钢花管注浆喷锚代替土钉墙施工技术的探讨

柴小林

（中铁二十局集团第五工程有限公司，云南 昆明 650200）

1 前言

随着城市轨道交通的飞速发展，越来越多的城市展开了地铁建设。在地铁明挖车站施工中，车站主体基坑的支护形式直接决定着基坑的施工安全。在基坑开挖过程中遇到城市垃圾土回填地层，传统的土钉墙支护技术很难进行土钉的成孔或锚入。钢花管注浆喷锚技术利用冲击钢花管打入土体后注浆挂网喷射混凝土，既克服了在垃圾土回填地层中无法成孔置筋（土钉），也有效地发挥了加筋(钢花管)和压力注浆加固土体稳定的作用，以达到稳定基坑的目的。

2 工程概况

西安市地铁一号线 ? 河车站位于西安市?河东岸、长乐东路南侧，东三环半坡立交的西南角。该车站为地下三层双柱三跨岛式车站，车站长度134.6m，标准段宽度约21m，车站底板埋深约22.31m，顶板覆土厚度约2.9m。车站采用明挖法施工，基坑围护采用放坡和地下连续墙结合的支护方案。基坑上部约6.56m范围内采用放坡开挖，坡度为1：0.36，采用土钉墙支护。基坑开挖和土钉墙施工自上而下分段分层进行施工，边开挖工作面边修整边坡。在喷射第一层混凝土后，安设钻机钻孔或采用洛阳铲打孔，梅花形布置孔位，成孔后安设土钉钢筋，然后向孔内压注水泥浆，压注结束后绑扎钢筋网并喷射第二层混凝土。

土钉墙支护支护参数（见图1）：

边坡坡度：1：0.36

成孔直径：120mm，成孔角度18°；

土钉钢筋：长 6～8m、Φ14～Φ22的螺纹钢；

注浆压力：0.4～0.6MPa；

网片：φ8@150mm；

喷射混凝土：10cm厚C20混凝土；

3 钢花管注浆喷锚代替土钉墙原因

图1 土钉墙剖面图

在现场开挖基坑时发现，土钉支护范围内土层包括杂填土、粗砂层及卵石土，内含大量砖瓦碎块、灰渣、石块、灰土、粗砂、粘性土等，成分复杂，结构松散不均。按原设计施工时，人工洛阳铲打孔时,遇杂填土中砖瓦碎块、灰渣石块时无法打入，遇砂层时坍孔又无法成孔；用机械钻孔时，遇杂填土中砖瓦碎块、灰渣石块等时极易卡钻，导致钻杆无法拔出，遇砂层时坍孔无法成孔。根据现场条件，将边坡支护方案进行了优化，采用钢花管注浆替代土钉墙钢筋边坡支护方案解决土钉墙在垃圾回填土地层中不能顺利成孔的施工弊端。

4 钢花管注浆喷锚支护技术原理

钢花管注浆喷锚支护作为土钉墙支护结构优化的一种方法，它的基本原理与土钉墙稳定土体的原理相似。即借助于钢花管注浆后锚固于土体内，挂网喷锚后成为一个整体，将滑动区所产生的拉力传到稳定区，进而提高土层的抗剪强度，且在滑动面上加固材料可借助于土层提供的被动土压力，产生剪力和弯矩以抵抗主动区的滑动，达到稳定开挖面的目的。基坑土体开挖时所产生的不平衡主动区土压力通过混凝土面层和钢花管锚固体，最终均由钢花管锚杆承担，开挖边坡的基坑隆起及整体稳定性也最终通过钢花管对土体的加固来实现。

5 施工方法及工艺流程

基坑开挖前先施做坡顶截水沟，在基坑四周地表修筑排水明沟,防止地表水渗流进基坑内，基坑开挖时，按照“分层开挖、分部支护、稳扎稳打、逐步成形”的原则，做好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个施工控制要点，基坑分6层开挖，并严格控制每层开挖高度，基坑第一、二层开挖高度为1米，第三、四、五层开挖高度为1.4米。每层土方按照“先中间成槽后向两边扩展”的顺序开挖（图2）。每层土方开挖完成后，首先采用小型机械或铲锹对坡面进行切削清坡，然后喷射20mm厚第一层混凝土。在上层钢花管锚固注浆完成，喷射砼强度达到设计强度的70%以后，再进行下一层土方开挖，同时在基坑开挖防护过程中，充分考虑地下水对基坑稳定的影响因素，在基坑四角及中部每隔20～30m设置集水井，将在基坑内地下水流汇集于积水坑内，并及时采用抽水泵排出基坑外。

