一种组合竖向微型钢花管桩结构及施工方法
阅读说明：本技术 一种组合竖向微型钢花管桩结构及施工方法 (Combined vertical miniature steel flower pipe pile structure and construction method ) 是由 王剑非 张玉芳 胡俊 袁坤 李灿德 万军利 罗顺江 韦建辉 佟彦 张强 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种组合竖向微型钢花管桩结构,主要设置于不良地质体与隧道相结合的边坡,包括若干竖向加筋变截面微型钢花管桩基、现浇钢筋混凝土框架梁、若干斜向预应力钢锚管锚索、隧道衬砌。本发明结合了注浆钢花管和隧道结构技术优点,通过焊接工艺使钢花管、钢花管端部的注浆体与隧道结构相连成为整体承载结构,有助于形成稳定的上覆拱圈,不但解决了隧道浅埋、冒顶、偏压问题,同时解决不良地质体对隧道破坏问题。超深孔精准注浆控制组合竖向微型钢花管桩技术,具有技术先进、经济合理、施工快速等优势,是一种具有发展前途的不良地质体与隧道相互作用病害加固技术。(The invention discloses a combined vertical miniature steel flower pipe pile structure which is mainly arranged on a slope combining a bad geologic body and a tunnel and comprises a plurality of vertical reinforced variable-section miniature steel flower pipe pile foundations, a cast-in-place reinforced concrete frame beam, a plurality of oblique prestressed steel anchor pipe anchor cables and a tunnel lining. The invention combines the technical advantages of grouting steel floral tubes and tunnel structures, connects the grouting bodies at the ends of the steel floral tubes and the steel floral tubes with the tunnel structures into an integral bearing structure through a welding process, is beneficial to forming stable overlying arch rings, not only solves the problems of shallow burying, roof caving and bias pressure of the tunnel, but also solves the problem of damage of bad geological bodies to the tunnel. The technology for accurately grouting and controlling the combined vertical miniature steel flower pipe pile in the ultra-deep hole has the advantages of advanced technology, economy, reasonability, high construction speed and the like, and is a disease reinforcing technology for interaction between a poor geologic body and a tunnel with a development prospect.)
技术领域
本发明涉及工程建设技术领域，特别是一种组合竖向微型钢花管桩结构及施工方法，适用于公路、铁路、矿山、市政等得隧道加固工程。
背景技术
随着我国大规模建设向山区延伸，在隧道开挖过程中不可避免的遇到浅埋、偏压的问题，解决问题的办法主要有地表注浆、洞内大管棚和超前导管等强支护措施，这些措施往往独立实施，难以达到整体加固效果。
发明内容
