CN103993607A - 钢花管控制注浆抗滑复合结构及其快速施工方法 - Google Patents

Abstract

一种钢花管控制注浆抗滑复合结构及其快速施工方法，由钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架组成。管顶框架由钢筋混凝土浇筑的横梁与纵梁组成，固定在边坡平台或埋置在坡体内；钢花管管顶与框架内纵向受力钢筋焊接，并整体浇注在框架梁内；钢花管桩之间土体由于劈裂注浆作用形成桩间复合土体。钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架组成复合结构，共同抵御滑坡推力或土压力。钢花管控制注浆抗滑复合结构相比传统钢花管桩，显著提高抗弯、抗剪能力，可抵御较大的滑坡推力或土压力；同时具备施工迅速、机械化程度高、对边坡扰动小、雨季施工方便等优点，是一种极具发展前途的新型边坡加固技术。

Description

钢花管控制注浆抗滑复合结构及其快速施工方法

技术领域

本发明涉及一种钢花管控制注浆抗滑复合结构及其快速施工方法，适用于公路、铁路、矿山、市政等的边坡加固工程中，尤其在边坡应急抢险中，具备施工迅速、机械化程度高、对边坡扰动小、雨季施工方便等优点。

背景技术

常规钢花管桩桩径小，抗弯、抗剪能力有限，对滑动面较深的边坡治理效果不好；而传统的抗滑桩又存在施工时间长、对边坡扰动大、雨季难以施工、施工安全隐患大等问题。如何研发一种既适宜深层滑坡治理，又具备施工迅速、安全、机械化程度高、雨季施工方便等特点的防治技术，成为边坡灾害治理的现实需要。

发明内容

本发明目的是提供一种钢花管控制注浆抗滑复合结构及其快速施工方法，以解决传统钢花管桩存在的抗滑能力不足及抗滑桩难以实现快速机械化施工的问题。

本发明的技术方案是：一种钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，包括钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架，管顶框架由网格状的钢筋混凝土浇筑的横梁与纵梁组成，固定在边坡平台或埋置在坡体内；钢花管桩顶端与管顶框架浇注在一起；钢花管桩之间由劈裂注浆形成桩间复合土体；钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架组成复合结构，共同抵御滑坡推力或土压力。

所述的钢花管桩包括钢花管和一次注浆管，在所述的钢花管上装有多个沿轴向间隔分布的对中环，用于将钢花管定位在形成其周围空间的钻孔轴心；一次注浆管从钢花管内穿过，伸入钻孔底部，在一次注浆管的底端和穿过钢花管底部的管壁上分别设有橡胶塞和一次注浆孔；在钢花管的管壁上设有二次注浆孔。

在所述的管顶框架内设有受力钢筋，并通过该受力钢筋与钢花管顶端焊接并整体浇筑混凝土，实现管顶框架与钢花管的固接，增强整体性。

钢花管的周围空间通过一次注浆管形成一次注浆体；在一次注浆体凝固后，再通过设在钢花管管壁上的二次注浆孔向外加压进行二次注浆，浆液从二次注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散。

在所述的钢花管顶部外圆周面对称焊接两个螺母；在进行二次注浆时，在所述的钢花管顶端密封安装管口压盖，在管口压盖上设有排气孔和二次注浆接口。

所述的二次注浆孔呈螺旋分布在钢花管的管壁。

在所述的钢花管的底部焊接一U型钢筋托架，将一次注浆管固定于U型钢筋托架内，避免下管过程对一次注浆管的破坏。

一种所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)加工钢花管：按照要求加工制成所述的钢花管；

2)钻孔：用钻机在坡体的下部钻出直径大于钢花管的孔；

3)下钢花管：将钢花管以及与其组装在一起的对中环、一次注浆管置入钻孔内，并使钢花管顶部露出坡面；两节钢花管之间的连接部位外侧套一接头钢管，接头钢管与钢花管之间焊接；

4)浆液制备：一、二次注浆按不同的水灰比配制浆液，一次注浆水灰比为0.5～0.6；二次注浆水灰比为0.6～0.7；

5)一次注浆：通过一次注浆管向钻孔注浆形成一次注浆体，钢花管内部不注浆；

6)二次注浆：在注浆压力作用下，浆液从钢花管管壁上的二次注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，与一次注浆体形成整体；

