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地下室高压喷射扩大头锚杆施工技术

2019/08/05 阅读:

摘要:本文对高压喷射扩大头锚杆在地下室基础的施工作业流程进行了阐述分析,并结合了中国光大银行佛山分行工程实践,阐述地下室基础的施工过程中高压喷射扩大头锚杆施工技术,作为同类工程参考借鉴。

关键词:高压喷射扩大头锚杆;地下室基础;施工技术

一、概述

高压喷射扩大头锚杆是采用高压流体在锚孔底部按设计长度对土体进行喷射砌割扩孔并灌注水泥浆或水泥砂浆,形成直径较大的圆柱状注浆体的锚杆。在地下室作业施工,设计单位会考虑到地下水对建筑物到来的不利负面影响,也会用采用抗浮锚杆,设置于建(构)筑物基础底部以抵抗地下水对建(构)筑物基础上浮力。而高压喷射扩大头锚杆施工形式可作为地下室抗浮锚杆,却与传统的普通抗浮锚杆存在施工区别。由于普通的锚杆为摩擦性锚杆,施工过程中锚固体与孔壁之间将存在一层的泥皮膜,降低了锚固体的摩阻力,锚杆抗拔力也相应减少,而扩大头锚杆则为端压摩擦型锚杆,利用高压喷射扩孔工艺对孔壁进行加糙作用,改变了锚固体的受力状态使锚固力增大,从而提高它的抗拔力。而改变锚固体的受力状态,提高抗拔力,则是高压喷射扩大头锚杆在施工作业流程中的目的,而施工技术要求为高压喷射扩大头锚杆的抗拔力提供保障。

二、工程与地质概况

中国光大银行佛山分行工程(以下称本工程)地下室基础抗浮锚杆采用高压喷射扩大头锚杆,锚杆设计数量共计152根,总工程量为2280m,主楼采用筏板基础、裙楼及纯地下室采用天然独立基础,而抗浮锚杆设计在裙楼独立基础位置,独立基础面积约450m2,抗浮锚杆在独立基础范围内均匀对称分布。锚杆的施工标高及有效长度从基础持力层开始。根据广东佛山地质工程勘察院提供的中国光大银行佛山分行办公楼岩土工程勘察报告,场地地下抗浮水位绝对标高为1.85m,基础持力层为全风化岩层。

三、锚杆设计要求

锚杆设计抗拔力450KN,设计有效长度为15m,其中扩大头长度9m,钻孔直径0.15m,扩大头直径0.5m。则锚杆进入土层为全风化岩层或强风化岩层以下。扩大头锚杆类型:杆体钢筋1Φ36PSB930,L1段(普通锚固段)6m,孔径150mm,L2段(扩大头锚固段)9m,扩孔孔径500mm,抗拔力设计值为450KN。锚杆固定承载体定位器采用Φ120型增强工程塑料承载体,与杆体采用螺纹连其接。外露锚杆端头斜拉钢筋(简称锚筋)绑扎于基础主筋上,锚板固定于斜拉筋和基础混凝土内,采用与Φ36锚筋杆体配套锚板,锚具,锚杆体采用1Φ36(PSB930)钢筋抗拉强度设计值930N/m。

四、施工技术

(一)施工工艺流程(图1)图1施工工艺流程图

(二)施工现场准备、场地放样、作业人员技术性交底对场地的坐标控制点进行施工前校验,并根据锚杆孔的分布情况适当加密控制点,并对施工场地无关机械设备、材料进行清理。要根据锚杆施工作业规模及图纸设计的要求对所有锚杆孔进行编号,目的是使经过编号的孔能够结合已知坐标点和图纸作为计算根据,计算出各个孔的孔位坐标,利用全站仪进行正规孔位放样工作。而在定位放样的同时,同步测出孔位的地面高程,为钻孔深度提供指导依据。施工前熟悉设计图纸求,针对锚杆施工过程中的关键点、难点、质量和安全方面的要求以及操作工艺流程、相关注意事项等对班组长及操作工人进行全面的技术和安全交底,在各项施工环节落实执行。

