一种松软黏土边坡的复合加固方法

摘要

一种松软黏土边坡的复合加固方法,沿边坡的坡面插入多排倾斜向下的水泥土搅拌桩，水泥土搅拌桩的施工过程为：固定桩架，调整好导向架的倾斜角度，使搅拌机沿导向架搅拌切土钻进，当钻进至设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，边喷浆、边旋转搅拌，并按照一定的速度提升搅拌头，直至搅拌头提升至坡面；施工结束后对水泥土搅拌桩进行养护；后沿着每一个水泥土搅拌桩的轴线方向进行锚杆的钻孔施工，将锚杆插入孔内并在锚杆与孔壁的间隙内常压注浆，注浆完成，待注浆体达到规定强度锚杆体张拉后，将锚杆的端部固定在边坡的外侧面上，完成边坡的复合加固。通过对施工工艺进行优化，能够提高锚杆的承载力、可靠加固边坡、同时工作效率高，达到节省工程量、缩短施工工期的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及边坡加固技术领域，具体为一种松软黏土边坡的复合加固方法。

背景技术

在工程建设过程中常常由于修建路基或者基坑开挖等工作，形成人工边坡。为了保证这些人工边坡的稳定性，需要对这些边坡进行加固。经常采用在土层中打设锚杆或者锚索进行加固。这些锚杆或者锚索的一端锚固在土层中，另一端与支护桩、挡土墙联结，形成柔性支护结构，充分发挥土体本身承载力的基础上维持边坡的稳定。该技术具有成本较低、施工速度快、质量可靠等优点。

边坡稳定性主要取决于土层加固质量，而土层加固的质量是由锚杆的承载力所决定的。土层锚杆的工作机理是当边坡土体不稳定向临空面移动时，锚杆杆体受到拉力，这部分外力首先通过锚杆体与周围水泥砂浆之间的握裹力传到砂浆锚固体中，然后通过锚固体与孔壁周围土层间的摩阻力传递给周围的土体，最终这部分力分散传递给深部稳定土层，从而保证边坡的稳定性。可见锚杆的承载能力主要取决于杆体的抗拉强度、杆体与锚固体之间的握裹力、锚固体和孔壁土体之间的摩阻力三者之中的最小值。一般情况下这种拉力型锚杆的抗拔力最终受锚固体与土体间的剪切强度控制。

在软地层中，由于土体的抗剪强度较低，直接在土层中设置土层锚杆支护不仅施工过程中难以成孔、易塌孔，而且使用工程中往往造成由于锚固体与土层孔壁间的摩阻力较小而锚杆被拔出最终边坡失稳的事故。故这些地层不得不采用二次注浆、挡土墙、地下连续墙等施工复杂、成本高、工期长的支护形式，难以满足工程需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种松软黏土边坡的复合加固方法，通过对锚杆与搅拌桩的施工工艺进行优化，能够提高锚杆的承载力,同时工作效率高，达到节省工程量、缩短施工工期的效果。

本发明采用的技术方案是：一种松软黏土边坡的复合加固方法,步骤如下：

S1、沿边坡的坡面插入多排倾斜向下的水泥土搅拌桩，水泥土搅拌桩的施工过程为：固定桩架，调整好导向架的倾斜角度，使得施工后的水泥土搅拌桩的倾斜角度为15°～25°，使搅拌机沿导向架搅拌切土钻进，当钻进至设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，边喷浆、边旋转搅拌，并按照一定的速度提升搅拌头，直至搅拌头提升至坡面；参照上述步骤依次完成多排水泥土搅拌桩的施工，施工结束后对水泥土搅拌桩进行养护；

S2、养护结束后，沿着每一个水泥土搅拌桩的轴线方向进行锚杆的钻孔施工，钻孔完成后，将锚杆插入孔内并在锚杆与孔壁的间隙内常压注浆，注浆完成，待注浆体达到规定强度锚杆体张拉后，将锚杆的端部固定在边坡的外侧面上，完成边坡的复合加固。

进一步优化，所述的S1步骤，施工后的水泥土搅拌桩，其桩径为0.5～0.6m，上下排间距1.8～2m,每一排中任意相邻的两个桩之间的水平间距为1.3～1.6m。

进一步优化，所述的S1步骤，水泥土搅拌桩施工过程中，在完成第一次搅拌注浆后，为使软弱土层与水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌头边旋转边沉入土层中，直至设计深度后再次进行边喷浆、边搅拌并同步提升搅拌头直至坡面，完成单个搅拌桩施工。