本发明的目的是要提供一种组合竖向微型钢花管桩结构及施工方法，是在传统的施工加固工艺基础上更好的解决隧道开挖过程中存在的较为严重的浅埋、偏压问题。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种组合竖向微型钢花管桩结构，主要设置于不良地质体与隧道相结合的边坡，所述组合竖向微型钢花管桩结构包括若干竖向加筋变截面微型钢花管桩基、现浇钢筋混凝土框架梁、若干斜向预应力钢锚管锚索、隧道衬砌，所述竖向部分加筋变截面微型钢花管桩基包括在边坡上垂直向下设置的若干孔深大于 40m的钢花管钻孔，钢花管钻孔内设有钢花管，所述钢花管为变截面其下部粗上部细；所述钢花管上螺旋布置有若干二次注浆孔，所述钢花管的底部设有锥状导向帽，所述锥状导向帽远离所述钢花管的一侧固定连接隔离架，所述钢花管内设有螺纹钢筋束，螺纹钢筋束的末端伸至隧道衬砌上方，钢花管和钢花管钻孔内设有水泥注浆体，所述钢花管的管口位置设有现浇钢筋混凝土框架梁，所述现浇钢筋混凝土框架梁内设有钢筋结构且钢筋结构与所述钢花管焊接成整体；所述斜向预应力钢锚管锚索包括钢锚管和设置于钢锚管内的预应力钢绞线束，贯穿所述现浇钢筋混凝土框架梁向边坡坡面倾斜向下设有钢锚管钻孔，所述钢锚管和预应力钢绞线束伸入钢锚管钻孔内，所述钢锚管上螺旋设有若干二次注浆孔，所述钢锚管和钢锚管钻孔内设有水泥注浆体，所述钢锚管的管口位置设有用于锁紧钢锚管和预应力钢绞线束的张拉台。
进一步地，所述钢花管/钢锚管的外壁固定安装有一次注浆管，所述一次注浆管沿所述钢花管/钢锚管的外表面延伸至钢花管/钢锚管钻孔的底部。
进一步地，所述水泥注浆体包括一次注浆体和二次注浆体，所述一次注浆体为在钢花管/钢锚管外形成的圆柱形浆体，所述二次注浆体为从钢花管/钢锚管内经过二次注浆孔在1～5MPa压力下注入的浆料将一次注浆体劈裂后向周围岩土体扩散所形成的浆体。
进一步地，所述钢花管/钢锚管的外表面固定安装有至少三根对中钢筋，所述对中钢筋环形阵列设置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述钢锚管倾角为10°-25°。
进一步地，所述钢花管/钢锚管上的二次注浆孔用玻璃胶封堵。
作为本发明的另一种优选技术方案，所述预应力钢绞线束包括三根无粘结钢绞线，所述三根无粘结钢绞线分别穿过轴向设置在钢锚管内壁的架线环上开设的三个过线孔，位于钢锚管的锚固段内的每两个相邻的架线环之间的无粘结钢绞线用箍筋环绑扎。
另外，本发明还提供了一种组合竖向微型钢花管桩结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)钢花管/钢锚管加工：钢花管/钢锚管上螺旋设置有若干二次注浆孔，二次注浆孔用玻璃胶封堵，在钢花管/钢锚管外表面固定安装有一次注浆管；
(2)钻钢花管钻孔：在边坡上垂直向下钻钢花管钻孔，钢花管钻孔钻入中风化岩层不少于4m；
(3)在钢花管/钢锚管外表面环形阵列布置对中钢筋；
(4)钢花管一次注浆：将钢花管和一次注浆管一起伸入到钢花管钻孔底部，通过伸入孔底的一次注浆管向钢花管钻孔内注浆，把浆液注入钢花管外形成圆柱形的一次注浆体；
(5)钢花管二次注浆：在一次注浆后8～12小时，在钢花管的管口设置密封盖，将注浆枪的枪头伸入钢花管内进行二次压力注浆，浆液在1～5MPa压力作用下，从二次注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，形成扩散的二次注浆体；
(6)钢花管二次注浆后将螺纹钢筋束通长插入钢花管内，至螺纹钢筋束的末端伸至隧道衬砌上方；
(7)浇筑现浇钢筋混凝土框架梁：将所述钢花管外露的20cm顶部与现浇钢筋混凝土框架梁中的钢筋结构焊接在一起，浇筑形成现浇钢筋混凝土框架梁；
(8)钻钢锚管钻孔，自现浇钢筋混凝土框架梁处向坡面钻钢锚管钻孔，钢锚管钻孔钻入坡面中风化岩层不少于10m；
(9)钢锚管一次注浆：将钢锚管和一次注浆管一起伸入到钢锚管钻孔底部，通过伸入孔底的一次注浆管向钢锚管钻孔内注浆，把浆液注入钢锚管外形成圆柱形的一次注浆体；
(10)钢锚管二次注浆：在一次注浆后8～12小时，在钢锚管的管口设置密封盖，将注浆枪的枪头伸入钢锚管内进行二次压力注浆，浆液在1～5MPa压力作用下，从二次注浆孔劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，形成扩散的二次注浆体；
(11)钢锚管二次注浆后将预应力钢绞线束通长插入钢锚管内，钢锚管和预应力钢绞线束的端部锁紧在张拉台上。
与现有技术相比，本发明结合了注浆钢花管和隧道结构技术优点，通过焊接工艺使钢花管、钢花管端部的注浆体与隧道结构相连成为整体承载结构，有助于形成稳定的上覆拱圈，不但解决了隧道浅埋、冒顶、偏压问题，同时解决不良地质体对隧道破坏问题；超深孔精准注浆控制组合竖向微型钢花管桩技术，具有技术先进、经济合理、施工快速等优势，是一种具有发展前途的不良地质体与隧道相互作用病害加固技术。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的斜向预应力钢锚管锚索结构示意图。
图3为本发明的钢花管的结构示意图。
图中：1、钢花管；101、二次注浆孔；2、现浇钢筋混凝土框架梁；3、一次注浆管；5对中钢筋；6、钢锚管；7、螺纹钢筋束；8、水泥注浆体；9、预应力钢绞线束；10、架线环；11、箍筋环；12、张拉台；13、隧道衬砌。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
实施例1