(三)杆体制作高压喷射扩大头锚杆杆体原材料可采用钢绞线或高强度的钢筋锚杆,本工程按设计要求锚杆体采用Φ36(PSB930)高强度预应力螺纹钢筋。杆体原材料使用前,清除表面锚杆有害物质,钢筋(或钢绞线、钢丝)应采用切割及切断,不允许采用电弧进行切割。加工成型的锚杆杆体在运输和安放时,应避免各种损伤和表面受污染。钢筋杆体使用前应保持平直、除锈,普通螺纹钢筋接长可采用焊接、机械连接或专用连接器,单采用焊接时,焊接长度不小于5倍钢筋直径。当杆体未高强度预应力螺纹钢筋时严禁进行任何电焊操作,而本工程采用高强度预应力的螺纹钢筋必须采用专用的套筒连接器。在杆体轴线方向每隔1m~2m设置一个杆体定位器,锚杆固定承载体定位器采用Φ120型增强工程塑料承载体,与杆体采用螺纹连其接,随后安装注浆管(dn25)与杆体绑扎牢固,而绑扎材料不宜采用镀锌材料。锚制作成型后,宜放置在环境干燥、清洁的场所,采取措施避免杆体受和表面污染,在使用前严格检查。

(二)施工现场准备、场地放样、作业人员技术性交底对场地的坐标控制点进行施工前校验,并根据锚杆孔的分布情况适当加密控制点,并对施工场地无关机械设备、材料进行清理。要根据锚杆施工作业规模及图纸设计的要求对所有锚杆孔进行编号,目的是使经过编号的孔能够结合已知坐标点和图纸作为计算根据,计算出各个孔的孔位坐标,利用全站仪进行正规孔位放样工作。而在定位放样的同时,同步测出孔位的地面高程,为钻孔深度提供指导依据。施工前熟悉设计图纸求,针对锚杆施工过程中的关键点、难点、质量和安全方面的要求以及操作工艺流程、相关注意事项等对班组长及操作工人进行全面的技术和安全交底,在各项施工环节落实执行。

(三)杆体制作高压喷射扩大头锚杆杆体原材料可采用钢绞线或高强度的钢筋锚杆,本工程按设计要求锚杆体采用Φ36(PSB930)高强度预应力螺纹钢筋。杆体原材料使用前,清除表面锚杆有害物质,钢筋(或钢绞线、钢丝)应采用切割及切断,不允许采用电弧进行切割。加工成型的锚杆杆体在运输和安放时,应避免各种损伤和表面受污染。钢筋杆体使用前应保持平直、除锈,普通螺纹钢筋接长可采用焊接、机械连接或专用连接器,单采用焊接时,焊接长度不小于5倍钢筋直径。当杆体未高强度预应力螺纹钢筋时严禁进行任何电焊操作,而本工程采用高强度预应力的螺纹钢筋必须采用专用的套筒连接器。在杆体轴线方向每隔1m~2m设置一个杆体定位器,锚杆固定承载体定位器采用Φ120型增强工程塑料承载体,与杆体采用螺纹连其接,随后安装注浆管(dn25)与杆体绑扎牢固,而绑扎材料不宜采用镀锌材料。锚制作成型后,宜放置在环境干燥、清洁的场所,采取措施避免杆体受和表面污染,在使用前严格检查。(图2)图2杆体制作

(四)防腐本工程锚杆锚头位于地下室基础,则锚杆锚头至地下室底板底面以下2m范围内的锚杆杆体,应采用内充防腐油脂的套管密封保护,或采用防腐涂层保护,套管或防腐涂层应延伸进入过滤管或底板基础混凝土并应采用水密性接缝或构造。扩大头注浆体针对地层介质中腐蚀成分的分类按国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046的规定采用能抗耐地层介质腐蚀的水泥或掺入耐腐蚀材料。锚杆锚头防腐保护根据不同类锚杆有不同做法:(1)需调整拉力的锚杆,应采用可调节拉力的锚具,锚具和承压板应采用锚具罩封闭,锚具内应填充防腐油脂;(2)不需要调整拉力的锚杆,锚具和承压板可采用混凝土封闭,封闭混凝土保护层最小厚度不小于50mm,封锚混凝土与承载构件之间应设置锚筋或钢筋网,而本工程锚杆属第二种做法。

