[发明专利]一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构及其施工方法

权利要求书

1.一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构，其特征在于：包括有冻土墙和锚杆，其中锚杆的头端插设在冻土墙内，锚杆的尾端锚固在冻土墙后侧的土体内。

2.根据权利要求1所述的一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构，其特征在于：所述的冻土墙为经过液氮冷冻的冻土墙，冻土墙为直面或曲面，冻土墙的外侧面喷射有混凝土面层，冻土墙的顶端设置有护顶，受拉侧的冻土墙中设置有钢筋或玻璃纤维筋或竹筋。

3.根据权利要求1所述的一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构，其特征在于：所述的锚杆的头端通过锁口梁与冻土墙进行锚固，锚杆采用全长粘结型锚杆或端头锚固型锚杆或摩擦型锚杆。

4.一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构的施工方法，其特征在于：其方法如下所述：

步骤一、冻结管钻孔施工：

液氮冻结孔呈梅花形布置，孔间距0.6m-0.8m，布置1-2排，当设计要求高时设置数排，液氮冻结管选用Ф108×8mm管材，测温管选用Ф89×5mm管材，供液管及系统连接管路选用Ф32×3.0mmR304管材；

选择XY－2型垂直钻机一台，电机功率22KW，进行钻孔，以泥浆护壁钻进，再下入冻结管，选用BW-250/50型泥浆泵一台，电机功率14.5KW；

步骤二、液氮冻结施工：

将冻结管每六个孔串接成一组以保证冻结效果；液氮供应槽车设置在地面离冻结位置较近位置，利用不锈钢管将液氮接至冻结工作面，进行冻结，管路用不锈钢软管连接，并用低温液氮阀门控制，所有暴露冻结管路用保温泡沫板或棉胎保温，用容积不小于20方的槽车，作为冻结期间液氮的储备，以防液氮供应出现中断；

液氮储罐出口的温度控制在-150℃至-170℃，压力控制在0.10MPa-0.15MPa，冻结管出口温度控制在-50℃至-70℃，压力控制在0.05MPa-0.1MPa，压力调节可使用液氮储罐上的散热板，温度调节使用每组进路中截止阀；液氮冻土墙厚度要达到1.6m，需要冻土的发展半径为1100mm，按冻土的发展速度为10cm/天，距此推算冻结时间为:T＝950/10＝9.5天，为确保效果，需冻结11天，再通过测温孔的测温判断，方可进行后继施工；

步骤三、基坑第一层开挖：

锚杆支护按照施工方案规定的分层深度按作业顺序施工，在完成土层作业面的锚杆以前，不得进行下一层深度的开挖，分层深度按照土质以每层一道或两道锚杆为宜，使锚杆均匀分布于层间；

当用机械进行土方作业时，严禁坑壁出现超挖或造成冻土墙土体松动，当基坑边线较长，分段开挖，开挖长度为10-20m；

分层开挖深度和施工的作业顺序保证修整后裸露冻土墙能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护，尽量缩短冻土墙土体的裸露时间，宜立即进行支护；

步骤四、喷射混凝土面层：

挂网进行喷射混凝土面层，钢筋网片用直径6-8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格尺寸150-300mm；采用Ⅰ级Φ8mm钢筋，网格尺寸为200mm，在喷射砼之前，面层内的钢筋网片固定在冻土墙上并符合规定要求的保护层厚度；

喷射砼强度采用C20，施工顺序为自下而上，喷头与受喷面距离控制在0.8-1.5m范围内，射流方向垂直指向喷射面，在钢筋部位先喷钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙，或者在铺设钢筋网片之前初喷一次，铺设网片之后再进行复喷，一次喷射厚度不小于40mm；喷射时加入速凝剂以提高砼的凝结速度，防止砼塌落；

喷射砼面层厚度为100mm，砼面层分两次喷射，每次喷射厚度为50mm，继续进行下步喷射砼作业时，清除预留施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿，为使砼施工缝搭接方便，每层下部300mm喷成45°的斜面形状，喷射砼终凝后2h，采取连续喷水养护5-7d，最后一步的喷射砼面层插入基坑底部以下，深度不小于0.2m，在基坑顶部设置宽为1-2m的喷射砼护顶；

步骤五、在第一层面层上敷设矿渣棉保温材料，或用珍珠岩与石灰胶结材料做成保温隔热灰浆喷射在其面上；

步骤六、锚杆施工：

面层施工完毕达到强度要求后进行锚杆施工，锚杆施工要点如下：

(1)、锚杆施工场地平整后，锚杆钻机进场，调整角度，对准孔位中心开始钻进，钻至设计深度后，抽出钻杆，移机至下一个孔位；

(2)、杆体采用1860型钢绞线，杆体中间插入注浆管，注浆管内端距孔底50-100mm，保证孔底顺利返浆，锚杆自由段裹以塑料布或套塑料管，并扎牢，钢绞线拉杆每2.0m米间距设置一个固定支架；杆体长度为：自由段+锚固段+张拉段；

(3)、注浆时采用胶泥或编织袋封住孔口，水泥浆水灰比为1:0.5，二次注浆间隔时间为2-4h，注浆压力不小于0.8Mpa；第一次注浆后将塑料管拔出6-8m,二次注浆后可将塑料管全部拔出，冲洗干净后重复使用；搅浆采用专用搅拌桶，浆液按设计配制，水灰比为0.5，浆液搅拌均匀，搅拌时间不得少于3分钟，随拌随用；

(4)、锚杆注浆强度达到设计强度的70％后进行张拉，首先进行试拉，根据试拉结果调整或确定锁定值，锚杆试验与验收试验遵循《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—2012)，锚杆张拉时锚具与钢梁之间加设钢制角度板；

步骤七、排水系统的布置：

上述施工中采取的排水措施包括地表排水、支护内部排水以及基坑排水，基坑顶部四周做散水坑，坑内设置排水沟和集水坑，并与边壁保留0.5-1.0m的距离，集水坑内积水及时抽出，如基坑侧壁水压较大时，在支护面层背部插入长度400-600mm，直径不小于40mm的水平导水管，导水管外端伸出支护面层，间距1.5-2.0m，以便将砼面层后积水排出。

5.根据权利要求4所述的一种锚杆加液氮冻土墙基坑围护结构的施工方法，其特征在于：所述的步骤四中的速凝剂是由铝酸钠、碳酸钠和生石灰按质量比1：1：0.5的比例配制而成，掺量为水泥质量的2.5％-4.0％。