进一步优化，所述搅拌机在边喷浆边旋转搅拌的过程中，按照0.5m/min的速度提升搅拌头。

进一步优化，所述的S1步骤，所述的水泥土搅拌桩设置在距坡顶2.5m以下至坡底的坡面上。

进一步优化，所述的S2步骤，水泥土搅拌桩的长度超过锚杆长度不小于0.5m。

进一步优化，所述的S2步骤，钻孔的孔径为130-160mm，成孔深度大于锚杆长度0.4-0.6m。

进一步优化，所述的水泥土搅拌桩，其中水泥掺入比为15%～18%，水灰比0.45～0.5，木质素磺酸钙0.2%，三乙醇胺0.05%，余量为土。

进一步优化，所述锚杆，设置在边坡潜在滑移面之内的为自由段，之外的为锚固段，其中锚杆自由段长度不小于5m，锚固段长度不小于4m。

进一步优化，所述边坡的外侧面还设有由钢筋网和混凝土浇注构成的支护层，在支护层的外表面还设有多排用于固定锚杆端部的承载结构。

本发明的有益效果是：

其一、本方案通过创新，通过对锚杆与搅拌桩的施工工艺进行优化，具体为：首先对水泥土搅拌桩的施工，施工后，待搅拌桩养护期结束后，沿着每一个水泥土搅拌桩的轴线方向进行锚杆的钻孔施工，将锚杆插入孔内并在锚杆与孔壁的间隙内常压注浆，注浆完成后，将锚杆的端部固定，该优化后的工艺能够提高锚杆的承载力、可靠加固边坡、同时工作效率高，达到节省工程量、缩短施工工期的效果。

其二、在传统锚杆和周围土层之间增加了剪切强度远高于土层水泥土搅拌桩体，锚杆的锚固体位于水泥土中，这样通过提高锚固体周围介质的黏结摩阻力可以有效提高锚杆承载力。

其三、将软弱黏土层中锚杆承载力取决于锚杆的锚固体与土层黏结摩阻力转化为取决于水泥土搅拌桩与土层黏结摩阻力，而水泥土搅拌桩的直径是锚杆锚固体直径的3～4倍，能够充分调动土层自身承载力；由于锚杆锚固体单位长度抗拔力增加，在承载力需求一定时，可以缩短锚固段长度，有效节约工程成本。

其四、本发明技术锚杆设置于水泥土搅拌桩中心，对锚杆形成良好的保护层，克服了锚杆受拉后带裂纹锚固体与土层直接接触易锈蚀的缺点，这一优点对于永久性锚杆尤为重要。

其五、通过按照一定竖向、水平向间距增设斜向水泥土搅拌桩深入稳定土层，在软弱土层边坡中形成增强体骨架，可以有效改善桩间土体的力学性能；本专利通过在软弱地层中设置斜向水泥土搅拌桩的方法，有效避免了锚杆施工中由于土体软弱造成的塌孔现象。

附图说明

图1是本发明一种松软黏土边坡的复合加固的原理示意图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

一种松软黏土边坡的复合加固方法,步骤如下：

步骤一、沿边坡的坡面插入多排倾斜向下的水泥土搅拌桩，水泥土搅拌桩的施工过程为：固定桩架，调整好导向架的倾斜角度，使得施工后的水泥土搅拌桩的倾斜角度为15°～25°，使搅拌机沿导向架搅拌切土钻进，当钻进至设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，边喷浆、边旋转搅拌，并按照一定的速度提升搅拌头，直至搅拌头提升至坡面；参照上述步骤依次完成多排水泥土搅拌桩的施工，施工结束后对水泥土搅拌桩进行养护；经过该步骤制得的水泥土搅拌桩，其桩径为0.5～0.6m，上下排间距1.8～2m,每一排中任意相邻的两个桩之间的水平间距为1.3～1.6m。

步骤二、养护结束后，沿着每一个水泥土搅拌桩的轴线方向进行锚杆的钻孔施工，钻孔完成后，将锚杆插入孔内并在锚杆与孔壁的间隙内常压注浆，注浆完成，待注浆体达到规定强度锚杆体张拉后，将锚杆的端部固定在边坡的外侧面上，完成边坡的复合加固。

需要说明的是：上文所述的待注浆体达到规定强度再进行锚杆体张拉，其过程为：在锚固体和锚下承载结构混凝土强度大于15MPa或设计强度75%时，方可进行张拉；锚杆张拉应按照提前编排好的顺序进行，避免张拉时临近锚杆的相互影响；锚杆正式张拉前，应取0.1P～0.2P（P为锚杆轴向拉力设计值）对锚杆进行预张拉1～2次，稳定持荷时间30min，使其各部位的接触紧密，杆体完全平直；锚杆张拉应分级按照0→0.25P→0.5P→0.75P→1.0P→1.10P程序分五级加载，然后稳定持荷15min，卸荷至锁定荷载进行锁定，锁定荷载为轴向拉力设计值的75%。

本方案中，所述的S1步骤，水泥土搅拌桩施工过程中，在完成第一次搅拌注浆后，为使软弱土层与水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌头边旋转边沉入土层中，直至设计深度后再次进行边喷浆、边搅拌并同步提升搅拌头直至坡面，完成单个搅拌桩施工。