7)管顶框架施工：钢花管的顶端与管顶框架内受力钢筋焊接，并整体浇筑在管顶框架内，钢花管在管顶框架内嵌入深度不小于钻孔孔径的2倍。

所述的钢花管的加工步骤具体的工艺过程是：

1)钢花管的连接：标准钢花管长度为数米，可依据工程需要对钢管加长或截短；钢花管的连接通过在钢花管连接部位套一接头钢管，接头钢管长不小于20cm，与每根钢花管2的搭接长度不小于10cm，并与钢花管2采用焊接方式相连；

2)对中环的制作：对中环采用硬塑材料加工制作而成，由对称的两个半环组成；在半环的内周面中部挖一矩形槽作为定位凹槽；在钢花管的外侧点焊一小段钢筋作为定位凸块，安装对中环时将定位凹槽对准定位凸块；

3)二次注浆孔的封孔方法：用胶枪将玻璃胶打入二次注浆孔内，玻璃胶凝固后体积会收缩，易形成孔洞影响密封，在玻璃胶凝固后要检查二次注浆孔的密封情况，并对孔洞进行补胶密封。

本发明的优点是：通过二次劈裂注浆，在钢花管周边形成扩散面积较大的注浆体，可提高单根钢花管桩承载力；二次劈裂注浆也对桩间土体起到加固作用，尤其是在滑带部位的注浆能显著减小滑坡推力；通过管口框架将钢花管桩连接，形成钢花管桩、桩间复合土体与管口框架的复合结构，相比传统钢花管桩，显著提高抗弯、抗剪能力，可抵御较大的滑坡推力或土压力。具有施工迅速、机械化程度高、对边坡扰动小、雨季施工方便等优点。

附图说明

图1是采用本发明的抗滑体的断面结构示意图，

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的单根控制注浆钢花管一次注浆结构示意图；

图4是图3中P处的放大图；

图5是图3的A-A剖面图；

图6是图3的B-B剖面图；

图7是图6的C-C剖视图；

图8是图3的D-D剖视图；

图9是本发明的单根控制注浆钢花管二次注浆结构示意图；

图10是图9中Q处的放大图；

图11是图10的E-E剖视图；

图12(由图12A图12B组成)是本发明的施工流程图。

附图标记说明：

1、钻孔；2、钢花管；3、钢管底端封盖；4、U型钢筋托架；5、对中环；6、接头钢管；7、二次注浆孔；8、一次注浆管；9、密封胶带；10、一次注浆孔；11、软木塞；12、管口压盖；13、注浆管固定螺栓；14、排气孔；15、橡胶密封垫；16、紧固螺帽17、注浆管固定螺帽；18、二次注浆接口；19、定位凹槽；20、定位凸块；21、对中环固定孔；22、坡体；23、焊缝24、螺母；25、管顶框架；26、横梁；27、纵梁。

具体实施方式

参见图1～图11，本发明一种钢花管控制注浆抗滑复合结构，包括钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架25，管顶框架25由网格状的钢筋混凝土浇筑的横梁26与纵梁27组成，固定在边坡平台或埋置在坡体22内。钢花管桩顶端与管顶框架浇注在一起；钢花管桩之间由劈裂注浆形成桩间复合土体；钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架25组成复合结构，共同抵御滑坡推力或土压力。

所述的钢花管桩包括钢花管2和一次注浆管8，在钢花管2上装有多个沿轴向间隔分布的对中环5，用于将钢花管2定位在形成其周围空间的钻孔1的轴心。一次注浆管8从钢花管2内穿过，伸入钻孔1的底部，在一次注浆管8的底端和穿过钢花管2底部的管壁上分别设有软木塞11和一次注浆孔10；在钢花管2的管壁上设有二次注浆孔7。

