土钉墙与注浆技术

1.1. 路堤灌浆技术

摘自《中南公路工程》2001.3《灌浆法在高路堤稳定中的应用》

由于浆液的扩散能力与灌浆压力的大小有关，而压力主要取决于路基的密实度、强度和初始应力。钻孔深度、灌浆位置和灌浆液在地下流动的形式是：当灌浆压力较低时，路基填料的渗透性较好，水泥浆在中等浓度的情况下以渗流的方式渗入路基的孔隙。这种方式可以认为路基原结构未受扰动和破坏，灌浆量及浆液半径常用渗流理论求解。当压力逐渐加大，其他条件不变时，浆液的流动由层流转变为紊流，在紊流条件下的灌浆量与浆液扩散半径常用紊流理论求解。上述两种情况称为渗入注浆法，适用于碎石土、沙卵土夯填料的路基。在拈性土夯填的路基渗透性很小，渗入法灌浆难以达到预期目的，需要采用劈裂性灌浆。第三种灌浆法是压密灌浆法。通过钻孔向土中灌入极浓的浆液，使注浆附近土体压密而形成浆泡。初始灌浆压力沿径向扩散，随着浆泡的扩大，便会产生较大的上抬力。一般情况下都会使用两种或两种以上的灌浆方法，才能形成渗透-充填-置换-复合防渗补强的地基。

浆液配比大致为：水:料=1:（0.8-1.0）,水泥:粉煤灰=1:1。浆液的扩散半径按下式计算：

tn3khr(Rr)

33如果R>r，则: R33khrt/n

式中：t为凝固时间，s；k为渗透系数，cm/s；n为空隙率，%；h为注浆压力，Pa；β为水与浆液之间的黏度比；R为浆液扩散半径，cm；r为灌浆孔半径，cm。

灌浆量计算：QVna(1B).1000

式中：Q为灌浆量，n为孔隙率，%；a为灌入充填率，%；V为加固土体积，m3;B为损失系数，%。

1.2. 灌浆法施工应用

施工程序为：布孔-钻机选型-下注浆花管-灌注施工。灌浆压力和浆液浓度是保证灌浆质量的重要因素。灌浆结束应以设计的终孔压力和平均单孔注浆量为双重控制标准。单孔灌浆量=排距×孔距×孔深×填土孔隙率。

钻机采用GY-50-1型钻机，合金钻头φ75mm无泵回旋钻进。钻孔主要布置在地面可以看到裂缝的部位，裂缝中保持孔距4m左右。成孔深度椐孔内取芯决定。当取芯较完整无裂隙发育时，即终孔。一般要保持孔深1m左右。为保证灌浆反力，须在孔口以水泥浆埋管，埋管深度以不遮蔽裂缝为原则。少数裂缝分布较浅，采用棉纱、纤维等在孔口堵塞。在浆池中配制水泥浆，采用容积法控制用水量，加入适量水泥后用BW-250型泵冲搅均匀。开始水灰比控制在1.2:1左右，然后调剂到0.8:1进行正常灌注。灌注前在孔内注入清水，防止裂缝堵塞；当灌注压力大于0.25MPa或地面裂缝溢浆时停止灌浆.当孔内或裂缝中浆液下泄,要及时补浆直至不再下泄,保证裂缝中充满水泥浆。干法成孔使用通长螺旋钻杆成孔，适用于均质的残积土地层。湿法成孔使用泥浆护壁钻进成孔，适用于地质情况复杂、地下水较丰富以及在软土地层成孔等。

摘自《中南公路工程》1998.1《路基边坡风化与防护》

灌浆法只适用于无地下水，或虽有地下水，但是对水泥不发生浸蚀作用，且流量不大的破碎层中。用于灌浆的水泥应加以选择：

1、 当破碎岩中无地下水，或者虽有地下水，但是不含有害杂质时，宜选用硅酸盐水泥；

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2、 当破碎岩中有地下水，且水中含有溶解的Ca，Mg的量不大（<4mg/l）时，宜选用火山灰质水泥或者矿渣水泥；

3、 当地下水含有硫酸盐时，宜选用抗硫酸盐水泥（即铝酸三钙低于5%的硅酸盐水泥）。

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1.3. 土钉系统

摘自《中南公路工程》2001.3《土钉挡土技术》

土钉:

