一种边坡孔隙土体预应力锚注加固方法与流程

本发明涉及岩土工程，尤其涉及边坡的加固技术。

背景技术：

在岩土工程施工中，经常遇到土壤型边坡的情况，有些属于初始边坡。多数的初始土壤边坡属于孔隙土体，处于不稳定的状态，无法满足工程施工的要求，需要采用外界措施进行加固。目前的边坡加固方法包括普通水泥注浆加固、锚杆加固、土钉加固、预应力锚索加固等。普通水泥注浆加固的不足是，由于土壤孔隙中的大小不同，一般将将孔隙划分为三种类型：非活性孔隙、毛管孔隙和通气孔隙。非活性孔隙的当量孔径小于0.002mm，毛管孔隙的当量孔径为0.002-0.02mm，通气孔隙的当量孔径大于0.02mm。由于普通水泥颗粒大于0.1mm，所以采用普通水泥注浆时，水泥颗粒很难充填到土壤的微小的孔隙中；再就是由于普通水泥浆液水化热作用具有自收缩性，浆液充满孔隙凝固后会在浆液与孔隙壁之间产生裂隙，致使充填不密实，注浆加固效果减弱。单纯用锚杆或预应力锚索加固时，由于土壤软弱不稳定，锚固力不足。即使注浆加锚杆联合加固，锚注加固效果也不佳。因此，需要一种新的加固方法。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明综合膨胀性超细水泥浆液和半段锚固、半段预紧的胀壳式预应力注浆锚索，提供一种边坡孔隙土体预应力锚注加固方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种边坡孔隙土体预应力锚注加固方法，包括如下步骤：

一、确定膨胀性混凝土浆液材料

膨胀性混凝土浆液材料由超细水泥和外加剂组成；外加剂包括膨胀剂、高效减水剂和速凝剂；注浆时的浆液水灰比为1：0.4-0.6；

二、根据土体样品试验确定注浆材料外加剂的配比

在需要加固的边坡处，取孔隙土体样品，根据样品孔隙类型，在实验室进行注浆试验，通过注浆试验找到达到以下指标要求的注浆材料外加剂的配比；指标要求如下：浆液的膨胀应力为0.5-2.0MPa，浆液的流动度大于29cm，浆液的初凝时间为8-12小时，结石体早期强度大于16MPa；

三、对边坡孔隙土体进行注浆

1、选用注浆锚索和塑料套管备用；要求注浆锚索为胀壳式预应力注浆锚索，注浆锚索的长度不小于15m，能承受5-12T的预应力；要求塑料套管的长度为注浆锚索的一半长度，塑料套管的直径与注浆锚索的外径匹配；

2、在边坡孔隙土体上打几个钻孔，钻孔直径略大于塑料套管的外径，钻孔深度与注浆锚索的长度一致；

3、打钻孔后首先将塑料套管装入孔口段再安装注浆锚索，或将注浆锚索先装入塑料套管中，再一起装入钻孔中；要求在塑料套管前端部安设止浆塞，防止注浆浆液进入塑料套管内；注浆锚索的前端通过锚固件胀壳固定在钻孔底部；并要求孔口处的锚索托盘的平面面积不小于所占边坡面积的1/4，通过加大托盘面积来扩大锚索对孔隙土体的轴向预紧范围；

4、同时按照第一步的实验结果配制符合上述指标要求的膨胀性混凝土浆液，布置注浆管路；

5、将注浆锚索与注浆管路连接，开动压力注浆泵，对孔隙土体进行注浆，注浆压力为0.5-3MPa，待注浆压力出现迅速升高时停止注浆，预示注浆已满；

6、待注浆浆液达到初凝时间后，对注浆锚索施加预紧力，使锚索预应力达到设定值。

7、待浆液完全凝固，使孔隙土体形成结石体，完成整个工程段。

本发明的原理和积极效果：

1、通过压力注浆浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土体孔隙中的水分和空气而占据其位置，使不连续的土体孔隙变为连续，形成以浆液结石体为网状骨架、原孔隙土体为充填物的复合结构；

