为什么竖向支承桩的钢筋笼与支承柱之间有变径

（1）注浆设计

通过理论计算和工程类比，对DK354 ＋255～＋280 溶洞段进行注浆设计。注浆设计参数如表10-21。注浆孔布置如图10-48。

表10-21 注浆设计参数表

图10-48 DK354＋255～＋280溶洞注浆孔布设图

（单位：cm）

（2）注浆材料

根据注浆加固要求和注浆体耐久性抗水压需要，选择强度高、耐久性好的超细水泥单液浆、普通水泥单液浆和TGRM浆作为注浆材料，其中以超细水泥单液浆作为主要注浆材料。当注浆过程中注浆压力长时间不上升时，采用普通水泥单液浆、TGRM浆，并通过调整浆液配比进行注浆扩散范围的控制。

超细水泥单液浆采用20 μm 超细水泥，浆液配比为：水灰比0.6∶1～0.8∶1。

普通水泥单液浆采用P·O 32.5R早强型普通硅酸盐水泥，浆液配比为：水灰比0.6∶1～0.8∶1。

TGRM浆采用TGRM-Ⅱ（超细型），浆液配比为：水灰比1∶1。

（3）注浆管材

1）径向注浆管采用ϕ42mm，长3 m的注浆钢花管。注浆管前端加工成圆锥状并封死，花管部分长2 m，在花管段上间隔30cm，按梅花型垂直布设ϕ6～ϕ8mm溢浆孔。管尾采用ϕ6mm圆形钢筋焊箍，顶管时缠上棉纱用于止浆。

2）钢管桩注浆钢管采用ϕ75mm、δ＝5mm无缝钢管加工制作。为方便现场施工，每节长度2 m，采用丝扣连接。注浆钢管分A、B两种，A种注浆管不设溢浆孔，B种注浆管设溢浆孔，加工成TSS管模式，以防止注浆过程中产生串浆，影响注浆质量。溢浆孔间距50cm，溢浆孔直径ϕ8mm，铣孔直径ϕ12mm。最底部一节注浆钢管前端加工成尖锥状，以利于下管作业。注浆花管长度按公式进行计算确定，即上部4m部位不进行注浆施工。

地下工程注浆技术

式中：L花为花管长度（m）；H钻为钻孔深度（m）。

注浆钢管加工示意图如图10-49。

图10-49 注浆钢管加工示意图

（单位：cm）

（4）径向注浆

径向注浆施工于2003年1月12日开始到1月27日结束。施工中采取全孔一次性注浆方式，采取跳孔跳排挤密约束型注浆顺序，采用定压定量相结合，以定压注浆为主的原则进行注浆标准控制。设计单孔注浆量0.1～1.4 m3，注浆终压1.5MPa。

（5）底部钢管桩注浆

底部钢管桩钻孔注浆施工自2003年1月28日开始到4月6日结束。前期采用了花管注浆，采取跳孔跳排多序孔钻注方式进行施工，但施工中发现串浆现象仍十分严重，并且钻孔、注浆施工干扰很大，于是将花管注浆调整为TSS管注浆，仍采取跳孔跳排多序孔钻注方式进行施工。为方便施工管理和加快钻孔注浆施工进度，如图10-50 ，将DK354 ＋255～＋280分成4个作业区，分区施工。

图10-50 分区施工场地布置图

（单位：cm）

1）钻孔施工。采用GY-100型工程地质钻机进行钻孔施工。钻孔施工采用套管跟进方式，开孔直径ϕ108mm，钻孔直径ϕ90mm。钻孔深度原则上必须进入基岩2 m。若钻深12 m时仍未进入基岩则结束钻孔。

根据地质补勘表明，在DK354＋270～＋280段，深度0.5～7 m范围存在一层基岩透镜体，因而在该段钻孔时如遇到透镜体，则应钻穿透镜体，直至达到设计深度时为止。