最常用的土钉类型是钻孔注浆钉,还有把角钢\\圆钢或钢管用振动冲击钻或液压棰直接击入土中的击入钉;用端部密封\\周围钻孔注浆的花管锚管作为土钉的注浆击入钉,用高频击入锤把注浆管击入土中从端部20mpa压力注浆的的高压喷射注浆击入钉。

土钉的施工程序为成孔、置入钢筋、注浆、补浆。为了保证钢筋处于孔的中心位置，沿杆体长每隔2-3m设对中支架。土钉钢筋一般为φ25-35mm，锚孔为φ75-150mm 。为了使土钉与喷射混凝土面层较好联结。常把土钉外端作成螺纹，通过螺母、楔形垫圈和方形钢垫板与面层连接。

面层

土钉支护的面层通常用50-80mm厚的钢筋网喷混做成，钢筋直径6-8mm，网格尺寸200-300mm。由于喷混层不是主要受力部件，喷混层不需要很厚，可以用预制混凝土板拼接。永久工程的喷混层厚度至少150-250mm，分两次喷成，也可以在第一次喷混层基础上现浇一层混凝土。

排水系统 为了防止地表水渗透对面层产生压力和侵蚀，防止土的强度和黏结力降低，施工前应在地面设置排水沟，或设置混凝土地面；坡面上从上到下设置浅表排水管排除面层背后的渗透水。根据情况还可以设置深部排水系统。永久工程可在面层背后用土工织物做成竖向排水通道，或者设置带孔的竖向排水管。

1.4. 稳定性分析

目前土钉墙结构设计主要包括整体稳定性分析和局部稳定性分析两项内容。整体稳定性分析是在极限平衡状态下，由力或力矩平衡求取对应于某一滑动面的安全系数，不能得到土钉在工作荷栽作用下的受力大小。虽然整体稳定，但是由于土坡逐渐滑动破坏，使得上部几层土钉达到破坏状态。因此，还要检验各层土钉的局部稳定。

稳定性的分析计算方法见“土钉挡土技术”。

路基软基注浆施工的施工准备

在施工前应做土的干密度、含水量、液塑限试验。为了对比，可以在注浆前后进行标准贯入试验，确定土的分层松散程度。注浆前后土体的物理力学参数对比参数有：天然含水量、重度、孔隙比、压缩系数、压缩模量、抗剪凝聚力和内摩檫角。

成孔

施工机械有GY-50型油压钻机，冲击干钻方法成孔，孔径D=75-91mm，孔深6-7m，钻孔深度进入地基原状土0.5m。施工时采用间隔式成孔，待第一批钻孔注浆完毕后再钻第二批孔，达到设计的钻孔密度。锚杆水平、垂直方向的误差不得大于3CM，倾角误差不得大于2º。 注浆

注浆管采用φ20mm高压胶管，注浆管下部间隔0.5m钻一小孔,并用胶带将小孔和下端开口多层封闭.注将管直接下到孔底,孔外露出0.5m以连接高压输浆管。小型卧式搅拌机拌制灰浆,BW200-40型高压注浆泵灌注水泥浆.水泥浆采用425#普通硅酸盐水泥，水灰比0.85,掺速凝剂.

注浆顺序采用先外围后中间,防止水泥浆溢出加固范围.开始注浆压力为0.5-1.5MPa,以填充和渗透注浆为主,后期以挤密和压密注浆为主,注浆压力可到0.8-2.5MPa,最大可达到4.0-6.0MPa。

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钢管锚杆加固设计

摘自《锚固技术》1997.《》

岩土层高压注浆预应力锚固技术

摘自《岩土锚固新技术》1998.《某特殊路堑稳坡方案研究与应用》

在第一次整孔注浆浆液初凝的瞬间实施二次高压注浆,使浆液在锚杆锚固段的特定位置定点扩散,从而使浆液凝固体在土体内形成树根状,浆体与土体的接触面积增加80%以上,预应力在逐渐降低8%-10%以后趋于稳定,可以长期保持。由于第二次注浆施加高压最高达6MPA，土体被挤实、劈裂，孔周围的土层被逐渐固结和强化。实测注浆压力达到6MPA时，含水率可降低15%，孔隙率降低20%，粘聚力提高17%，内摩檫角提高5%。