本方案中，所述搅拌机在边喷浆边旋转搅拌的过程中，按照0.5m/min的速度提升搅拌头。

本方案中，所述的S1步骤，所述的水泥土搅拌桩设置在距坡顶2.5m以下至坡底的坡面上,其中，水泥土搅拌桩的长度超过锚杆长度不小于0.5m。

本方案中，所述的S2步骤，钻孔的孔径为130～160mm，成孔深度大于锚杆长度0.4～0.6m。

本方案中，需要说明的是：上文所述的水泥土搅拌桩，其主要组成为：水泥、水、外加剂以及土，上述各组分的比例为现有成熟的技术，本领域的技术人员可以根据情况合理配比，也可采用如下方式：

其中水泥掺入比为15%～18%，水灰比0.45～0.5，木质素磺酸钙0.2%，三乙醇胺0.05%，余量为土。

本方案中，所述锚杆，设置在边坡潜在滑移面之内的为自由段，之外的为锚固段，其中锚杆自由段长度不小于5m，锚固段长度不小于4m，需要说明的是：边坡的潜在滑移面可以根据现场土质的情况进行计算获得，该计算过程为本领域技术人员的常规技术手段，本方案中不再过多描述。

本方案中，所述边坡的外侧面还设有由钢筋网和喷射混凝土构成的支护层，首先在边坡的坡面铺设钢筋网，然后通过连接件将钢筋网固定在坡面上，在将混凝土喷射在表面形成支护层；在支护层的外表面还设有多排用于固定锚杆端部的承载结构，例如：采用型钢件作为承载结构，在安装时，每一个型钢件可以对应一排的水泥土搅拌桩设置，将锚杆端部锚固在型钢件上进行固定。

实施例1、

基坑边坡开挖后，固定桩架，调整好导向架的倾斜角度，使得施工后的水泥土搅拌桩的倾斜角度为15°，在坡面上对搅拌桩进行定位，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土搅拌钻进，深层搅拌机进入到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，同边喷浆，边旋转搅拌，按照0.5m/min速度提升搅拌头；直至搅拌头提升至坡面；为使软弱土层与水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌头边旋转边沉入土层中，直至设计深度再次喷浆、搅拌和提升，完成搅拌桩施工；该步骤中：需满足：水泥土搅拌桩设置在距坡顶2.5m以下至坡底的坡面上，水泥土搅拌桩上下排间距1.8m,水平间距1.3m,桩径0.5m，水泥土搅拌桩的长度应该超过锚杆长度不小于0.5m。

水泥土桩施工结束后，达到7d龄期后，沿着桩轴线方向进行锚杆的钻孔施工，孔径130mm，成孔深度大于锚杆长度0.4m，锚杆长度根据边坡潜在滑裂面确定。成孔结束后，安装锚杆体并常压注浆，张拉锚固，完成锚杆的施工。锚杆自由段长度不应小于5m，锚固段长度不小于4m。

实施例2、

基坑边坡开挖后，固定桩架，调整好导向架的倾斜角度，使得施工后的水泥土搅拌桩的倾斜角度为20°，在坡面上对搅拌桩进行定位，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土搅拌钻进，深层搅拌机进入到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，同边喷浆，边旋转搅拌，按照0.5m/min速度提升搅拌头；直至搅拌头提升至坡面；为使软弱土层与水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌头边旋转边沉入土层中，直至设计深度再次喷浆、搅拌和提升，完成搅拌桩施工；该步骤中：需满足：水泥土搅拌桩设置在距坡顶2.5m以下至坡底的坡面上，水泥土搅拌桩上下排间距1.9m,水平间距1.5m,桩径0.55m，水泥土搅拌桩的长度应该超过锚杆长度不小于0.5m。

水泥土桩施工结束，需等养护期结束后，开始锚杆安装：沿着桩轴线方向进行锚杆的钻孔施工，孔径150mm，成孔深度大于锚杆长度0.5m，锚杆长度根据边坡潜在滑裂面确定。成孔结束后，安装锚杆体并常压注浆，张拉锚固，完成锚杆的施工。锚杆自由段长度不应小于5m，锚固段长度不小于4m。

实施例3、

基坑边坡开挖后，固定桩架，调整好导向架的倾斜角度，使得施工后的水泥土搅拌桩的倾斜角度为25°，在坡面上对搅拌桩进行定位，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土搅拌钻进，深层搅拌机进入到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，同边喷浆，边旋转搅拌，按照0.5m/min速度提升搅拌头；直至搅拌头提升至坡面；为使软弱土层与水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌头边旋转边沉入土层中，直至设计深度再次喷浆、搅拌和提升，完成搅拌桩施工；该步骤中：需满足：水泥土搅拌桩设置在距坡顶2.5m以下至坡底的坡面上，水泥土搅拌桩上下排间距2m,水平间距1.6m,桩径0.6m，水泥土搅拌桩的长度应该超过锚杆长度不小于0.5m。

水泥土桩施工结束后，达到7d龄期后，沿着桩轴线方向进行锚杆的钻孔施工，孔径160mm，成孔深度大于锚杆长度0.6m，锚杆长度根据边坡潜在滑裂面确定。成孔结束后，安装锚杆体并常压注浆，张拉锚固，完成锚杆的施工。锚杆自由段长度不应小于5m，锚固段长度不小于4m。

应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可以有其他的多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。