维普资讯 http://www.cqvip.com 公瞄工叠与运辊・ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＳＴＡＮ ！ 塑 分层多次高压注浆技术在 挡土墙加固中的应用 郭建新ｌ＿ （１．河北省交通勘察设计研究院，河北石家庄０５００１１；２一Ｅ京科技大学土木与环境Ｔ程学院，北京１０００８３） 摘要：分层多次高压注浆预应力技术的各种参数选定和计算方法的提出和推广，弥补了现有规范的不足，不仅仅适用 于失稳加筋土挡土墙的加固，作为预应力锚固理论的创新和发展，对其他同类工程亦有借鉴意义。 关键词：挡土墙；加固；应用 中图分类号：Ｕ４４５．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２－－４７８６（２００６）０５—０１２８—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉ－ ｔｉｍｅｓ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｗａｌｌ ＧＵＯ Ｊｉａｎ—ｘｉｎ ， （１．Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏ１ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅ ａｎｄ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ—ｔｉｍｅｓ ｌａｙｅｒｅｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｓｕｐｐｌｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｅｘｉｓｔｅｄ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｓ．Ａｓ ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｈｏｌｄｉｎｇ，ｔｈｉｓ ｔｅｃｈ— ｎｉｑｕｅ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｆｉｔｔｉｎｇ ｆｏｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｓｔａｂｌｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｏｉｌ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒ— ｅｎｃｅ ｆｏｒ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｗａｌｌ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 挡土墙是我国近３０年来广泛采用的桥梁施工技 进行的“分层多次高压注浆预应力锚固技术”是整个 术。据统计，全国仅交通系统就有近６００座大型桥 加同工程的关键和核心。 梁的接线工程采用了该项技术。随着时间的推移， １主要技术难题 在其投入使用１０年以后，由于各种原因，现都不同 １．１ 成孔 程度地出现了失稳现象。 挡土墙墙体内的填土主要由含有大量卵石的 河北省Ｇ１０２清龙河立交桥采用了加筋土挡土 亚粘土构成，很难一次性成孔，甚至随钻随塌。 墙技术构建。南北两端引桥宽１４ｍ，引桥北端长 １．２注浆 １５６ｍ，平均坡度为１：２７；引桥南端长３７２ｍ，平均 对于三面临空（两侧面、路面）的挡土墙，实现 坡度为１：３７，最高处达１２．８１ｍ。从２０００年开始，墙 高压注浆确非易事，且容易造成如下问题： 体外鼓现象逐渐加剧，路面局部发生纵向开裂。本 ａ）墙面的变形加剧，甚至倒塌； 文在详细调查和计算分析的基础上，确定了加固方 ｂ）路面的严重变形； 案，其中在含有大量卵石的亚粘土填压的挡土墙内 Ｃ）四处跑浆，导致根本实现不了高压注浆的目 望 ￡ 竖 链望望竖 塑望望 化［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１． 社，１９９７． 【４］ＪＴＪ／Ｔ００６—１９９８，公路环境保护设计规范［Ｓ］． ［６］张俊云，周德培，李绍才．岩石边坡生态护坡 ［５】山寺喜成．恢复自然环境绿化工程概论——坡 研究简介，水土保持通报，２０００，２０（４）：３６—３８。 