高压水环形扩孔锚固技术

摘自《岩土锚固新技术》1998.《某特殊路堑稳坡方案研究与应用》

在钻孔过程中，运用高压水射流在锚杆锚固段的特定位置进行环形扩孔，达到增大土体与浆体接触面积。，锚杆不需要第二次注浆。

1.5. 框架墙的设计

摘自《岩土锚固新技术》1998.《预应力框架档土墙》

墙背土压力按照库仑理论为主计算，多级墙墙背土压力按照延长墙背法计算，墙背摩檫角岩层采用δ=φ/2，土层采用δ=2φ/3。水平支点力的计算习惯是把地梁与锚杆连接处视为一个绞支点，地梁为简支梁或者连续梁，锚杆为轴心受拉杆件，利用三弯矩方程计算，不过此计算结果偏于保守。比较符合实际的计算方法是分段等值梁法：地梁上部支点段弯矩等于零之间的地梁作为简支梁插入计算，上一段梁中计算出的支点反力假定不变，作为外力计算下一段梁中的支点反力。

框架挡土墙适用于边坡高度30M以上的岩土层地段，一般根据地形地层情况设计成多级墙，墙高控制在6-8M范围，多级墙之间设置不小于1。5M宽的平台，最上一级预应力锚索的覆土厚度不应小于4-5M，以保证锚杆的正常受力。地梁和横梁一般设计为正交的十字梁型或框架结构。十字梁适合于山坡加固，框架结构用于支挡结构。为了充分发挥锚索作用，地梁间距不应小于4M，锚杆间距不应小于2M；地梁截面宽度不应小于50CM ，横梁截面宽度不应小于40CM，地梁和横梁高度应相同。锚索根据设计锚固力和岩土层可以选取预应力钢筋或者低松驰预应力钢绞线，其总长度不应小于10M，钻孔直径以10-12CM为佳，倾角尽量与地梁保持垂直（10º-15º），锚杆直接固定在地梁与横梁连接处。

1.6. 桩锚的简化计算

摘自《岩土锚固技术》1998。《基坑边坡大变形处理简介》

锚索的布置计算可视桩为简支梁，主动压力按照土体应力三角形分布，梁的容许弯距即为锚索安装位置。锚索的间距、锚固长度按规范至少取4m；还要计算锚索的安全系数，梁的安全系数要考虑正截面和斜截面强度。

二次高压注浆土层锚杆参数的确定

摘自《岩土锚固技术》1998。《高压注浆土层锚杆在海滨软土深基坑中的应用》

滨海地区地层为第四系全新统海陆相饱和松散沙层和流塑~软塑状淤泥或淤泥质土多层结构。 海口市景瑞大厦基坑深10.5-12.4m，灌注桩直径0.8m，长 16.8-20.5m，间距1.1m，一桩一锚（400kn）,交通银行大厦和海鹰大厦的基坑深13。8-14m ，一排锚杆长20-22m，设计锚固力500-600kn。锚杆的

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二次注浆应联系高压注浆工艺参数进行验算，再在基坑支护整体设计中平衡调整。

1、锚固力的确定。单根锚杆的锚固力在软土中的合理植为400-600kn，过小则不需要二次高压注浆，过大则杆体结构施工工艺复杂。二次高压注浆段合理长度定在10-15m，额定高压注浆量为0.3-0.5m3以上（水灰比0.5），钻孔直径130-150mm。水泥土锚固体直径计算大于300mm，设计计算取220-250mm。

土层抗煎强度τ植与注浆压力相关系数K在二次高压注浆按照0.8-1.3m（软粘土至沙土）选取，较常压一次注浆高0.3-0.5m；同时选择上覆土层和含沙量较大的锚固土层。计算结果还要参照原位拉拔试验数据验证调整，慎重选定。

2、锚杆长度的确定。通常选定的锚杆长度不按照设计计算的长度30m施工，而是选定二次高压注浆土锚的合理长度为不超过20－22m，锚固段长度为10－15m。计算超过合理长度时应提高单位长度锚固强度，增加高压注浆次数，适当扩大锚固体直径。还可以进行孔底机械扩孔。如果仍不足则从总体支护设计中调整解决，不可轻易增加长度。