下面详细说明各个部件的构造：

(1)管顶框架25：

管顶框架25由钢筋混凝土浇筑的横梁26与纵梁27组成(网格形状)。管顶框架25与竖向控制注浆钢花管管口相连，可将多排钢花管连成整体，共同抵御滑坡。

(2)钢花管2：

钢花管2是主要受力构件，与钻孔1内注浆体形成钢管桩，依靠其抗弯、抗剪强度抵御水平滑坡推力。一般选用6m长、Φ90×5mm无缝标准钢管，工程中可依据需要加长或截短，标准管之间设置接头钢管6连接。在钢花管2控制注浆部位设置二次注浆孔7，孔眼直径一般为8mm，间距10～15cm，螺旋形布置。

(3)对中环5：

对中环5套箍在钢花管2上，保证下管过程钢花管2与钻孔1的孔壁之间有一定保护厚度，确保钢花管2周围由注浆体包裹，提高钢花管2的防腐性能及桩体承载力。对中环5按竖向间隔3m布置。

(4)接头钢管6：

接头钢管6长不小于20cm，与每根钢花管2的搭接长度不小于10cm，并与钢花管2采用焊接方式相连。焊接时要求接头钢管6与钢花管2无缝连接，保证一次注浆浆液不能渗入钢花管2内。

(5)钢管底端封盖3：

在钢花管2底部焊接钢管底端封盖3，避免一次注浆时浆液渗入钢花管2内。

(6)U型钢筋托架4：

在钢花管2底部焊接U型钢筋托架4，将一次注浆管8固定于U型钢筋托架4内，避免下管过程对一次注浆管8的破坏。

(7)管口压盖12：

管口压盖12在二次注浆时设置在钢花管2管口，保证钢花管2在二次高压注浆时不喷浆或漏浆。

(8)一次注浆管8：

一次注浆管8选用普通22mmPVC管，从钢花管2内穿过。一次注浆管8底端固定于U型钢筋托架4中，并用软木塞11塞住孔口，避免下管时钻孔2内残渣堵塞注浆管。在一次注浆管8底端伸出钢花管2的部分，设置螺旋形布置的一次注浆孔10，孔径10mm，间距10mm，一次注浆时在软木塞11无法冲开的情况下，浆液可从一次注浆孔10向钻孔1内流动。

将一次注浆管8伸入钻孔1底部，注浆时由孔底向上返浆，直至钻孔1内充满浆液，且孔口冒纯水泥浆为止。

(9)二次注浆管18：

二次注浆管18需承受二次注浆时的高压力。在二次注浆管18端部安装注浆管固定螺帽17，与管口压盖12上的注浆管固定螺栓13相连(见图9、10)，保证二次注浆时不出现喷浆或漏浆现象。

参见图12，本发明的具体实施过程：

本发明的施工方法包括：钻孔、钢花管加工、浆液制备、下钢花管、一次注浆、二次注浆、管口框架施工等步骤，分述如下：

(1)钻孔1：

钻孔1的孔径一般为130mm，滑坡规模较大时可选用150mm孔径。钻孔工艺与常规方法基本相同，并进行地质编录，做到“一听、而看、三记录”。

(2)钢花管2加工：

钢花管2加工过程，对中环5安装与二次注浆孔7封孔工艺是关系注浆成败的关键。

①对中环5安装：

对中环5采用硬塑材料加工制作而成，由对称的两个半环组成。半环厚30mm，在半环中部挖一定位凹槽19，槽高10mm，宽约39mm，设置定位凹槽19的目的是为了避免对中环5在下管过程中上下移动。具体做法为在钢花管2外侧设置对中环7处点焊一定位凸块20(小段钢筋)，安装对中环5时将定位凹槽19对准定位凸块20，在定位凸块20约束作用下对中环5将难以沿钢管上下移动。安装过程中，将对中环5的两个半环分别套在钢花管2上，用铁丝穿过半环上的对中环固定孔21，将两个半环紧紧箍在钢花管2上(见图6、7)。

②二次注浆孔7封孔：

一次注浆为管外注浆，此时二次注浆孔7要确保密封，避免一次注浆的浆液流入钢花管2内；二次注浆为钢花管2内注浆，此时要保证浆液能冲破二次注浆孔7，才能实现二次劈裂注浆。

