到孔底上200～500mm的位置上，以0.4～0.6Mpa的压力、重力注浆，导管抽离至孔口0.5～1m处改用1～2Mpa的压力注满，并保持高压3～5min，在第一次注浆完间歇24小时后进行二次注浆，压力控制在0.5～2.0Mpa，采用有孔花钢管，并预先固定在土钉钢筋上面并与土钉钢筋一起放置在钻孔内，所述有孔花钢管上面带有多个出浆孔。
在所述注浆步骤中，注浆压力为大于0.4Mpa。
在所述注浆步骤中，注浆压力大于0.8Mpa。
为了更一步地增加对土体的加固作用，作为一种改进，在所述土钉钢筋端头焊接有高强螺栓端杆，在喷射第二层混凝土面层步骤109后，待面层混凝土强度达到设计强度后，加强该垫板扭紧螺母以对土钉施加设计拉力的10～20％的预应力。
此外，在安设支护结构步骤106前，还包括有针对支护面层后的积水的排水步骤112，在支护面层上设置有泄水孔，泄水孔采用水平导管，外端伸出支护面层，将混凝土面层后的积水排出。
采用了上述技术方案后，上述的土体复合结构在空间组合上形成具有一定骨架作用的立体拉杆结构，通过钢筋骨架牵拉和压力注浆的挤压密实，大大提高了原状土的强度和刚度，起到加固土体的作用，解决了在公路工程等领域内深基坑边坡土钉或锚杆承载力不足以及边坡稳定性能不够好的问题，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1是本发明具体实施例的流程图；
图2是本发明具体实施例的基坑开挖顺序图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述：
图1是本发明具体实施例的流程图，图2是本发明具体实施例的基坑开挖顺序图，在该实施例中，支护结构采用土钉结构，如图1所示，该实施例中，主要按照下列步骤进行施工的：
首先，进行开挖工作面步骤101，即按照预先设定的施工顺序，从上而下、分层分段施工，每层土层开挖层距为1～2m，段长为5～20m，并根据设计图纸和开挖坡度要求，计算好边坡开挖线和基坑核心土边线，基坑具体每一层的开挖顺序如图2所示，即先开挖基坑核心部分D，接着对角挖A部分，然后对角挖B部分，最后对边挖C部分，按照上面的顺序，以便于尽可能地减少工作面的坍塌等现象出现，同时，还可以尽可能地缩小边坡土体的裸露时间，尤其是针对自稳能力较差的土体，更应该速挖速支，确保在限定的时间内完成开挖和支护。
此外，如果是采用机械进行上述开挖作业时，单步开挖时深度要严格控制标高，严禁超挖边坡，优选在基坑的边坡预留100mm左右的坡面用人工进行清理，以确保边坡开挖质量。
此外，在基坑开挖至基坑垫层以上300mm时，应进行基坑验收，并采用人工挖除剩余的土方，挖至设计标高后及时平整基坑，疏干坑内积水，并及时施作垫层。
为了更好地施工安全，防止土层发生坍塌，在上层土层作业面的土钉注浆体与喷射混凝土强度达到设计强度70％之前，不得进行下一层土方的开挖。
接着，进入喷射第一层混凝土护壁步骤102，该步骤主要目的是为了对开挖出来的土层进行保护作用，防止边坡土体暴露时间过长而脱落、塌陷，实施例中，第一层混凝土厚度控制在40～50mm，并且在进行混凝土喷射时，应当分段分片依次进行，同一段内的土层应该自下而上地喷射，此外，为了保证搭设牢固，段片及层层之间均要做成45°的斜面。
此外，在混凝土喷射的时候，喷头与受喷的工作面之间保持垂直状态，并保持1.0m左右的距离，同时，在喷射过程中要保持喷射混凝土表面平整，无干斑或滑移流淌现象。
为了更好地达到喷射的效果，需要控制好水灰比，优选水灰比不大于0.45，此外，水泥浆液存放时间要严格控制，如果水泥浆液不掺速凝剂时，存放时间不得超过2小时，如果水泥浆液掺加速凝剂时，存放不得超过20分钟。
接下来，在第一层混凝土层面层养护期间，进入布设孔位步骤103，在工作面上，布设土钉的钻孔位，其中，布置上下排土钉之间应该进行错开排列，其整体上呈梅花状布置，孔位允许偏差控制在不大于150mm，为了更好地控制，可以在布设时依次进行对孔位进行编号。
接下来，进入成孔步骤104，在该步骤中，土钉成孔采用锚杆工程钻机钻孔，钻头可以采用异形挤扩成孔钻头，在部分地段如果钻机钻进困难，也可以使用洛阳铲人工进行掘进成孔，在开孔时对准孔位徐徐钻进，待进尺达到一定深度且土层较稳定时，方可加速钻进，钻进过程中应随时检查钻头的磨损情况，防止成孔直径达不到设计要求，孔径、孔深、孔距、倾角必须满足设计标准，其误差要符合相关技术规程要求。
此外，在钻孔成孔即将达到设计深度时，立即启用挤扩孔设备，将钻孔底端孔径扩大，形成直径大于孔径的大头尾端的支盘结构，此外，根据地层和工程需要，孔道的中间也可根据情况扩孔一到两次，以便于达到更好的加固支护效果，整个土钉支护结构在构造上形成了类似拉杆的立体骨架形式。