3、锚杆与应力的确定。对锚杆施加60％设计锚固力的预拉应力，仅将锚杆拉直拉紧就可以控制桩顶位移小于20－30mm，不必施加过大的预应力。对锚杆实行全长注浆锚固，能更好适应边坡土体变形发展形态。

4、锚杆排数的确定。在软土深基坑预应力锚索桩的桩基稳定条件下，和锚杆施工质量有保证的前提下，一般只设置一排二次注浆土锚。但是在实行变形控制的区位、原护坡桩验算抗弯强度偏低的区段，或者桩基深度不够、底部不稳的区段，应考虑设置两排锚杆。

5、基坑支护安全系数的确定。原则上应符合规范要求，但是考虑基坑是临时措施，通常采用安全系数为1.3—1.5，而且不再单独考虑设计锚固力安全系数（但要考虑杆体结构强度）。 6、锚杆张拉试验。二次高压注浆土层锚杆工艺技术复杂，必须通过试验掌握技术后，方可应用。试验的锚杆设计拉力500kn，长25m，锚固段长18m，倾角15º，由6根Φ12.7钢绞线和1根二次注浆管组成，全长一次常压注浆，锚固段二次高压劈裂注浆。试验机具采用柳州欧维姆建筑机械公司配套设备：OVM12－6型锚具，YCW-100型拉拔千斤顶，ZB4－500型电动油泵。实践证明，护坡桩和止水帷幕（连续墙）的组合应用，是一种很好的支护结构形式。

土钉注浆 海口市景瑞大厦基坑第一次常压注浆的水灰比为0.45，二次高压注浆的工艺水灰比为0.6的水泥净浆。在软弱淤泥质土层中应用锚杆支护的二次高压注浆累计注浆量宜大于50kg/m，制成锚固段类似连续球体型锚杆。

海口汇隆大厦在滨海平原沉积区的海成二级阶地上粉土砾石层、中细砂层打土钉采用了两种注浆方法。一种是孔内注浆护壁，利用Φ50钻杆的中心孔和钻头喷嘴注浆，边注浆边拔出钻杆，防止坍孔。第二种方法是常规注浆法。第一次注浆压力为0.6-0.8MPa，第二次和第三次补浆压力为1MPa以上。同时在孔口处设置止浆塞或事先做好粘土封孔。注浆材料为1：0.5的水泥净浆，水灰比0.5，掺3％的速凝剂。土钉杆体每隔2m设一个中心定位架。

深圳嘉宾广场对海陆相层（中粗沙和淤泥）、变质砂岩风化残积层打土钉，土钉设计极限抗拔力不小于30kn/m，每延米注浆量不少于100kg，浆液水灰比0.45-0.5。土钉杆体为Φ25mm螺纹钢筋，横向间距1.2-1.3m，竖向间距1.0-1.6m，长6－9m，倾角12º,钻孔直径Φ120mm。土钉网面层为Φ6钢筋，网距15×15cm，喷射混凝土层厚80mm，设计强度C20。

深圳宏明广场止水型土钉墙埋深3.6-13.6m的砾砂层，有孔隙潜水，含水丰富，靠大气降水垂直补给。为了防止地下水位降低引起楼房及道路的沉降，采用双排深层搅拌桩止水帷幕。搅拌桩直径Φ550mm和Φ400mm两种，相互搭接150mm，桩深度平均15m，帷幕穿过砾砂层进入弱透水层，形成一个全封闭的止水帷幕。由于砂层和淤泥质土层中难以成孔，采用打花管注浆式土钉。花管采用D48,δ3.5电焊钢管，用3Φ16钢筋帮焊接长，土钉长度8－10m，高压注浆时控制注浆量。为了限制土钉墙位移，在土钉墙中设置1－2排预应力锚杆，该锚杆也采用钢花管注浆形成锚杆。锚管用D60,δ3.5无缝钢管制作，长15－17m，预应力锚杆设计抗拔力350KN，施加预应力200KN。