2、由于孔隙土体结构强度较低，注浆锚索与孔壁摩擦力不足，施加预应力时，则可能直接将注浆锚索从土体拉出；因此本发明采用膨胀性混凝土浆液进行注浆加固，通过在浆液中掺加膨胀剂，能够促进水泥结石体的体积膨胀变大，当水泥浆液的体积膨胀能够抵消自收缩后，继续增大膨胀体积会使浆液对孔隙壁产生挤压作用，即自应力作用，水泥浆液的自应力作用在二维平面内，加强了注浆锚索与孔壁的摩擦力，可对注浆锚索施加较大的轴向预应力；所以膨胀性水泥注浆浆液对边坡孔隙土体产生的二维平面挤压应力、再加上预应力注浆锚索的轴向挤压应力，共同形成对孔隙土体的三维预应力加固，使加固后的孔隙土体形成以浆液结石体为网状骨架、原孔隙土体为充填物的三维受力状态的复合结构。

3、由于孔口段设置了塑料套管，塑料套管为索体长度的1/2，使注浆锚索和塑料套管能够相对运动，能够施加预紧力，所以形成半段锚固、半段预紧的锚固结构。

总之，采用本发明方法对边坡孔隙土体进行三维预应力锚注加固，可使浆液结石体和原有孔隙土体形成密实的结构且处于三维受力状态，使边坡孔隙土体强度大大提高，整体稳定性和承载能力大大提高。

附图说明

图1为本发明边坡孔隙土体预应力锚注加固示意图；

图2为本发明胀壳式预应力注浆锚索结构示意图。

图中，1、孔隙土体；2、结石体；3、注浆锚索；4、止浆塞；5、胀壳锚固件；6、锚索体；7、塑料套管；8、托盘；9、锚具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1图2所示，一种边坡孔隙土体预应力锚注加固方法，包括如下步骤：

一、确定自应力注浆材料

膨胀性混凝土浆液材料由直径小于0.4μm的超细水泥和外加剂组成；外加剂包括膨胀剂、高效减水剂和速凝剂；注浆时的浆液水灰比为1：0.4-0.6；

二、根据土体样品试验确定注浆材料外加剂的配比

在需要加固的边坡处，取孔隙土体1样品，根据样品孔隙类型，在实验室进行注浆试验，通过注浆试验找到达到以下指标要求的注浆材料外加剂的配比；指标要求如下：浆液的膨胀应力为0.5-2.0MPa，浆液的流动度大于29cm，浆液的初凝时间为8-12小时，结石体2早期强度大于16MPa；

本实施例中：取平均粒径4μm的普通硅酸盐超细水泥100重量份，膨胀剂11重量份，高效减水剂0.15重量份，速凝剂2.6重量份，浆液水灰比为1：0.5。达到的指标为：膨胀应力为1.4MPa，流动度为32cm，浆液的初凝时间为11小时，结石体早期强度为18.6MPa；

实施例中膨胀剂由膨胀剂母料和天然石膏粉所组成。

三、对边坡孔隙土体1进行注浆

1、选用注浆锚索3和塑料套管7备用；要求注浆锚索3为胀壳式预应力注浆锚索，注浆锚索3的锚杆体6长度不小于15m，能承受5-12T的预应力；要求塑料套管7的长度为注浆锚索3的一半长度，塑料套管7的直径与注浆锚索3的外径匹配；

2、在边坡孔隙土体1上打几个钻孔，钻孔直径略大于塑料套管7的外径，钻孔深度与注浆锚索3的长度一致；

3、打钻孔后首先将塑料套管7装入孔口段再安装注浆锚索3，或将注浆锚索3先装入塑料套管7中，再一起装入钻孔中；要求在塑料套管7前端部安设止浆塞4，防止注浆浆液进入塑料套管7内；注浆锚索3的前端通过胀壳锚固件5固定在钻孔底部；并要求孔口处的锚索托盘8的平面面积不小于所占边坡面积的1/4，通过加大托盘8面积来扩大锚索对孔隙土体1的轴向预紧范围；

4、同时按照第一步的实验结果配制符合上述指标要求的膨胀性混凝土浆液，布置注浆管路；

5、将注浆锚索3与注浆管路连接，开动压力注浆泵，对孔隙土体1进行注浆，注浆压力为0.5-3MPa，待注浆压力出现迅速升高时停止注浆，预示注浆已满；

6、待注浆浆液达到初凝时间后，通过锚具9对注浆锚索3施加5-12T的预紧力预紧力，使锚索预应力达到设定值。

7、待浆液完全凝固，使孔隙土体1形成结石体2。后期用扫描电镜进行加固孔隙土体1的微观结构扫描观测，发现加固后的孔隙土体形成以浆液结石体为网状骨架、原孔隙土体为充填物的三维受力状态的复合结构。