此外，需要注意的是，尾翼端扩孔的位置不能在同一切面上，要根据地质条件和现场情况适当调整尾翼部位扩孔的位置，避免上下在同一切面上。调整位置的方法可以通过间隔跳打或调整钢筋的长度来控制。
此外，扩充的钻孔支盘必须在滑移面的外面，在进行成孔施工时，通过计算确定滑移面位置来进行控制。
下一步，进行清孔步骤105，清孔时采用高压风吹2～3min，吹净孔内渣土，尤其是对挤扩孔的尾端支盘部分要进行认真的吹渣处理，确保清孔质量，对孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土应立即处理。
接着，进入安设支护结构步骤106，采用螺纹钢筋作为土钉钢筋，在安置前需要在钢筋上焊接对中定位支架，以确保土钉钢筋处于孔中心部位，每道对中定位支架要环向错开设置，夹角为120度，每隔3m设一道，对中定位支架的设置以不妨碍注浆时浆液的自由流动为准。
上述钢筋完成后，进入压力注浆步骤107，第一次注浆先将导管插到孔底上200～500mm的位置，以0.4～0.6Mpa的低压、重力注浆，注浆过程中将导管以匀速缓慢向外撤出，但导管的出浆口要始终处于孔中浆体的表面以下，保证孔中气体能全部逸出，在孔口处设置止浆塞和排气孔，以排气和止浆。当导管抽离至孔口0.5～1m时改为高压(1～2MPa)注满，并保持高压3～5min，第一次注浆完成。当第一次注浆完间歇24小时后要进行二次注浆，压力控制在0.5～2.0MPa。其中，二次注浆管采用Φ20的有孔花钢管，并且该钢管应先固定在土钉钢筋上与土钉钢筋一起放置于土钉孔里。
此外，注入孔内的浆体充盈系数必须大于1，并且每次向孔内注浆时，应预先计算所需的浆体体积并根据注浆泵的冲程数计算应向孔内注入的浆体体积，以确认实际注浆量超过成孔的容积。
注浆材料选用水泥净浆的水灰比按设计要求，当设计无要求时取0.5，水泥净浆应拌合均匀，随拌随用，一次拌合的水泥净浆应在初凝前用完。
注浆时根据实际需要可以添加外加剂，以提高注浆体强度和增加复合土体内部的摩阻力。
接下来，进行挂铺钢丝网片步骤108，钢筋网片用焊接或绑扎而成，钢筋网片可用直径6～8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格尺寸150～300mm，钢筋网铺设时每边的搭接长度应不小于一个网格边长或300mm，如为单面搭接焊则焊长不小于网筋直径的10倍，在施工的时候，首先将土钉钢筋靠外一头的端部弯90°弯钩，在其弯头内穿过Φ16的通长水平钢筋并焊牢，同时压紧钢筋网片，在网片中部再用Φ6的短钢筋打入土中以固定钢筋网片，绑扎。钢筋网片、钢筋保护层厚度不小于20mm，钢筋网片在混凝土喷射下应不出现振动，钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋网应延伸至地表面，并伸出边坡线0.5m。
下一步，进行喷射第二层混凝土面层步骤109，本层混凝土喷射施工工艺和第一层喷射施工基本相同，喷射混凝土时喷射顺序应自下而上，喷头与受喷面距离宜控制在80～150mm范围内，射流方向垂直指向喷射面，在钢筋部位应先喷钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙，喷射混凝土前应先向前面初喷的混凝土层喷水润湿，喷射时应加入速凝剂以提高混凝土的凝结速度，防止混凝土塌落。
此外，对钢筋部位喷射处理的方法是，先喷填钢筋后方土体，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙，影响施工质量。
在混凝土第二层面层施工完毕，强度达到要求后，需要及时对混凝土面层进行背后回填注浆步骤110，对其背后进行压力注浆，背后注浆是为了混凝土面层与后背土之间密实，以提高土钉支护质量，确保其后可能的空隙填充密实，实施例中，在喷射混凝土前事先埋设Φ48mm钢管，布置在坡面上，纵向间隔2m。充填水泥浆，水灰比为0.45，注浆从少水孔向流水孔进行，注浆终压应小于0.4Mpa，注完浆后用快硬性水泥砂浆封死管口。注浆时就时刻观察压力和流量的变化，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当注浆压力达到设计终压，再稳定3分钟，可结束本孔注浆。
最后，进入混凝土面层养护步骤111，喷射混凝土终凝后2h，根据现场情况，采取喷水养护，以减少因水化热引起的开裂，连续喷水对混凝土进行养护5～7天。
