矿山工程深基坑支护中的注浆施工工艺研究

杨 葳

（深圳地质建设工程公司，广东 深圳 518023）

矿山深基坑支护设计与施工过程中，虽然会有多个应急措施和预案，但对于一些施工中突发事件的处理，需要用科学的态度与正确的判断，及时调整支护方案，确保矿山工程安全施工及周边环境安全，基坑支护技术必须得不断的改良和革新，以适应当前复杂的施工环境。注浆钢管支撑施工干扰小、施工工艺简单、造价相对较低，同时其支护效果也相对良好，在当前复杂的施工环境中是一项比较合适的选择。下面结合具体案例谈谈注浆钢管支撑在基坑围护中的应用。

1 工程概况

本次研究的矿区经历了多年开采，矿区内的资源己经趋近枯竭，研究区域南面出现人工地貌及构造剥蚀坡洪积裙貌，南高北低是此地带地形的主要特征，其中中部高，东部及西部较低，相对高差大致为25m；矿区南帮边坡高差大，坡上坡下最大高差达到400m。南帮西部帮化角在40°左右，边坡中部挖损严重，多级平台已不存在；同时边坡多级平台破坏严重；南帮东部边坡较缓，但边坡下半部坡脚挖损严重，坡角较陡，在60°左右，且边坡坡面基本不存在平台。总之，南帮边坡大部分区段帮坡角已超越原设计最终帮坡角，且原设计边坡多级平台破损严重，根据实地勘查，施工区域的地质条件相对复杂，包括粉质粘土、淤泥质黏土、沙质粘性土等，根据本场地地质条件、开挖深度、周边环境，结合基坑安全、经济、施工效率等诸因素综合考虑，本工程支护主要采用注浆钢管支撑。

2 注浆支撑的优势

2.1 施工工艺简单

传统的基坑支撑结构大部分采用的是钢混支撑结构，施工工程量较大，施工工艺相对姜维复杂，而前注浆支撑施工避免了传统钢混支撑结构施工的表层开挖、搭设钢构以及施工期间的维护以及后期的繁琐的拆除工作。只需要借助钻孔机将钢管一段打入地下，在进行注浆即可，还可以根据施工区域的地形特点灵活选择支撑形式，施工工艺简单，施工过程便捷。

2.2 节约成本

本文所研究的支撑方式通常适用于深度在12米以下的矿山工程施工中，且基坑施工面积越大，节约成本越明显[1]。但是若基坑开挖深度超过12米，注浆支撑就难以满足施工强度的需要，因此，在使用此技术时需要严格参考基坑开挖深度选择。矿山工程中基坑开挖深度为11.60米，选用注浆支撑大约可节省22%左右的施工成本。

2.3 缩短施工工期

传统的基坑支撑结构施工往往需要按部就班，逐步完成各项施工流程，建设周期较长，导致工程施工成本上升。而注浆钢管支撑在施工时可以与基坑围护灌注桩同步进行进行施工，且互不影响，这就可以极大的缩短施工周期。在矿山工程施工中，基坑支护结构施工时两项施工同步进行，大致可节约18～20天施工时间，不仅有效保证了施工周期，同时也大幅降低了施工成本。

2.4 支撑效果良好

注浆钢管支撑可适用于多种矿山地质条件，并且在基坑支护体系中起到的支撑效果良好。在本工程中，矿区地质条件复杂，基坑土壤包括粉质粘土、淤泥质黏土、沙质粘性土等多种土壤条件，注浆支撑通过将钢管底端打入地下，固定在深层土壤中，顶部固定在基坑支护体系的压顶梁上，整体结构稳定，支撑效果良好，可以有效防止基坑支护体系变形[2]。

3 注浆支撑施工流程

综合本工程施工区域的地质条件、周边环境、基坑开挖深度以及工程工期要求等诸多因素进行考量，矿山工程基坑支护结构施工界定采用直径为180mm，长度为13.5m，施工间距为2m的注浆支撑结构。下面具体介绍施工流程：

3.1 选择材料

注浆支撑施工中主要使用到的材料就是钢管和注浆浆液，首先，在选择钢管时要严格按照施工设计的钢管型号，并把好质量关，钢管的质量会直接影响前撑式注浆钢管支撑作用的发挥。其次是注浆浆液的配制，主要原料利用的是硅酸盐水泥、水以及水玻璃，其中水玻璃的配比主要是用来条件注浆的初凝时间，这个可以根据工程实际情况选择。