前期现场采用4台钻机，采取跳孔跳排原则进行钻孔施工，以解决串浆问题，但实施效果不佳。因而在后期将花管注浆改为TSS管注浆，采取分区钻注原则。即按由一区/三区→二区/四区的施工顺序进行钻孔施工。一区/三区钻孔完成后，施做混凝土止浆层，之后进行注浆作业。

2）下管作业。

①钻孔完成后，由套管内下入注浆钢管。在注浆部位下入B种注浆管，不注浆部位下入A种注浆管，注浆管之间采用丝扣连接。注浆管下入后拔出套管。

②采用豆石（ϕ5mm以下）填充轨面线以下3 m至孔底范围钻孔与注浆管之间的间隙。对轨面以下3m范围采用水泥砂浆进行填充封孔，以防止注浆时返浆。

3）注浆施工。

①采用KBY-50/70型注浆泵，采取全孔一次性方式进行注浆施工。

②注浆顺序采取间隔跳孔、跳排原则，实施挤密型注浆。即按“单排单号孔→双排单号孔→单排双号孔→双排双号孔”四序孔原则进行注浆施工。

③一、二序孔可按定量定压相结合的原则进行注浆标准控制，设计单孔注浆量2 m3，注浆终压3MPa。三、四序孔按定压的原则进行注浆标准控制。即注浆终压达到3MPa时，注浆速度应不大于5L/min，持续10min后结束注浆。

④注浆过程中发生串浆时应采取以下措施。

a.串浆发生后，立即在串浆孔安上球阀并关闭。

b.串浆孔数超过2个时应进行换孔注浆。

c.应及时对串浆孔进行注浆。

d.当串浆孔成片分布时，应对该片区钻孔检查，必要时进行补注。

（1）径向注浆

1）注浆情况总体分析。

①注浆施工情况和预想情况基本吻合。单孔注浆量主要0.1～0.3 m3，只是局部出现了较大的吸浆量。注浆量较大的孔呈无规则分布，

②从地层吸浆状况来看，地层孔隙率约为10%～30%。

③注浆孔均达到了设计的注浆终压，注浆后地层得到了有效的改良。

2）串浆情况分析。

①串浆距离。注浆过程中串浆现象比较明显。对现场串浆情况进行统计，共发生串浆133次，占总注浆孔的21%，这表明在该段注浆孔布设较密。串浆孔数与串浆距离关系如图10-51。

由串浆孔数与串浆距离关系图来看，串浆孔数与串浆距离基本呈正态分布，距离越远，发生串浆的孔数越少。串浆主要发生在1m范围内，当距离超过3m后串浆的概率已很小，占总串浆孔数的3.7%。

②串浆方向性。在0°～360°范围内按45°角统计串浆发生的概率，以判析浆液的主要走向，确定可能出现加固效果的最薄弱环节。统计结果如图10-52。

由串浆方向性统计图来看，浆液主要沿环向和纵向形成串浆，并以纵向为最，沿45°&nbsp方向斜向串浆的概率要小得多，由这个结果来看，作者认为这可能是沿斜向剪切力要比纵向和环向大，浆液的主要流动方向是沿轴向。对此，在效果检查时主要沿45°方向选择检查孔。同时，这上统计结果也提示我们研究探讨扩散理论和注浆管的开孔方向理论是极有价值的，这对于更优化注浆设计及提高注浆效果是十分有利的。

图10-51 串浆孔数与串浆距离关系图

图10-52 串浆方向性统计图

3）注浆过程P-Q-t曲线分析。注浆过程中共出现如图10-53三种P-Q-t曲线形式：

图10-53 注浆施工P-Q-t曲线

①Ⅰ型P-Q-t曲线是大多数注浆孔注浆时的反映，施工中主要是进行定压控制。注浆过程中随着注浆的进行，注浆压力升高，注浆速度减慢，当达到设计注浆终压1.5MPa时，地层基本表现为不吸浆现象，此时注浆量达到设计注浆量的80%，这也充分说明了地层经注浆后取得了有效的改良。

②Ⅱ型P-Q-t曲线主要是发生串浆时的反映，该类型注浆主要是进行定量控制。注浆过程中，注浆压力和注浆速度变化都不大，当基本达到设计注浆量时，发生串浆情况，因而结束该孔注浆。