如图1-图3所示，本实施例的一种组合竖向微型钢花管桩结构，主要设置于不良地质体与隧道相结合的边坡，所述组合竖向微型钢花管桩结构包括若干竖向加筋变截面微型钢花管桩基、现浇钢筋混凝土框架梁2、若干斜向预应力钢锚管锚索、隧道衬砌13，所述竖向部分加筋变截面微型钢花管桩基包括在边坡上垂直向下设置的若干孔深大于40m的钢花管钻孔，钢花管钻孔内设有钢花管 1，所述钢花管1为变截面其下部粗上部细，本实施例中钢花管1的下部尺寸 73*6mm，上部尺寸50*5mm；所述钢花管1上螺旋布置有若干二次注浆孔101，所述钢花管1的底部设有锥状导向帽，所述锥状导向帽远离所述钢花管的一侧固定连接隔离架，所述钢花管1内设有螺纹钢筋束7，螺纹钢筋束的末端伸至隧道衬砌上方，钢花管1和钢花管钻孔内设有水泥注浆体8，所述钢花管1的管口位置设有现浇钢筋混凝土框架梁2，所述现浇钢筋混凝土框架梁2内设有钢筋结构且钢筋结构与所述钢花管1焊接成整体；所述斜向预应力钢锚管锚索包括钢锚管6和设置于钢锚管6内的预应力钢绞线束9，贯穿所述现浇钢筋混凝土框架梁2向边坡坡面倾斜向下设有钢锚管钻孔，本实施例中钢锚管6倾角为10° -25°，所述钢锚管6和预应力钢绞线束9伸入钢锚管钻孔内，所述钢锚管6上螺旋设有若干二次注浆孔101，所述钢锚管6和钢锚管钻孔内设有水泥注浆体8，所述钢锚管6的管口位置设有用于锁紧钢锚管6和预应力钢绞线束9的张拉台 12。
本实施例中，为了便于向钢花管钻孔和钢锚管钻孔内进行一次注浆，在钢花管1和钢锚管6的外壁均固定安装有一次注浆管3，所述一次注浆管3沿钢花管1和钢锚管6的外表面延伸至钢花管/钢锚管钻孔的底部，一次注浆时，使水泥注浆体通过一次注浆管3从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆。需要说明是：为了防止在一次注浆时浆液进入钢花管1、钢锚管6内，钢花管1和钢锚管6上的二次注浆孔101用玻璃胶封堵。
具体地，上述的水泥注浆体8包括一次注浆体和二次注浆体，所述一次注浆体为在钢花管1和钢锚管6外形成的圆柱形浆体，所述二次注浆体为从钢花管1和钢锚管6内经过二次注浆孔在1～5MPa压力下注入的浆料将一次注浆体劈裂后向周围岩土体扩散所形成的浆体。
在本实施例中，所述钢花管1和钢锚管6的外表面固定安装有至少三根对中钢筋5，所述对中钢筋5环形阵列设置，保证下管过程钢花管1和钢锚管6与钻孔的孔壁间具有保护层厚度，确保钢花管1和钢锚管6周围由水泥注浆体包裹，提高钢花管1和钢锚管6的防腐性能及抗拉承载力。
在本实施例中，所述螺纹钢筋束7为一根的螺纹钢筋。
在本实施例中，所述预应力钢绞线束9包括三根的无粘结钢绞线，所述三根无粘结钢绞线分别穿过轴向设置在钢锚管6内壁的架线环10上开设的三个过线孔，位于钢锚管6的锚固段内的每两个相邻的架线环10之间的无粘结钢绞线用箍筋环11绑扎。
实施例2
本实施例提供了一种组合竖向微型钢花管桩结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)钢花管1、钢锚管6加工：钢花管1、钢锚管6上螺旋设置有若干二次注浆孔101，二次注浆孔101的直径为8mm，二次注浆孔101用玻璃胶封堵，为了防止在一次注浆时浆液进入钢花管1、钢锚管6内，在钢花管1、钢锚管6 外表面固定安装有一次注浆管3；
(2)钻钢花管钻孔：在边坡上垂直向下钻钢花管钻孔，钢花管钻孔钻入中风化岩层不少于4m，钢花管钻孔孔径为130mm；
(3)在钢花管1、钢锚管6外表面环形阵列布置对中钢筋5；
(4)钢花管一次注浆：将钢花管1和一次注浆管3一起伸入到钢花管钻孔底部，通过伸入孔底的一次注浆管向钢花管钻孔内注浆，把浆液注入钢花管1 外形成圆柱形的一次注浆体；
(5)钢花管二次注浆：在一次注浆后8～12小时，在钢花管1的管口设置密封盖，将注浆枪的枪头伸入钢花管1内进行二次压力注浆，浆液在1～5MPa 压力作用下，从二次注浆孔101劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，形成扩散的二次注浆体；
(6)钢花管二次注浆后将螺纹钢筋束7通长插入钢花管1内，至螺纹钢筋束7的末端伸至隧道衬砌13上方；
(7)浇筑现浇钢筋混凝土框架梁2：将所述钢花管1外露的20cm顶部与现浇钢筋混凝土框架梁2中的钢筋结构焊接在一起，浇筑形成现浇钢筋混凝土框架梁2；
(8)钻钢锚管钻孔，自现浇钢筋混凝土框架梁向坡面钻钢锚管钻孔，钢锚管钻孔钻入坡面中风化岩层不少于10m，钢锚管钻孔孔径为130mm；
(9)钢锚管一次注浆：将钢锚管6和一次注浆管3一起伸入到钢锚管钻孔底部，通过伸入孔底的一次注浆管向钢锚管钻孔内注浆，把浆液注入钢锚管6 外形成圆柱形的一次注浆体；
(10)钢锚管二次注浆：在一次注浆后8～12小时，在钢锚管6的管口设置密封盖，将注浆枪的枪头伸入钢锚管6内进行二次压力注浆，浆液在1～5MPa 压力作用下，从二次注浆孔101劈裂一次注浆体，向周围岩土体扩散，形成扩散的二次注浆体；
(11)钢锚管二次注浆后将预应力钢绞线束9通长插入钢锚管内，钢锚管和预应力钢绞线束的端部锁紧在张拉台上，预应力钢绞线束9的锚固段均位于边坡的滑带以下。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
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