此外，在安设支护结构步骤106前，还包括有针对支护面层后的积水的排水步骤112，在支护面层上设置有泄水孔，泄水孔采用水平导管，外端伸出支护面层，将混凝土面层后的积水排出。
此外，作为一种改进，上述支护结构也可以适用于锚杆支护施工中。
作为一种改进的实施例，在所述注浆步骤107中，注浆压力大于0.8Mpa，能够充分增加锚固的体积，从而提高锚固体与土体之间的粘结力和摩阻力，将注浆压力提高后，可以充分提高支护结构的抗拔力。
进一步的优选实施例，在所述土钉钢筋端头焊接有高强螺栓端杆，在喷射第二层混凝土面层步骤109后，待面层混凝土强度达到设计强度后，加强该垫板扭紧螺母以对土钉施加设计拉力的10～20％的预应力，通过这种人为的预应力后，能够充分提高土体的抗滑后防裂能力。
需要注意的是，虽然利用与具体的结构要素等相同的技术特征和限定的实施例及图说明了本发明，但这只是为了有助于更全面地理解本发明，本发明并没有限定于上述实施例。在本发明所属领域的一般技术人员均可通过上述记载进行多种变更及变形。
因此，本发明的思想并不限定于以上说明的实施例，本发明的思想范畴不仅包括权利要求书记载的范围，还包括与权利要求等同或者等价的变形，任何在此范围内变更及变形，都落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混凝土支护结构施工方法，包括开挖工作面步骤(101)、喷射第一层混凝土护壁步骤(102)、布设孔位步骤(103)、成孔步骤(104)、清孔步骤(105)、安设支护结构步骤(106)、压力注浆步骤(107)、挂铺钢丝网片步骤(108)、喷射第二层混凝土面层步骤(109)、混凝土面层背后回填注浆步骤(110)、混凝土面层养护步骤(111)，
在所述成孔步骤(104)中，采用钻孔设备在预定的设计位置处钻孔，并且在钻孔即将达到设计深度时，采用挤扩孔设备将钻孔底端的钻孔孔径扩大，形成一个直径大于孔径的支盘结构。
2.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
在所述成孔步骤(104)中，还可以在钻孔的中间部分扩出一个或多个直径大于孔径的支盘结构。
3.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
在所述开挖步骤(101)中，先开挖基坑核心部分，接着分别按照对应的两个对角挖，最后对边挖。
4.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
在所述安设支护结构步骤(106)中，在土钉钢筋上面焊接对中定位钢筋支架，所述钢筋支架保证土钉钢筋位于孔中心位置处，钢筋支架环向错开设置，在上述土钉钢筋加工完之后，将焊接好的土钉钢筋安置在钻孔内。
5.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
在所述安设支护结构步骤(106)中，将锚杆安置在钻孔中。
6.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
所述压力注浆步骤(107)中，采用二次压力注浆，第一次注浆将导管插到孔底上200～500mm的位置上，以0.4～0.6Mpa的压力、重力注浆，导管抽离至孔口0.5～1m处改用1～2Mpa的压力注满，并保持高压3～5min，在第一次注浆完间歇24小时后进行二次注浆，压力控制在0.5～2.0Mpa，采用有孔花钢管，并预先固定在土钉钢筋上面并与土钉钢筋一起放置在钻孔内，所述有孔花钢管上面带有多个出浆孔。
7.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
在所述注浆步骤中，注浆压力为大于0.4Mpa。
8.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
在所述注浆步骤中，注浆压力大于0.8Mpa。
9.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
所述土钉钢筋端头焊接有高强螺栓端杆，在喷射第二层混凝土面层步骤(109)后，待面层混凝土强度达到设计强度后，加强该垫板扭紧螺母以对土钉施加设计拉力的10～20％的预应力。
10.如权利要求1所述的混凝土支护结构施工方法，其特征在于，
在安设支护结构步骤(106)前，还包括有针对支护面层后的积水的排水步骤(112)，在支护面层上设置有泄水孔，泄水孔采用水平导管，外端伸出支护面层，将混凝土面层后的积水排出。
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