③Ⅲ型P-Q-t曲线主要是发生在局部可注性较差部位。随着注浆进行，注浆速度立即降到0，地层不吸浆，此时注浆压力立即达到设计终压。

从以上三种P-Q-t曲线分析来看，注浆施工基本达到了设计的定量-定压总体控制原则。

（2）底部钢管桩加固注浆

1）数据统计分析（反分析）。①钻孔深度分布。根据钻孔设计原则进行钻孔深度控制。绘制现场实际钻孔深度分布图，如图10-54。由钻孔深度分布图来看：a.底部溶洞主要分布在DK354＋260～＋275之间，该段为淤泥质粉质粘性土填充层。根据设计钻深原则，钻至12 m时未继续进行。b.两侧DK354＋255～＋260 ，DK354＋275～＋280段为破碎灰岩地层。注浆钻孔情况和补勘总体评价资料基本相符，因而设计依据是可靠合理的。②注浆量分布。以注浆率（单孔注浆量/注浆段长）来评定地层的注浆加固效果。统计单孔注浆量和钻孔深度，如图10-69。

图10-54 钻孔深度分布图

图10-55 注浆率分布图

由注浆率分布图可以看出：a.注浆率呈明显的不均匀分布，但总体基本表现为交错状形态，这与注浆施工按四序孔作业有关。为保证结构要求，设计采用了密排注浆钢管桩结构，注浆钢管桩间距为60cm×60cm。为保证注浆效果，注浆施工采取了四序孔作业，实施定压注浆措施。因而前序孔注浆量相对较大，而后序孔注浆量要小一些，这也是实施挤密型注浆的必然结果。

b.地层吸浆率较大的部位主要为DK354＋255～＋257、DK354＋260～＋264、DK354＋271～＋274、DK354＋278～＋280段，其他段地层的吸浆率相对要小一些，这种分布特点可能与地层的地质特征有关。由注浆率来看，淤泥质地层有较大的吸浆量，具有较好的可注性。两侧DK354＋255～＋257、DK354＋278～＋280段也具有较大的吸浆能力，可见该溶洞接触端破碎的灰岩也应是该溶洞段底部加固的重点。

③串浆性分析。统计现场串浆情况，注浆施工共发生串浆36 次。前期施工未采用TSS管注浆，尽管现场实施了跳孔跳排四序孔钻孔注浆作业方式，但钻设的43 个孔中，注浆时共发生串浆18次，串浆率高达41.9%，同时注浆也引起了周围钻孔的冒浆，严重地影响了钻孔施工，并且串浆和冒浆的发生也严重地影响了注浆标准控制。因而随后立即改用TSS袖阀式注浆钢管，并将多序孔钻注方式调整为分区域钻孔注浆方式。在调整后的注浆施工中，共钻孔408 个，注浆时发生串浆22 次，发生串浆率仅为5.4%，串浆率大幅度下降，取得了较好的注浆效果。

2）注浆P-Q-t曲线分析。注浆施工中所表现出的P-Q-t曲线如图1056。

由注浆施工P-Q-t曲线来看：注浆施工过程中P-t曲线和Q-t曲线均呈波动性。开始注浆时，注浆压力为0MPa，注浆速度为50L/min。这主要是浆液填充注浆管的过程。之后注浆压力不断上升，注浆速度不断下降。这个过程是浆液开始冲开 TSS 管上的贴片，剪切注入地层。随着浆液的注入，地层密实度提高，注浆压力升到3MPa，注浆速度降低到5L/min。在持续一段时间后（约1～2min），浆液冲开另外的TSS管贴片，注浆压力下降，注浆速度升高……，如此波动持续几个循环之后，需注浆加固的地段已充填密实，注浆压力持续在3MPa，注浆速度持续在0～5L/min，这样持续10min后结束注浆。注浆施工所表现的P-Q-t曲线符合所制定的注浆结束控制标准。