玻璃胶封孔在实践中被证明是一种可靠、简易的封孔方式，用胶枪将玻璃胶打入二次注浆孔7，玻璃胶凝固后可起到密封二次注浆孔7的目的，下管过程玻璃胶也不易损坏；同时玻璃胶强度较低，二次注浆时极易被冲破。玻璃胶封孔需注意：玻璃胶凝固后体积会收缩，易在二次注浆孔7中形成孔洞，在玻璃胶凝固后要检查二次注浆孔7的密封情况，并对孔洞进行补胶密封。

(3)浆液制备：

一次注浆时浆液水灰比选用0.5～0.6；二次劈裂注浆时水灰比选用0.6～0.7。

(4)下钢花管2：

钢花管2应尽量保证垂直对中入孔，可采用简易吊装设备将钢花管2垂直吊起，对中后缓慢放入孔中。

钢花管2依次下入钻孔1内，钢花管2采用钢管接头6焊接，焊接时应保证钢花管2密封，避免一次注浆时浆液流入钢花管2内。

(5)一次注浆：

一次注浆为管外注浆，目的是在钻孔1与钢花管2之间形成水泥柱，在二次注浆下水泥柱将被劈裂，裂缝将成为浆液从管内向坡体喷射的“通道”。一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补浆。

一次注浆管8采用Φ22mm PVC管。一次注浆管8在钢花管2底端穿过钢管底端封盖3，为保证浆液不渗入管内，一次注浆管8与钢管底端封盖3采用密封胶带9密封。一次注浆管8伸出钢花管2部分设置一次注浆孔10，以保证在软木塞11无法被浆液冲开的情况下一次注浆管8的顺利出浆。

(6)二次注浆：

二次注浆在钢花管2内进行，浆液通过高压(一般在1～5MPa)将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钢花管2周围岩土体，提高其强度。

二次注浆(劈裂注浆)时，由于注浆压力较大，钢花管2管口需加管口压盖12密封。管口压盖12留置排气孔14及两侧留Φ20mm的通孔，以便穿紧固螺栓24(与紧固螺帽16连接)来固定管口压盖(详见图10)。管口压盖12与钢花管2管口之间设置橡胶密封垫15。

二次注浆压力，即在劈裂后浆液向四周扩散的持续压力，根据孔周围岩土体的强度和结构不同，会出现三种情况：

①在出现浆体瞬间劈裂压力后，二次注浆压力明显小于劈裂压力，且不会增加，注浆此时按设计注浆量2倍控制注浆量。

②在出现浆体瞬间劈裂压力后，二次注浆压力虽然明显小于劈裂压力，但持续压力不断增加，注浆量虽增大，但注浆速率不断减小。此情况对其注浆量进行双控，按满足总注浆量不大于设计注浆量的2倍和注浆速率明显降低(每分钟注浆量不超过0.2～0.5L)两者其中之一时，即可停止注浆。

③在出现浆体瞬间劈裂压力后持续注浆压力没有明显的减小，或注浆压力一直增加没有形成岩体挤裂压力，注浆效果不明显，按注浆压力不超过容许压力(5MPa)进行控制。

另外，实验中如果出现坡面冒浆现象，立即停止注浆。

(7)管口框架25施工：

最后，按照常规工艺浇筑管口框架25。应注意：框架内纵向受力钢筋应尽量与钢花管2管口焊接。

本发明主要用于滑坡灾害防治，其作用体现在：①抗滑挡墙作用：钢花管控制注浆抗滑复合结构能加固桩周土体，使多排钢花管桩与周边被加固土体形成连续的“抗滑挡墙”，对滑体产生支挡作用。②改善抗滑段及滑带岩土体强度：在抗滑段设置钢花管控制注浆抗滑复合结构，劈裂注浆时浆液对抗滑段岩土体形成填充、挤密或置换作用，提高抗滑段岩土体强度；在滑坡滑带附近劈裂注浆，能改善滑带土力学性状，提高稳定性。③改善坡体地下水影响：地下水是滑坡发生的重要诱发因素，在边坡适当位置设置钢花管控制注浆抗滑复合结构，可减弱甚至消除地下水对软化滑带、降低抗滑带岩土体强度及渗流力的不利影响。