(五)钻孔在钻孔前,根据设计图纸,放线定出锚杆孔位,作出可靠的孔位标记。锚杆钻孔深应符合设计图纸长度要求,锚杆孔在平面水平、垂直方向的孔距误差控制在10cm以内,钻孔角度偏差不应大于2°,钻孔作业作好记录。钻进工艺应根据地质勘察情况进行选择,对于砂层较厚的场地,钻孔采用泥浆护壁钻进工艺进行施工,并在砂层特别厚的地段采取曾大注浆浓度的措施避免塌孔。在不会出现塌孔和涌砂流土的稳定地层中,可采用钻杆钻孔工艺进行施工。对于不稳定地层、易出现涌砂流土的粉土层、存在易缩颈的淤泥等软土地层以及水平或水平小倾斜的锚杆和回转型锚杆的情况,钻孔则采用套管护壁钻孔。本工程持力层和锚杆施工标高在全风化岩土层以下,属于稳定地层,因此采用钻杆钻孔施工工艺。

(六)扩孔本工程锚杆扩大头段设计长度为9m,扩孔孔径500mm。高压喷射扩孔的施工参数根据设计图纸扩大头直径要求以及场地地质条件通过试验确定,正式施工前应进行试验性施工对相关参数进行验证,确保施工中能够满足设计要求。本工程锚杆扩孔的高压喷射压力应大于20Mpa,取值在25~30MPa之间,喷嘴移动速度取值10~25cm/min之间,喷嘴转速取值5~15r/min之间。用于扩孔的施工用水水宜采用自来水,当采用其他水源时,必须经过试验确认水源水质对水泥浆体和杆体材料无害。拌合水的水质应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63,拌合水中酸、有机物和盐类等对水泥浆体和杆体有害的物质含量不得超出相关标准规定,不得影响水泥正常凝结和硬化。高压喷射注浆的水泥,宜采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥进行水泥浆液的配制,水灰比为1.0。连接高压注浆泵和钻机的输送高压喷射液体的高压管长度不宜大于50m,当喷射注浆管贯入锚孔中,喷嘴达到设计扩大头位置时,即可按设计要求和试验确定工艺参数进行高压喷射扩孔施工。喷管应均匀旋转、均匀提升或下沉,由上而下或由下而上进行高压喷射扩孔,喷射管分段提升或下沉的搭接长度不得小于100mm。高压喷射扩孔可采用水或水泥浆,采用水泥浆扩孔工艺时,至少上下往返扩孔两遍,采用清水(自来水)扩孔时,最后还应采用水泥浆扩孔一遍。而本工程采用下行清水扩孔,上行水泥浆扩孔,采用AWCG工艺(AWCG工艺为采用钻头钻孔,高压水分序喷射扩孔,高压水泥浆喷射注浆,水泥浆置换注浆。分序扩孔提高了喷射切割土体的效率,扩孔完成之后,再采用高压注浆进行置换,确保水泥浆能完全把扩孔内的泥浆置换出来,保证扩大头锚固体强度,利用注浆管进行二次注浆,在扩大头内进行高浓度的二次注浆。此这工艺做法一方面减少了水泥用量,另一方面可保证达到了扩孔与注浆达到设计要求。在高压喷射扩孔过程中出现压力骤然下降或上升时,应查明原因并及时采取措施,恢复正常后方可继续施工。施工过程中填写好各项监测记录和施工记录情况。

(七)杆体安放高压喷射扩大头锚杆扩孔完成后,应立即提升并取出喷管并迅速将锚杆杆体安放进入锚孔,锚杆杆体应符合设计深度要求。锚杆杆体的安放应符合以下技术要求:①在锚杆杆体放入锚孔前,应详细检查杆体的规格、长度尺寸和加工质量,确保满足设计要求;②安锚杆放杆体时,应采取有效措施防止杆体扭压和弯曲,注浆管宜随杆体一同放入锚孔,注浆管到孔底的距离应不大于300mm。③安放杆体时,应采取有效措施防止防腐层受到损坏;④锚杆杆体插入孔内的深度应确保不小于锚杆设计长度,角度偏差不大于2°。