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成都汇通银行大厦场地属岷江水系Ⅱ阶台地，地基土主要构成为第四系全新统和上更新统的冲洪积层。埋深2.4m的卵石层厚14.4-21.7m，多为岩浆岩，亚圆形或圆形，下部风化较普遍，充填物为中－细砂层，厚度0.3-0.9m。下伏层基岩为泥岩。采用稀排灌注桩，桩间布土层锚杆。桩径1.0m，间距3m，构造配筋12Φ16,桩身混凝土强度C20.土层锚杆间距2×2m，倾角10－15º。稍密卵石层按0.8×0.8m间距布加压注浆孔，细砂夹层采用0.6×0.6m间距布孔，管径Φ48，进入砂层2－8m，浆液水灰比1：0.47，注浆压力0.6-1.0mpa。在砂层中浆液扩散范围有限，采用密排微型桩钢管，增加灌浆稳压时间。

湘桂铁路k690+535～+562，k690+630～+677段左侧路堤锚杆挡土墙二次压力注浆钻孔直径d=0.11m,注浆锚固直径D=1.5×0.11＝0.165m，锚杆安全系数3.5，验证锚杆的极限拉拔力3.5倍于锚杆的设计拉拔力。

锚杆灌浆用的水泥砂浆的水灰比一般控制在1:0.5左右，灰砂比1:0.6－0.8。此时可灌性较好，砂浆强度大于20MPa。通常喷射混凝土的配合比为灰：水：砂：石＝1:0.4:2:1。潮喷的喷射管可接长至70－80m，湿喷送料管长要小于30m为好，避免因距离过长产生堵管或爆管。喷枪口距受喷面1－1.2m，距离过大影响喷混层的密实度，距离过小造成反弹料过多损失。

天津百货大楼基坑粉质粘土锚杆注浆时,一次注浆管放在隔离环内,二次注浆管绑在隔离环外侧.杆体插入后立即从孔底一次注浆,至孔口溢出纯水泥浆结束.拔出一次注浆管后,用干水泥人工进行孔口封堵,要求封堵密实,不得渗水。待一次注浆体的强度达到5.0MPa时进行二次注浆，初始劈裂注浆压力达到3.5MPa以上，二次注浆压力控制在2.0-3.0mpa的注浆量要控制，以地面不漏浆为原则。待浆体强度达到15Mpa以上时进行锚杆张拉锁定。多层锚杆证明软土地区土层锚杆长度每米锚固力在15－20KN／m以上。避免群锚效应，相邻锚杆变换角度5º左右即可。

北京万福大厦基坑深17m，采用长短相间密排土钉的布设方式减少开挖无支护暴露时间，对控制位移至关重要；当土钉注浆36小时后，边坡水平位移速率超过0.1mm/d时即需要补充打钉。

福州亚华大厦基坑处理杂填土、粘土和淤泥，采用喷锚网支护。根据锚杆和锚管的强度换算，D48,δ3.5的普通钢管，重要部位采用D60δ40的焊管。锚管采用纯水泥浆压力注浆，注浆压力0.6-1.0Mpa，525普硅水泥，水灰比0.40，外加水泥用量的3％的三乙醇作速凝剂。

北京公交大厦地面以下6m为卵石层，卵石最大直径40－50cm，卵石含量为80％以上。基坑深15.17m,采用护坡桩加锚杆的支护体系，桩间采用锚喷。锚杆设计采用一桩一锚，锚杆安装位置在桩顶以下3.5m处，倾角20º，锚固力410KN。锚杆设计长度16m，其中自由段长度6.0m，锚杆为Φ51的厚壁钢管，每节钢管上布置梅花形的Φ6－10mm注浆孔，并在钢管外侧间隔2m焊接长200mm的Φ6.5钢筋，以增加钢管与土体的摩檫力。采用2.5-3.0mpa压力压入水灰比为0.4-0.5的水泥浆，二次补浆后养护。

北京国际金融大厦砂卵石层土钉墙喷锚设计内容：根据地质报告书提供的土体物理参数和各土层厚度代如土压力公式计算土钉强度和抗拔力结果，其中锚杆力

TI＝Kaqh-2ckaSXSY F＝LЛDτ

I

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i

ki=FI/TI

抗滑和抗倾覆计算。（计算方法见《岩土锚固新技术》p472页）

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