面绿化基础与模式设计［Ｍ】．北京：中国林业出版 收稿日期：２００５—０９—２０ 维普资讯 http://www.cqvip.com ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＳＴＡＮＤＡＲＤＩＺＡＴＩＯＮ ＩＳＳＵＥ Ｎｏ，１５３・公路工程与运辋 的。 Ｑ＝ＴｒＲ２ＨＡｎｉｌ＝３．１４ｘ１．２ｚｘ２ＯＯｘ１．３ｘＯ．０４ｘＯ．９＝２１ １５（ｍ １ ２分层多次高压注浆设计 式中：ｐ——浆液注入量（ｍ ）； ２．１浆液材料的选择 ——浆液有效扩散半径（ｍ）； 浆液选用水泥单浆液，采用普通硅酸盐４２５水 爿——注浆孔总长度（ｍ）； 泥。 ——土体孔隙率，取４％； ２．２水灰比的选择 卜浆液在裂隙中的有效填充系数，取０．９； 水灰比可按如下方案配置： Ａ——浆液消耗系数，取１．３。 ａ）一次注浆选用水灰比０．５：１（一袋水泥添加２５Ｌ ３分层多次高压注浆施工工艺 水）； 为了实现高压注浆，试用了两种方案：ａ）采用 ｂ）高压劈裂注浆时，为加大扩散半径，选用水 止浆塞密封孔Ｅｌ，实现一次高压注浆；ｂ）分步走， 灰比１：１（一袋水泥）ＪＩ］５０Ｌ水）； 第一次从孔底注浆至孔满，１８ｈ后，利用二次注浆管 ｃ）施工时可根据现场配比的结果，及时进行调 进行二次高压注浆，并限定注浆在离孔口４ｍ以外扩 整。 散。试验证明，这两种方案都不成功。前者施行时， ２．３注浆压力的选择 两侧墙面大量跑浆，注浆压力不足１．２ＭＰａ；后者主 劈裂注浆压力可按照有效应力的库仑一摩尔破 要造成侧墙面严重跑浆，最大压力不足１．５ＭＰａ，远 坏准则进行计算。假设填土层为各向同性材料，材 远达不到设计要求。经研究，最后采用了“分层多 料应力状态与下式相一致时，即将发生破坏： 次”的高压注浆方式，解决了上述难题。 ３．１ 实施要点 二 ｓｉｎ ＝ －二 旦一Ｃｃｏｓ￣ 施工中需注意以下要点： 式中：ｏｒ。——有效最大主应力； ａ）安装锚杆时，同时安装４根以上的注浆管； ——有效最小主应力： ｂ）分层在注浆孔的轴线方向，根据不同的承 ——有效内摩擦角； 压条件。让浆液在不同的特定部位扩散； 有效凝聚力。 ｃ）多次每一根注浆管注一次浆，有几根注几 南于注浆应力的作用将使人工填土层的有效应 次．所谓“多次”即指此意。 力减小，当注浆压力Ｐ达到下式标准时，就会导致 ３．２ 注浆管加工 土体劈裂，即： 一次注浆管与锚杆长度相同．不需要加工；二 １）（１丛２ｕ一 唧 次注浆管与锚杆长度相同，内端Ｅｌ封住，在内端２ｍ ￡Ｓｌｌ 式中：＾ｙ ＿＿＿水的容重； 范围内，每隔０．４ｍ，用手电钻对穿打孔，用胶带封 孔： 次注浆管，长度４ｍ，内端Ｅｌ封住，在内端 ， 一地下水位高度； Ｋ——有效主应力之比，ｏｒ。Ａｒ３； ２ｍ范围内每隔０．４ｍ对穿打孔，用胶带封孑Ｌ；四次注 ８至ｕＮＩｃ ＡＴＩｏＮｓｓ塞ｏｒ．——有效最大主应力。 浆．注浆管比锚杆短２ｍ，在内端至离外端４ｍ的范 根据上式进行注浆压力的计算，最终挡土墙高 围内每隔０．４ｍ对穿打孔一次，用胶带封孔，将锚杆 压注浆压力的选择如下： 与注浆管绑扎在一起。 ３．３ 注浆 ａ）一次注浆为常压注浆； ｂ）高压注浆时，终孔压力为４ＭＰａ。 注浆过程中需做到： ａ）一次注浆，利用第一次注浆管直接注入孔 ２．４注浆设备的选择 注浆机选用ＱＺＢ一５０／６０型气动注浆泵；搅拌机 底．至孔Ｅｌ溢浆为止，随即将注浆管抽出； 选用立式水泥浆搅拌机，其搅拌能力为１５ｍ３／ｈ。 ｂ）二次注浆，在一次注浆结束１８ｈ后，开始进 行二次注浆，注浆压力为１ＭＰａ，同时监测对侧墙 ２．５材料消耗计算 高压劈裂注浆材料用量：扩散半径为１．２ｍ，总 面．一旦发现跑浆或墙体变形，需立即停注； 钻孔锚固长度为１０ Ｏ００ｍ；浆液注入量按下式计算： ｃ） 次注浆，在二次注浆结束３ｈ后进行，注浆 压力为１．２ＭＰａ，同时监测本侧墙面变化情况，如孔 翥ｉ 娄 鏊 ； ＤＡ维普资讯 http://www.cqvip.com 公路工毽与运辘・ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＳＴＡＮＤＡＲＤＩＺＡＴＩＯＮ ｌｓｓｕ Ｎｎ１塑 口或墙面变形或跑浆，立即停注； “止浆塞”：第二次注浆，浆液在内端部扩散，在对 ｄ）四次注浆，在三次注浆结束８ｈ后进行，注浆 面墙体内侧形成脉状浆体；第三次注浆，浆液在本 压力最高为４ＭＰａ，注浆时密切监测墙面和路面情 侧墙体内侧扩散，形成脉状浆体：第四次注浆在第 况．