钢花管技术及应用-压力注浆

钢花管技术及应用-压力注浆工岩科技

钢花管压力注浆技术及其应用

陈振秀张腾蔚张金根

(1．广东省交通集团有限公司，广州510101；2．广州市政工程维修处，广州510101；3．广东省交通厅，广州510101)

摘要：结合工程施工中的软岩和土体加固实践，介绍了综合考虑压力注浆和钢花管作为加筋对岩体的加固作用、压力注浆工艺以及工程加固效果。

关键词：岩土体加固；钢花管；压力注浆

1 引言

岩土工程中经常需要对岩土体加固，以达到工程稳定的目的。在加固方法上可分为两类，第一类是向岩土体中注浆以固结岩土体，或在岩土体中加筋(加筋土、锚杆等)，以提高土体的物理力学性质，而达到自稳的能力。第二类是通过支挡(挡墙、抗滑桩等)和拉压(预应力锚索)等方法，而达到工程的目的。国内外岩土工程界一致公认的是，第一类方法是首先的。在第一类方法中，过去是分别考虑岩土体中加筋或注浆的作用。注浆技术最早是1802年法国工程师应用于修复被水流侵蚀的挡潮闸坝的砾土地基。现代加筋土技术是1964年法国工程师维达尔首创的。90年代笔者在过去研究加筋土的基础上，将土中加筋(钢花管)和压力注浆这两者的加固作用结合起来计算考虑它们对岩土体加固的共同作用，也可以说是加筋土技术或注浆技术的拓展，并在多项工程实践中取得成功。为使这一技术更好地发挥作用，现将有关于此的技术作一初步总结，以供有关同行借鉴参考。

2 钢花管压力注浆加固效果分析及设计概要

钢花管压力注浆的加固效果有两方面，一是破裂岩体或软弱土体经压力(一般的稳定压力为1．5-2．OMPa)注浆后，其强度特征值可提高2-10倍，这是被实

际工程注浆前后的检测结果对比所证实的；二是注浆结束后注浆钢花管留在岩土体中起到加筋的作用。其加固作用的计算有两种不同的方法，一是作为单根钢花管来计算；二是被加固的岩土体连同钢花管一起作为一种复合材料来计算。

如按单根钢花管的计算方法，视其在工程中的受力状态而异。如受竖向荷载，则将其视为受垂直轴向荷载的一根微型钢管桩来计算其垂直承载力。重大工程应在开工后先做相应的荷载试验。单根钢花管如受横向推力作用，例如用于深基坑开挖或边坡支护中的竖向压力注浆钢花管(见图1)，受推力作用。根据国外的试验研究证实，在软岩或土质类土质边坡中的这类竖向钢花管，主要是受拉伸作用。其拉力方向以滑裂面处为界，其上段方向向上，下段为向下(图1)。其和加筋土中拉筋的受力状态相类似。轴向拉力的峰值位置在滑裂面处，滑裂面以下部分钢花管为锚固段。在设计时需注意在滑裂面上下各2m范围内不得有钢花管的接头。

如图1所示边坡，在平台上设计了2排压力注浆钢花管，则可按复合材料的力学特征进行分析计算其抗推力。一般在软岩边坡工程中，采用纵距为3m、横距为2m的双排压力注浆钢花管，实际孔距为2．5m。注浆稳定压力为1．5～2．OMPa。这时在设计计算上，笔者是将被加固岩体视为宽度为4m、高度为钢花管长度的一道竖向加筋地下连续墙来进行抗推计算。

边坡支护用的竖向钢花管，一般采用直径89mmX5mm的无缝钢管，沿轴向每隔lOcm开一对直径4mm的出浆孔，梅花状布置。两截钢管的连接，采用lOcm 长的螺纹套管连接，接缝处加焊接。同一平面的接头个数不超过50％，要错开设置。钢花管底部50cm长度内的10个出浆孔为直径6mm。钢管上端100-200cm 范围不开出浆孔，底端削尖焊封，滑裂面以下的钢花管沿其长度每隔lm焊上对中支架，上部每隔2m焊1个对中支架。

采用竖向钢花管压力注浆加固边坡的优点是，使用寿命比预应力锚索长得多，且造价便宜20％，不受下滑力方向变化的影响，施工方便。施工时开挖到某一级平台高度后，先施打注浆钢花管，然后向下开挖，可防止边坡向下开挖时产生局部崩塌，起到预加固作用。边坡支护中常用的钢锚杆框架，如岩体破碎，则可将锚杆改为直径50mmX3．2mm的钢花管压力注浆锚管，其长度可缩短，一般最长不超过8m，间距3m，按锚(土)钉墙计算其抗推力。其技术经济效益较好。

在高填土路基因压实度不够而需加固时，是在主车道中间设2排纵距为3m、横距为2．2m、长为6m，直径50mmX3．2mm的钢花管注浆，注浆稳定压力约2MPa，则可达到加固目的。

某高速公路有一段上坡路段填土高度l0m以上，因路基压实度不够，路面早期损坏严重。注浆前测得的平均弯沉值为125(0．0lmm)，注浆后一周测得的平均弯沉值为42(0．0lmm)，后做了砼路面，在大量重车通行的情况下，至今通车5年了，路面完好。如用于加固软基，则钢花管的长度要穿过软土层进入持力层30—50cm，并要在紧急停车带中间加一排纵距为2．5—3．Om的注浆钢花管，且要先施工这一排，以起到防渗帷幕作用。然后再施工主车道上的2排钢花管，注浆时浆液不会渗出路基外侧，而会向超车道方向渗透，达到加固目的。

某高速公路路基下有7m厚的流塑状软土层，经注浆加固1个月后，钻3个抽芯孔取3组9个试件，做无侧限抗压强度试验，其g。的最小值为0．39MPa，最大值为0．7MPa，平均值为0．46MPa，完全达到加固目的，而其加固费用仅为原旋喷方案费用的三分之一。

3 压力注浆工艺

3．1 机械装备

开孔用的钻机，一般能打垂直孔和排水孔的50型钻机即可。注浆泵是要额定压力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，并经常检查其工作是否正常，否则要更换新的正品压力表。有的压浆队伍，泵上的压力表是坏的，装在上面是做样子的，真正的注浆压力根本达不到设计要求，在质量检查方面尤其要注意这一点。压浆头是连接钢花管和高压注浆胶管的设备，一般注浆队伍应配备一定数量、各种规格的压浆头，它用变孔径水管弯头加工而成。压浆头上要有闸刀开关，以作闷浆等使用。此外，还要有额定压力为20MPa的高压注浆胶管若干米，洗孔用的喷水头及搅拌池等设备。

3．2 材料

钢花管应按设计要求选材加工，加工好的钢花管应安放在有顶蓬的工作面上，经验收合格后方能使用。浆液：一般常用水灰比为1：1的425普通硅酸盐水泥纯水泥浆，方便施工。尽量少用添加剂，添加剂多了，一般施工队做不好，弄巧成拙，花了钱得不到效果。但水泥是要未进仓的新鲜水泥，如水泥放置时间长，有结块，搅拌成浆后会有相当部分通不过lmm的滤网而成废渣丢弃，降低了水泥的利用率。水泥进场后，应对其质量作抽检，在个别工地发现有的水泥掺粉煤灰等杂质太多，根本不是合格产品。

3．3 注浆工艺

压力注浆是通过一定的压力把浆液挤压渗透到附近岩土体的裂缝里或较软弱部位，以提高其密实度，即提高其物理力学特征。注浆工艺还有一个关键是控制浆液的流动范围。

注浆工艺如下：