[发明专利]一种土钉加液氮冻土墙基坑围护结构及其施工方法

权利要求书

1.一种土钉加液氮冻土墙基坑围护结构，其特征在于：是在冻土墙内穿设有土钉。

2.根据权利要求1所述的一种土钉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。

3.一种土钉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：

土钉施工时的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土钉与喷射砼以前，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土钉为宜，使土钉均匀分布于层间；

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；

支护分层开挖深度和施工的作业顺序要保证修整后的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，立即进行支护；

步骤四、土钉孔位布点：

土钉成孔前，按设计要求定出孔位并做出标记编号，孔位的允许偏差不大于150mm；

步骤五、成孔：

土钉成孔方式采用人工洛阳铲掏孔或机械成孔，机械成孔有回转钻进或螺旋钻进或冲击钻进；

不宜进行人工成孔时，采用钢管代替钢筋，利用机械打入土层，钢管上每隔300mm钻直径8-10mm的出浆孔，梅花形布置，并以∠30角钢呈倒刺状焊于孔边，以防打管时散落土粒堵塞出浆孔，同时增加其抗拔力，钢管前端做成锥形；

步骤六、安设土钉：

设置定位架，保证土钉处于孔中心部位，定位架沿钉长的间距为2-3m，定位架的构造要不防碍注浆时浆液的自由流动；

步骤七、注浆：

成孔后要及时将土钉置入孔中，采用重力低压，压力为0.4-0.6MPa，或者采用重力高压，压力为1-2MPa，按配比将水泥砂浆注入孔内，重力注浆以满为止，但需1-2次补浆；压力注浆采用二次注浆法，并在钻孔口设置止浆塞和排气孔；注浆导管先插入孔底，以低压注浆，同时将导管以匀速缓慢撤出，导管的出浆口始终处在孔中浆体的表面以下，保证孔中气体能全部逸出，导管离孔口0.5-1m时采用高压注满，并保持高压3-5Min；采用钢管时使用高压注浆，注满后及时封堵，让压力缓慢扩散；注浆时加入早强剂和膨胀剂以提高注浆体早期强度和增大其与孔壁土体的摩擦力；

步骤八、铺设钢筋网：

钢筋网片采用直径6-8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格尺寸150-300mm；采用Ⅰ级Φ8mm钢筋时，网格尺寸采用200mm，在喷射砼之前，面层内的钢筋网片固定在冻土墙上并设置符合规定要求的保护层厚度；

步骤九、喷射混凝土面层：

喷射砼强度采用C20，施工顺序自下而上，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，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；

喷射砼面层厚度采用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，仔细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可喷成45°的斜面形状；

喷射砼终凝后2h，根据当地条件，采取连续喷水养护5-7d；

土钉墙支护最下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；

步骤十、保温层的设置：

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；

步骤十一、排水系统的设置：

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，以避免土体处于饱和状态并减轻作用于面层上的静水压力；

基坑顶部四周做散坑，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，水平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。