如有异常立即停注。 二次和第 次注浆浆液初凝后进行。其中前两次注 上述四次注浆是施工初期必须完成的注浆过 浆已在两侧墙体内形成隔离止浆带，既可防止在两 程。随着工程的进行，可逐渐减成三次或两次注 侧墙面溢浆失压，又可防止注浆压力对墙面造成破 浆。对侧墙面加固完成后，可省略第二次注浆；对 坏，同时为进一步实施高压注浆创造了条件。第四 侧及本侧周围相邻锚杆孔注浆完毕后，则第二次及 次注浆可达到设计压力，使浆液得到有效扩散（见图 第三次注浆均可省略，亦能达到同样的注浆效果。 １），并通过以下方式提高承载力： ３．４ 注浆效果 第一次、第二次和第三次注浆以后，第四次即 可实施高压注浆，最高压力可达４ＭＰａ，全部达到 了设计要求，这说明该工艺是成功的。经现场测 试．常压注浆锚杆．当拉力加载到１．５Ｎｔ～１．７５Ｎｔ （２１７．５ｋＮ ２５３ｋＮ）时，出现了极大的塑性变形，压 力表读数不再增高。在高压注浆锚杆的拉拔试验 中．在拉力达到１．７５Ｎｔ时卸载，锚头位移基本恢 图１分层多次面压注浆浆渡扩散不惹 复，锚杆没有失效。经计算，一次性注浆预应力锚 ａ）提高锚固段土体ｃ（凝聚力）值由于劈裂注浆 杆与经过“分层多次高压注浆”的预应力锚杆，后者 挤压土体，颗粒间距离变近，单位面积上颗粒的接 的极限承载力提高了２７．８％．且预应力衰减幅度降低 触点增多，提高了原始凝聚力； （３１％），幅度减小（２０％）。注浆前后土体物理力学性 ｂ）提高锚同段土体 （内摩擦角）值对土体进行高 质与锚杆极限承载力试验数据如表ｌ和表２所示。 压注浆，可增大密度和增强咬合作用，浆脉的形成 表１注浆前后土样物理、力学性质 能够约束颗粒间运动： 含水 湿密 干密 土体 孔隙 压缩 压缩模 凝聚 内摩 ｃ）提高锚３固段土体所受的 （剪切面上的法向应力） 土样 盛 度 度 比重 比 系数 量 力 擦角 （％） （ｔ／ｍ ） （ｔ／ｍ ） （ＭＰ丑） （ｋＰａ） （ ） 值 高压注浆的劈裂、挤密作用形成的浆脉，在保 注浆前 １２．２０ １．７９ １．６４ ２．６９ ０．６９ ０．４４ ４．０４ １６．４０ ２３．２５ 持一段时间的高压作用后会封闭注浆管，这会使土 体受较大的应力作用，据德Ｏｓｔｅｒｍａｙｅｒ研究认为， 注浆后 １８．８５ １．９８ １．６７ ２．７２ ０．６３ ０．１９ １０．１５ ４８．１３ ２３．６５ 高压劈裂注浆使锚固体表面受到的法向应力比覆盖 表２常压注浆与高压注浆锚杆极限承载力（单位为毫米） 层的应力增加２—１０倍： ０ ０．７５Ｎｔ １．０Ｎｔ １．２５Ｎｔ １．５Ｎｔ １．７５Ｎｔ ｄ）提高锚固段土体外表面的剪切滑动面面积 锚杆 序号 类型 初始 位移 位移 位移 位移 位移 位移 位移 位移 位移 位移 锚固承载破坏时，剪切滑动面相应外移，新的移动 读数 读数 增量 读数 增量 读数 增量 读数 增量 读数 增量 面面积与一次常规注浆形成的圃柱形锚固体明显增 常 １ ０ ２．４５ ０．９９ ４．２０ １．７５ ６０６ １．８６ ７．８２ １．７６ １２．５ ４．６８ 大，一般为一次注浆锚固体外表面的２～６倍。 压 ２ ０ ２．５０ １．０８ ４．４ｌ ７．９ｌ ６．２３ ｌ ８２ ８．１２ １．８９ ｌ２．８ ４．６３ 灌 ３ ０ ２．４３ ０．９８ ４．１８ １．７５ ６．０５ １４结语 ．８７ ７．５６ ｌ ５ｌ ｌ３．３ ５．７１ 浆 ４ ０ ２．５２ １．１４ ４．４６ １．９４ ６．３７ １．９１ ８．２３ １．８６ ｌ２．６ ４ ４０ 本文的工程实例通过分层多次高压注浆．实现 ｌ ０ ２．７０ １．２２ ４．３７ １．６７ ６．２０ １．８３ ７．９９ １．７９ １０．１ ２．１２ 了浆液在土层中的有效扩散，既提高了锚杆的整体 高 压 ２ ０ ３．１１ １．３５ ４．８４ １．８３ ６．８８ １．９４ ８．８４ １．９６ １０．８ １．９８ 永久性承载力，又实现了挡土墙内土体的改性，达 灌 ３ ０ ２．９８ １．２７ ４．４４ １．４６ ６．１１ １．６７ ７．９６ １．８５ ９．７０ １．７４ 浆 到了锚固与注浆的完美结合。 ４ ０ ２．７４ １．０６ ３．９６ １．２２ ５．７８ ｌ ８２ ７．６３ １．８５ ９．５６ ｌ ９３ ３．５机理分析 作者简介：郭建新（１９７２一），男，河北石家庄人．河北省交通 勘察设计研究院高级工程师，北京科技大学土木与环境工程 第一次注浆，不起压，浆液全部约束在注浆 学院博士研究生，主要从事公路的设计与研究工作。 孔的范围，待其凝固后，可成为其他几次注浆的 收稿日期：２００５—０９—２９