钢花管控制注浆抗滑复合结构防治滑坡的适宜性见表1。

表1钢花管控制注浆抗滑复合结构防治滑坡的适宜性评价表

Claims (9)

1.一种钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，包括钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架，管顶框架由网格状的钢筋混凝土浇筑的横梁与纵梁组成，固定在边坡平台或埋置在坡体内；钢花管桩顶端与管顶框架浇注在一起；钢花管桩之间由劈裂注浆形成桩间复合土体；钢花管桩、桩间复合土体和管顶框架组成复合结构，共同抵御滑坡推力或土压力。

2.根据权利要求1所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，所述的钢花管桩包括钢花管和一次注浆管，在所述的钢花管上装有多个沿轴向间隔分布的对中环，用于将钢花管定位在形成其周围空间的钻孔轴心；一次注浆管从钢花管内穿过，伸入钻孔底部，在一次注浆管的底端和穿过钢花管底部的管壁上分别设有橡胶塞和一次注浆孔；在钢花管的管壁上设有二次注浆孔。

3.根据权利要求2所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，在所述的管顶框架内设有受力钢筋，并通过该受力钢筋与钢花管顶端焊接并整体浇筑混凝土，实现管顶框架与钢花管的固接，增强整体性。

4.根据权利要求3所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，钢花管的周围空间通过一次注浆管形成一次注浆体；在一次注浆体凝固后，再通过设在钢花管管壁上的二次注浆孔向外加压进行二次注浆，浆液从二次注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散。

5.根据权利要求4所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，在所述的钢花管顶部外圆周面对称焊接两个螺母；在进行二次注浆时，在所述的钢花管顶端密封安装管口压盖，在管口压盖上设有排气孔和二次注浆接口。

6.根据权利要求4所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，所述的二次注浆孔呈螺旋分布在钢花管的管壁。

7.根据权利要求4所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构，其特征在于，在所述的钢花管的底部焊接一U型钢筋托架，将一次注浆管固定于U型钢筋托架内，避免下管过程对一次注浆管的破坏。

8.一种权利要求1-7任何一顶所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)加工钢花管：按照要求加工制成所述的钢花管；

2)钻孔：用钻机在坡体的下部钻出直径大于钢花管的孔；

3)下钢花管：将钢花管以及与其组装在一起的对中环、一次注浆管置入钻孔内，并使钢花管顶部露出坡面；两节钢花管之间的连接部位外侧套一接头钢管，接头钢管与钢花管之间焊接；

4)浆液制备：一、二次注浆按不同的水灰比配制浆液，一次注浆水灰比为0.5～0.6；二次注浆水灰比为0.6～0.7；

5)一次注浆：通过一次注浆管向钻孔注浆形成一次注浆体，钢花管内部不注浆；

6)二次注浆：在注浆压力作用下，浆液从钢花管管壁上的二次注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，与一次注浆体形成整体；

7)管顶框架施工：钢花管的顶端与管顶框架内受力钢筋焊接，并整体浇筑在管顶框架内，钢花管在管顶框架内嵌入深度不小于钻孔孔径的2倍。

9.根据权利要求8所述的钢花管控制注浆抗滑复合结构的施工方法，其特征在于，所述的钢花管的加工步骤具体的工艺过程是：

1)钢花管的连接：标准钢花管长度为数米，可依据工程需要对钢管加长或截短；钢花管的连接通过在钢花管连接部位套一接头钢管，接头钢管长不小于20cm，与每根钢花管2的搭接长度不小于10cm，并与钢花管2采用焊接方式相连；

2)对中环的制作：对中环采用硬塑材料加工制作而成，由对称的两个半环组成；在半环的内周面中部挖一矩形槽作为定位凹槽；在钢花管的外侧点焊一小段钢筋作为定位凸块，安装对中环时将定位凹槽对准定位凸块；

3)二次注浆孔的封孔方法：用胶枪将玻璃胶打入二次注浆孔内，玻璃胶凝固后体积会收缩，易形成孔洞影响密封，在玻璃胶凝固后要检查二次注浆孔的密封情况，并对孔洞进行补胶密封。