图2 车站基坑开挖横断面图

图3 钢花管喷锚支护施工工艺流程图

5.1 注浆钢花管施工工艺

5.1.1 钢花管注浆喷锚施工流程如图3。

5.1.2 管材加工：采用φ42壁厚3.5mm钢管，管身布置梅花形注浆孔，入土端加工成桩尖状，注浆孔轴向间距400mm，径向旋转45?钻孔，孔径大小6～8mm，在钢花管尾部焊接钢筋加强箍，入土端加工成桩尖状（如图4所示）。

5.1.3 钢花管安装：由于基坑内土层内为人工回填土，主要为砖瓦碎块、灰渣、石块、灰土、黏性土等组成，成分复杂，结构松散，直接采用冲击锤顶入钢花管施工难度较大，钢花管入土长度、角度、间距也无法满足设计要求和允许偏差，施工时按照钢花管设计角度及布置间距，采用潜孔钻机成孔，然后采用冲击气锤将钢花管冲击顶进到孔内。

5.1.4 注浆：采用低压慢灌工艺纯压式灌浆，注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净。注浆材料采用水泥净浆，水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1（重量比），浆体中掺入早强剂，制浆搅拌机采用JJS-2×200L立式搅拌机，浆液密度测定采用NJ-1型泥浆比重计,注浆采用BW-200注浆泵，灌浆压力达到0.4MPa～0.6MPa压力，并稳压3min～5min时间，即可停止注浆。

5.2 喷锚支护施工工艺

5.2.1 铺设φ8钢筋网，采用焊接搭接，焊接长度不小于钢筋直径的10倍，钢筋网格误差不得大于±10mm，并且与加强钢筋和钢花管尾部焊接牢固，钢筋网与钢花管通过井字加强钢筋采用焊接连接。

5.2.2 喷射细石C20混凝土至设计厚度，厚度控制可用锚杆头或插入标桩进行，喷射混凝土必须加入速凝剂，提高喷砼早期强度和减少回弹量。

5.2.3 上层喷锚完成3d后，可进行下一层开挖喷锚作业，按此循环，直到坑底标高。

5.2.4 喷锚完成后7d内应对喷锚面混凝土进行养护。

5.3 施工质量控制

图4 注浆钢花管构造图

5.3.1 施工前制定详细的施工方案和应急预案，规避施工中出现涌水、边坡失稳等风险，同时做好地表的截排水措施,防止地表水渗入基坑,做好基坑防雨水措施和基坑内排水工作。

5.3.2 基坑开挖避免出现超挖大刷，开挖接近边坡位置0.5米范围时，采用人工进行坡面修整，并采用喷射砼及时对坡面进行封闭。

5.3.3 钢花管入土长度、打入土角度和布置间距严格按照施工蓝图操作，施工过程中如碰到回填土层强度不一，冲气锤无法打入钢花管时，需调整管距重新打入钢花管，并采取补强措施。

5.3.4 管内压浆是整个施工工艺的关键控制工序，压浆效果直接影响到边坡的稳定。注浆水泥选用正规厂家生产合格的P.O42.5R普通硅酸盐水泥，水泥浆液配制采用过秤计量，计量误差控制在5%范围内，拌制好的水泥浆倒入浆池时，采用过滤网过滤，避免粗粒凝团进入注浆管，造成注浆管堵塞，注浆过程中对注浆量和注浆压力进行双控，考虑到垃圾回填土未经压实，结构松散，注浆压力控制在0.4MPa～0.6MPa，注浆量按照11.3-30.7L/m进行控制，实际操作中，如出现冒浆、跑浆等异常现象，立即停止压浆，查明原因后，采用减少注浆压力、改换浓浆或间歇式注浆等办法处理。

5.3.5 钢花管采用抗拉试验检测承载力,同一条件下,试验数量不宜少于钢花管总数的1%,且不应少于3根。

5.3.6 墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜每100平方米墙面积一组，每组不应少于3点。

5.3.7 做好基坑围护结构的监控量测工作,量测结果及时整理、分析。

6 钢花管注浆喷锚支护加固效果分析

7 结语

人工回填土未经压实，结构松散不均，成分复杂力学性能差，遇水极易失稳，通过西安地铁一号线河车站工程实践证明，在回填土层进行深基坑开挖时，采用钢花管注浆喷锚支护不仅解决了土钉墙在人工回填土层中不能顺利成孔的难题，而且充分发挥了钢花管注浆在加固土体方面的优点，达到稳定基坑的目的，大大降低了施工风险。

[1]GB50157-2003，地铁设计规范[S].

[2]TB10204-2002，铁路隧道施工规范[S].

[3]王梦恕.地下工程技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[4]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[5]JGJ120-99,建筑基坑支护技术规程.