3.2 加工注浆钢管

在加工注浆钢管的过程中，首先，钢管底端连接处的的焊接要严格保证钢管的密封性，焊条应当选用E43型；钢管管身需要开设直径为8mm的注浆孔，呈纵向分布，数量为4个；此外，注浆钢管另一端需要加焊一个钢筋扩大头[3]。

图1 注浆钢管加工图

3.3 钻孔并打设注浆钢管

注浆钢管打设需要参照施工区域的地质条件，对于软弱的矿区地质层可以直接利用机械手将注浆钢管插进预先设计的位置，无须借助钻孔机，但是机械手在工作过程中由于自身的震动，往往会影响注浆钢管入土的角度，可能会造成注浆钢管偏离预设位置[4]。在本工程中，由于地质条件较为坚硬，且为了保证注浆钢管入土角度的准确性，所以先行利用钻孔机在预设位置进行钻孔，然后再将注浆钢管插入其中，这样可以有效保证注浆钢管入土位置的准确性[5]。注浆钢管打设完成后，需要逐一进行检查，确保与预设位置无偏差，即可进行下一步施工。

3.4 注浆

在注浆过程中，首先要按照浆液的材料配比完成浆液配制，各项材料的比例要严格把控，确保浆液凝结后的强度符合设计要求。完成浆液配制后，开始注浆，本工程中采用的是分段式注浆，按照注浆孔的位置由下到上进行。需要注意的是，注浆钢管两头的封闭气囊一定保持良好的密封作用，从而有效达到定位注浆的目的。注浆完成后应进行相应的检测，注浆所用的水泥量不能少于施工前的设计值，注浆压力大于2Mpa。

4 强度验算

4.1 注浆钢管的抗弯强度验算

注浆钢管的设计弯矩为11.8kN·m，采用直径为180mm、壁厚为3.5mm的注浆钢管,经强度验算钢管桩抗弯强度满足要求。

4.2 压顶梁的抗弯强度验算

压顶梁的截面弯矩为147.3kN·m，采用350mm ×550mm钢筋混凝土梁,配筋为两侧各配4Ф 25，抵抗弯矩约为235kN·m，所以压顶梁抗弯强度满足要求。

4.4 注浆支撑的抗压强度验算

注浆支撑设计轴力为204.75kN·m，长度为11.8m，采用直径为320mm、壁厚为4.5mm的钢管,经验算钢支撑抗压稳定强度满足要求。

5 注浆支撑施工总结

在矿山工程基坑支护体系施工中，顺利完成了前置式注浆钢管支撑施工，并完全达到了预期的效果，前置式注浆钢管支撑在基坑支护体系中起到了重要作用。下面是本次施工中的施工结果总结。矿山施工工程中，施工区域为深厚填地质层，施工区域条件复杂，且施工场地周围地下环境也较为复杂，施工难度大。基坑支护设计采用前撑式注浆钢管支撑，基坑开挖前预留竖向钢管于地层当中，起到了很好的加筋支护效果，运行状态良好。注浆钢管的抗弯强度、压顶梁的抗弯强度、前撑式注浆钢管支撑的抗压强度都有准确的具体数据支撑，完全达到了施工前的设计要求。

注浆支撑技术的钢管选择、浆液配比、注浆量标准、注浆压力等都有经过具体计算且可行的数据为参考依据，工程施工质量可靠，施工周期明显缩短短，同时工程施工成本也大幅降低。

浆液扩散过程应适当调节浆液浓度及注浆压力达到劈裂效果，针对不同地层采用不同浆液配比，保证浆液充填密实。水玻璃溶液的加量能有效提高浆液的凝固速率，在特定水泥浆液浓度条件下，40Be水玻璃溶液在15L／m3条件以下浆液粘度和初凝时间成近似线性变化，超过该比例水泥浆液均会出现迅速初凝现象。注浆支撑可以进行二次利用，大大降低了成本，低碳环保。同时无内支撑的设计相对比较方便基坑土方挖掘施工，可以有效提升土方挖掘效率，从而提升施工速度，在土方挖掘完成后可以快速进行下一步的施工。