一种管式土钉支护结构及其施工方法与流程

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种管式土钉支护结构及其施工方法。

背景技术：

基坑、边坡等岩土锚固工程中，土钉的应用非常广泛。传统土钉一般采用钢筋土钉，钢筋土钉的施工过程，需要预先机械钻孔，成孔后为防止出现塌孔现象应尽快插入钢筋杆体，同时钢筋需要采取一定措施使其位于孔中心位置，使钢筋完全发挥作用，土钉插入后，注射砂浆使土钉与土体嵌固。在一些土质较软的地区，例如，回填土、松软的淤泥质土、可液化沙土等，这种土钉支护形式，通常难以形成稳定的钻孔，在机械钻孔过程中易出现塌孔、埋钻及缩颈等问题。现有管式土钉采用机械式打入方式，在打入夯击过程中易造成钢管打入部位损坏，同时所形成的砂浆加固的土体是否均匀难以保证，土钉强度难以保证。

技术实现要素：

本发明提供本发明提供一种钢管高压注浆加固土体形成的新型土钉支护结构及其施工方法。采用新型螺旋钢肋花钢管，便于采用机械方式将钢管旋入土体，减小钢管入土难度及钢管在入土过程中的损耗；另外，螺旋钢肋在钻入过程中可以使钢管周边土体疏松，便于注浆，压力注浆后沿土钉长度形成的线状土体加固区，改善软土体的力学性能，提高了土体的抗剪强度。另一方面，砂浆和管状形成的巨大钢管与浆体结石柱具有较高的抗剪强度，基坑土体下滑时，上述二者的积极作用提高了基坑的稳定性和安全性。本发明技术方案如下：

一种管式土钉支护结构，包括花钢管、锚固结构、喷射混凝土面层和注浆套管；所述锚固结构包括固定螺帽及钢垫板；所述花钢管一端为锥形端头，另一端为开口端，开口端设有螺纹，花钢管管体表面设有出浆孔，花钢管管体外壁上焊接有螺旋式钢肋，所述螺旋式钢肋紧邻锥形端；花钢管内通过软管先注满浆体，软管取出后将注浆套筒一端与花钢管开口端连接，另一端连接注浆软管，用水泥浆高压泵压力注浆，砂浆渗入周边土体中，起到加固土体的作用；压力注浆完成后，将注浆套管拆下，花钢管开口端安装钢垫板和固定螺帽，所述固定螺帽和花钢管开口端的螺纹相配合，所述花钢管在混凝土面层上采用梅花形排列布置，水平间距和竖向间距为0.8-1.5m。

所述混凝土面层由通长纵向钢筋、通长横向钢筋、钢筋网和喷射混凝土组成，喷射厚度为80-120mm。

所述出浆孔采取梅花式或螺旋式布置，出浆孔直径为5-10mm，间距为0.2-0.5m。避免钢管同一截面处强度降低较大。

注浆套管一端与花钢管开口端由丝扣连接固定，另一端与注浆软由钢丝连接固定。

所述花钢管锚固于喷射混凝土面层，所述钢垫板作为锚下传力构件，尺寸为0.3×0.3m，厚10-15mm，中心留有和钢管相同直径的圆孔。

所述螺旋式钢肋高度为30-50mm、肋宽3-5mm、间距为100mm，其布置长度约0.5-1.0m；所述开口端的螺纹布置长度为50-100mm。

本发明还提供一种管式土钉支护结构的施工方法，包括以下步骤：

1)确定开挖位置，按设计进行放坡，挖土至第一道土钉标高深度，清理坡面，预留花钢管孔位并作出标记，邦扎钢筋网，喷射混凝土，形成喷射混凝土面层；

2)待混凝土面层强度达到规定强度，将花钢管机械旋转式钻入土体；

3)在花钢管开口端周围封孔，避免压力注浆过程中，砂浆从花钢管开口端周围喷出；

4)先采用小直径的注浆软管深入花钢管底部，由里向外逐渐将花钢管内注满浆体，取出注浆软管；将注浆套筒一端与花钢管开口端连接，另一端连接注浆软管，用水泥浆高压泵压力注浆，注浆压力1-2MPa，稳压5分钟，砂浆渗入周边土体中，起到加固土体的作用；

5)注浆完成后，拆除注浆套筒，在花钢管开口端安装钢垫板，采用机械设备将固定螺帽旋紧到花钢管开口端的螺纹，以提供微预应力；

6)待已施工完的土钉达到70％设计强度后，可挖土至下一道土钉标高深度，进行下一道土钉的施工。

本发明突出的有益效果在于：

(1)本发明可靠性强，采用钢管式土钉，钢管旋转钻入土体，避免了在一些松软的软土地区施工时，易出现塌孔、埋钻及缩颈等施工问题；

(2)钢管入土端头部位采用螺旋式钢肋构造，减小钢管入土难度及钢管在入土过程中的损耗，可以加快施工进度；同时在成型后的土钉结构中提高端部锚固力，防止混凝土与钢管出现脱离现象；

(3)土钉抗拔力高。花钢管在钻进过程中，螺旋式钢肋使的花钢管周边土体变得疏松，在压力注浆时，砂浆渗入土钉周围土体中，形成的浆与土体复合加固体直径较大，提高土钉抗拔力；