(八)注浆锚杆注浆时,注浆管的出浆口应插入距孔底300~500mm,浆液自下而上连续灌注,且确保从孔内顺利排水、排气。注浆设备应有足够的浆液生产和供应能力,采用的注浆管应能在1h内完成单根锚杆的连续注浆。注浆完成后不得随意敲击杆体,也不得在杆体上悬挂重物。注浆材料采用纯水泥浆,水灰比为0.45~0.5,必要时可以在孔口置细石或粗砂,注浆浆液应充分搅拌均匀,随拌随用,应采取措施严防石块、杂物混入浆液,注浆浆液应在初凝前用完。当孔口溢出浆液或排气管停止排气,排出的浆液与注入水泥浆液的颜色和浓度一致时,可停止注浆。高压喷射扩大头锚杆锚固段注浆体的抗压强度应大于20MPa,每30根锚杆留置不应少于一组,每组不应少于6个试块,用于浆体强度检验。

(九)张拉、锁定对于采用高压喷射扩大头锚杆的工程,按设计要求需进行张拉和锁定的,需满足有关要求:(1)锚杆承载构件的承压面应平整,并与锚杆轴线方向垂直;(2)锚杆张拉前对张拉设备进行标定;(3)锚杆张拉在同批次锚杆试验合格后,且承载构件的混凝土抗压强度值不低于设计要求时进行;(4)锚杆正式张拉前,应取10%~20%抗拔力特征值对锚杆张拉1次~2次,每次均应松开锚具工具夹片调平钢绞线后重新安装夹片,使杆体完全平直,各部位紧密接触;(5)锚杆应采用符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T1437和设计要求的锚具。

(十)防水节点处理在每道锚杆的杆体均设置防水加强层,防水加强层采用涂刷水泥基防水涂料、卷材防水两道设防,其中卷材在锚杆杆体处环绕钢筋进行热熔包裹,卷材上卷高度从垫层向上至到地下室钢筋混凝土筏板底部,卷材形成筒状;卷材做完后向筒内灌注与卷材材质相容的防水密封膏。

(十一)工程质量检验高压喷射扩大头锚杆质量保证资料,包括原材料出厂合格证、材料现场抽检试验报告、锚杆浆体强度检验报告、锚杆抗拔力试验报告。其中,锚杆抗拔力试验的数量不小于锚杆总数的5%且不少于3根,最大试验荷载不小于锚杆抗拔力特征值2倍。当出现不合格锚杆时,应增加锚杆试验数量,数量为不合格锚杆的3倍。本项目高压喷射扩大头锚杆工程完成后,经过检测,各项指标满足设计及规范要求。(图4)

五、结语

随着目前国家经济水平不断提高,建筑地下空间开发规模日增,如何增大地下室对地下水的抗浮力,避免结构遭受破坏,是当前工程地下作业设计和施工考虑的重点问题。而高压喷射扩大头锚杆施工技术的出现,能为地下空间开发和建设提供技术的保障,缘由于其比传统抗浮锚杆的抗浮力性能更显著。在此,在建筑地下室基础进行高压喷射扩大头锚杆施工时,必须要根据设计要求和国家行业标准,熟悉掌握施工作业流程,有机结合和总结相关工程经验,以此不断增强高压喷射扩大头锚杆在地下室施工的经验,提高施工技术水平,使高压喷射扩大头锚杆技术体系发展越加成熟。

参考文献:

[1]高压喷射扩大头锚杆技术规程JGJ/T282-2012.

[2]徐高巍.高压喷射扩大头锚杆在抗浮工程中的应用.中国水运(下半月),2013(10).

[3]邵孟新,曾庆义.高压喷射扩大头锚杆的设计与施工.建筑监督检测与造价,2008(11).

作者:宋文均 单位:广东省六建集团佛山市工程承包总公司

地下室高压喷射扩大头锚杆施工技术

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