图10-56 注浆施工P-Q-t曲线

3）地层填充率反算。统计总注浆量为 269.9 m3，计算得注浆加固体体积为892.3 m3，由现场取样测得淤泥质地层含水率为33.3%。由注浆量计算公式反算出地层注浆填充率为83.3%，可见淤泥质地层得到了很好的注浆加固。

4）注浆前后地层渗透系数计算。采用注水试验和根据现场注浆状况，根据以下公式计算注浆前后地层的渗透能力。

地下工程注浆技术

地下工程注浆技术

式中：K为渗透系数（m/d）；ω为地层单位吸水量（L/（min·m·m））；L为注浆段长度（m）；γ为注浆孔半径（m）； 为注水（浆）时稳定流量（L/min）； 为注浆压力（水头压力高度，m）。

①取 、L＝5.2m、 、γ＝0.0325m（内径为ϕ65mm）。计算得注浆前地层渗透系数为：K前＝0.0294 m/d＝3.41×10-5cm/s。

②取 、L＝5.2m、 、γ＝0.0325m。计算得注浆后地层渗透系数为：K后＝0.00393 m/d＝4.54×10-6cm/s。

由计算结果来看：注浆前地层渗透系数为3.41×10-5cm/s，渗透能力较低，因而在这种地层中注浆，注浆机理只能是剪切劈裂。注浆后地层渗透系数下降了一个数量级。施工中采用超细水泥单液浆作为主要注浆材料，采取60cm×60cm的密布型注浆钢管桩，可以取得良好的剪切劈裂效果。

在只需要利用浆液加固岩体时，采用塑料管和钢管都可以，这时候钢管在注浆后可以拔出来再重复利用。（塑料管也可以拔出来，但是塑料很便宜，就没考虑那么麻烦了。）

在需要注浆加固岩体，同时需要注浆管材在岩体中同时受力时，采用钢管注浆，待注浆完毕后，钢管需要留在岩体中。 例如抗滑钢管桩，前期钢管辅助注浆施工，后期钢管在后期承担抗滑钢管桩的角色。

1.锚杆杆体的制作

锚杆材料的确定取决于锚固工程对象、锚杆承载力、锚杆长度、数量及现场提供的施加应力及锁定的设备。锚杆材料可用普通钢筋、精轧螺纹钢筋和高强钢丝、钢绞线。

在施工方面，短锚杆的制备、安放就位和施加预应力都是较简单的，而长锚杆处理起来就比较困难，因此，制作长锚杆最好使用钢丝或多股钢绞线。特别是使用钢绞线，柔性好，便于运输，可以插入钻孔达数十米，即使在较小的操作平台上，不管钻孔的方向如何，都可采用这种锚杆。

(1)棒条锚杆的制作

棒条锚杆的制作，一般按锚杆要求的长度切割钢筋，并在杆体外端加工成螺纹以便安放螺母，在杆体上每隔2～3m安放隔离件，以使杆体在孔内居中，保证有足够的保护层。国内生产的精轧螺纹钢筋，屈服强度达750MPa，可用套筒连接钢筋及锁定预应力，使用方便。目前国内生产的Φ32和Φ25两种规格的精轧螺纹钢筋，是制作极限拉力值小于600kN的棒条锚杆的理想材料。

预应力锚杆的自由段(张拉段)除涂刷防腐涂料外，还应套上塑料管或包裹塑料布，使之与水泥浆体分隔开。

(2)多股钢绞线锚杆的制作

国内常用的锚杆钢绞线为7Φ4和7Φ5两种，其主要力学性能见表5-2。

多股钢绞线制作的锚杆构造如图5-14和图5-15所示。图5-14为临时性预应力锚杆(索)的构造，其锚固段的钢绞线呈波浪形，是通过夹紧环与扩张环(隔离环)的交替设置而成的。一经常使用的隔离环的构造如图5-16所示，它同时具有两种功能，既能使钢绞线分离，使之周边有足够的水泥浆粘附，又能保证所需的保护层厚度不小于20mm。隔离环的间距为1.0～1.5m。图5-15为永久性预应力锚杆(索)的构造，它与临时性预应力锚杆(索)的主要区别是用塑料波形管对锚固段进行封闭，波形管与杆体间用灰浆或树脂充填，并借助波形管粗糙的外表面使它与周围的灰浆有可靠的粘结。这样，即使在杆体施荷以后，波形管外表面的灰浆体出现横向裂缝，也不会再有危险，因为它被完好的波形管保护着。国内目前使用的永久性预应力锚杆(索)采用波形管的仍不多。