(4)支护结构变形小。钢管端口螺纹与固定螺帽和钢垫板的配套使用，可以为土钉提供微预应力，以降低支护结构变形；

(5)压力注浆后沿土钉长度形成的线状土体加固区，改善软土体的力学性能，提高了土体的抗剪强度。另一方面，砂浆和管状形成的巨大钢管与浆体结石柱具有较高的抗剪强度，基坑土体下滑时，上述二者的积极作用提高了基坑的稳定性和安全性。

(6)实用性强，可广泛应用于回填土，松软的淤泥质土，可液化沙土等土质松软地区。

附图说明

图1为本发明花钢管及注浆套筒的示意图；

图2为本发明管式土钉支护完成后的整体结构平面示意图；

图3为本发明管式土钉支护完成后的整体结构立面示意图；

图4为本发明各结构在挡土面上的位置排列示意图。

标号及符号说明

1-固定螺帽；2-钢垫板；3喷射混凝土面层；4-螺旋式钢肋；5-锥形端头；6-花钢管；7-地表面；8-坑底；9-出浆孔；10-注浆套筒；11-通长纵向钢筋；12-通长横向钢筋；13-钢筋网；14-基坑底部；15-地表面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1－4所示，一种管式土钉支护结构包括花钢管6、锚固结构、喷射混凝土面层3和注浆套管10；所述锚固结构包括固定螺帽1及钢垫板2；所述花钢管6一端为锥形端头5，另一端为开口端，开口端设有螺纹，花钢管6管体表面设有出浆孔9，花钢管6管体外壁上焊接有螺旋式钢肋4，所述螺旋式钢肋4紧邻锥形端头5；花钢管6内先通过软管注满浆体；软管取出后将注浆套筒10一端与花钢管6开口端连接，另一端连接注浆软管，进行压力注浆(浆体从管体上的孔渗入土体)；压力注浆完成后，将注浆套管10拆下，花钢管6开口端安装钢垫板2和固定螺帽1，所述固定螺帽1和花钢管6开口端的螺纹相配合，所述花钢管6在混凝土面层3上采用梅花形排列布置，水平间距和竖向间距为0.8-1.5m。所述混凝土面层3由通长纵向钢筋11、通长横向钢筋12、钢筋网13和喷射混凝土组成，喷射厚度为80-120mm。所述出浆孔9采取梅花式或螺旋式布置，出浆孔9直径为5-10mm，间距为0.2-0.5m。所述花钢管6锚固于喷射混凝土面层3，所述钢垫板2作为锚下传力构件，尺寸为0.3×0.3m，厚10-15mm，中心留有和钢管相同直径的圆孔。所述螺旋式钢肋6高度为30-50mm、肋宽3-5mm、间距为100mm，其布置长度约0.5-1.0m；所述开口端的螺纹布置长度为50-100mm。

花钢管6可采用φ40mm、φ50mm、φ60mm厚3mm的普通圆钢管制作，花钢管6和配套的固定螺帽1及钢垫板2统一由工厂加工制作。

一种管式土钉支护的施工步骤如下：

1)土方开挖

按设计规定的施工顺序进行，必须按分层开挖深度施工。土方每步开挖深度与土钉高度保持一至，基坑边壁应预留0.3-0.5m的土，宜采用小型机具或铁锹进行人工挖土清坡，以保证边坡平整。

2)喷射混凝土面层施工

为保证压力注浆时，对注浆口侧土体进行封闭，防止开挖面出现漏浆、喷浆现象，应先进行混凝土面层施工，在喷射混凝土前，需先确定并预留出钢管孔位，在花钢管6打入位置处设置通长纵向连接筋11与通长横向连接筋12焊接，作为钢垫板下受力构件。邦扎钢筋网13，面层内的钢筋网片应牢固固定在边壁上，以符合规定保护层厚度的要求。喷射混凝土，形成喷射混凝土面层3；喷射混凝土强度为C20，粗骨料最大粒径不宜大于12mm，水灰比不宜大于0.5。喷射混凝土应分段进行，同一分段内混凝土喷射顺序至上而下，依次喷射厚度不宜小于40mm。喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为0.8-1.2m。喷射混凝土厚度为80-120mm。喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，待混凝土强度达到设计强度的70％后，可进行下一步施工，支护结构剖面图如图3所示；

3)花钢管施工

花钢管待混凝土面层3强度达到规定强度，将花钢管6机械旋转式钻入土体；

4)封孔

在花钢管6开口端周围封孔，避免压力注浆过程中，砂浆从花钢管6开口端周围喷出；

5)注浆

先采用小直径的注浆软管深入花钢管底部，由里向外逐渐将花钢管内注满浆体，取出注浆软管；将注浆套筒一端与花钢管开口端连接，另一端连接注浆软管，用水泥浆高压泵压力注浆，注浆压力1-2MPa，稳压5分钟，砂浆渗入周边土体中，起到加固土体的作用；

6)安装锚固结构

注浆完成后，拆除注浆套筒10，在花钢管6开口端安装钢垫板2，采用机械设备将固定螺帽1旋紧到花钢管6开口端的螺纹，以提供微预应力。

7)待已施工完的土钉达到70％设计强度后，可挖土至下一道土钉标高深度，进行下一道土钉的施工。