表5-2 钢绞线的主要力学性能(N/mm2)

图5-14 临时性多股钢绞线制作的锚杆的构造

图5-15 永久性多股钢绞线制作的锚杆的构造

由法国土层锚杆公司发明的，已广泛应用的IRP锚固方法，虽然也是一种多股钢绞线锚杆，但在构造上却有自己的特色。它主要靠把锚杆自由段与锚固段分离开来的密封袋和带环圈的套管(图5-17)，通过对锚固段进行高压灌浆处理(必要时可重复进行)，从而实现锚固。

图5-16 隔离环的构造

图5-17 带有密封袋和带环圈套管装置的锚杆构造

这种密封袋在对岩层进行灌浆时可以取代钻孔中的橡胶或皮革密封圈。无纺布密封袋长2.0m，采用滑动方法套在锚杆锚固段上端，袋的两端紧固在杆体上，当杆体插入钻孔并拔出护壁套管后，向密封袋中低压注入灰浆，密封袋将膨胀并挤压钻孔壁，从而把锚固段分开。

图5-18 开有小孔的注浆套管(空洞用橡胶环圈覆盖)

带环圈的套管是一根直径较大的塑料管，其侧壁每隔1.0m就开有小孔，孔的外部用橡胶环圈盖住(图5-18)，从而使灰浆能从该管流入钻孔内，但不能反向流动，一根小直径的注浆钢管通入套管，注浆钢管上有限定注浆区段的两个密封圈，当其位于必要深度的橡胶环圈处，在压力作用下即可向钻孔内注入灰浆。

(3)多根钢丝锚杆的制作

用钢丝组成大型锚索不仅费时而且需要占用较大的加工场地。首先将钢丝校直并切割成要求的长度，然后借助带孔的金属分线板将钢丝按层次布置好，并在每隔0.5～1.0m处接合在一起。制作过程中，最重要的是钢丝就位，因为放置的钢丝若在全长上不是相互平行的，就不能利用钢丝的截面，而且会降低钢丝的强度。

在原捷克斯洛伐克使用的承载力为1MN的锚杆(由直径为7mm的24根钢丝组成)就是分两层布置的(图5-19)。内层由8根直径为7mm的钢丝组成，钢丝绕在内径为12mm的螺旋圈上，每个圈的径向间距为5～6mm，围绕每层再缠上直径为2.2mm的钢丝，绕在内层上的钢丝可作为两层钢丝间的隔离物，并和中心螺旋线一起确保灰浆渗入钢索内。外层缠绕16根钢丝。

图5-19 锚头和用由直径为7mm的24根钢丝组成的锚杆

2.锚杆杆体的安放

在一般情况下锚杆杆体与灌浆管同时插入钻孔底部，尤其对于土层锚杆，要求钻孔完后立即插入杆体，插入时将锚杆有支架一面向下方，若钻孔使用套管，则在插入杆体灌浆后再将套管拔出。若是用风钻钻出的小口径锚杆孔，则要求灌浆后再插入杆体。

锚杆插入时要求顺直，并应除锈，如采用的杆体为两根以上，应按需要的长度将锚杆点焊成束，间隔2～3m点焊一点。杆体长度不够设计长度则要求焊接，焊接可采用对焊或帮焊。帮焊时可采用T-55电焊条。帮焊长度按钢筋混凝土工程施工及验收规范GBJ-65钢筋焊接技术要求，例如采用两根帮条四条焊缝，帮条长度不小于4d(d为锚杆钢筋直径)，焊缝高度一般不小于7～8mm，焊缝宽度不小于16mm。