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高压旋喷预应力锚索成型施工技术

2019/12/08 阅读:

摘要:高压旋喷锚索一次成型施工技术可被应用于软土地区的基坑支护,其具有施工效率高、施工质量可靠,锚索抗拔力大,节省工期和材料等优势,具有良好的工程应用前景。分析了施工现场操作照片,对该技术的技术原理和操作要点进行了详细的说明,并将其在工程应用实践中展现的特点进行了分析提炼,总结了相关工程经验,可供相关专业人员参考借鉴。

关键词:软土地区,高压旋喷锚索,一次成型,基坑支护

引言

桩锚支护结构是基坑开挖边坡支护方法中常用的一种,桩锚体系施工时,锚索的埋设一般采用机械预钻成孔,然后在孔中下入锚索,最后注浆固定。此方法施工简单,易于开展,主要应用于较为坚硬的黏土等土层条件较好的地层中[1]。在实际中,由于规划建设用地的原因,基坑位于软土地区的情况很常见。在软土地区进行基坑桩锚支护体系施工时,使用常规锚索出现了一系列的工程问题,主要表现在以下方面:1)成孔困难:预钻成孔时易塌孔、缩径,成孔施工困难,效果不理想[2,3]。2)安索困难:锚索难以安入孔内,或安不到预设深度,故而满足不了设计要求。3)承载力小:由于极易发生坍孔现象,导致锚固体与孔周土层的结合面出现隔离层,使得二者之间的接触面减小,从而减小了抗拔力。4)渗漏问题:预钻成孔施工需穿透止水帷幕,从而引起渗漏,导致基坑施工困难,以及周边地层和建(构)筑物的沉降开裂。为解决上述问题,近年来国内已有不少学者进行了相关理论、试验和实践的研究,研究证明,高压旋喷锚索技术是一个行之有效的办法[4-6]。国内学者的研究大多偏向于该技术的应用试验以及与普通锚索的应用效果比较,而没有对该技术本身的技术原理以及操作工艺本身进行详细的说明,这对于工程应用型读者对技术本身的掌握和开展进一步的工作有局限。本文在通过多个工程项目的应用实践后,详细的阐述了高压旋喷预应力锚索一次成型施工技术的原理和施工要点,并总结了相关工程经验,供同行参考借鉴。

1技术原理

本技术的原理主要由以下两个方面组成:一是施工设备的改进;二是施工工艺的把控。

1.1施工设备的改进

施工设备的创新即锚索旋喷钻杆和钻头的制定。如图1所示,钻杆为中空钻杆,其内芯管连通钻头两侧的喷嘴,作为高压旋喷注浆的通道,钻头部位带有滚动轴承(见图2),轴承内圈固定在钻杆上,随钻杆同步转动,滚动轴承外圈为自由端,在外界阻力下不随钻杆转动。旋喷土锚钻头大样如图3所示,钻孔前,钻杆前端穿过锚盘中心孔,因滚动轴承的外圈直径大于锚盘中心孔直径,则不能穿过。钻头进入土层后,滚动轴承外圈顶着锚盘一同进入锚孔,连接在锚盘上的钢绞线被同步带入。因为滚动轴承的内转外不转机制,使得钢绞线不会在钻杆旋转钻进时被拧成麻花状。施工设备的创新保证了锚索施工的钻孔、安索和注浆工序可以一次完成。

1.2施工工艺的把控

对施工工艺的把控表现在以下三方面:第一,严格按照“进、退二喷二搅”的施工工艺进行施工,即钻头钻进和退出的两个过程都要进行旋转和喷浆,使得旋喷浆液和土层得到充分搅拌,保证水泥土的成桩质量,同时对钢绞线形成良好的包裹。第二,在锚固体前端采取增加注浆压力和钻头往复进退次数,进一步保证水泥土的成桩质量,同时增大了桩径,形成扩大头结构,使得锚索的抗拔力大大提高。第三,对于设计要求需要进行二次注浆的锚固体,在锚索制作时,可将注浆管与钢绞线一起连接在锚盘上,注浆管在成孔过程中一同被埋入锚固体内,不需再进行额外埋管,直接接入注浆机械进行注浆即可。

2工艺流程及操作要点

2.1施工工艺流程施工工艺流程如图4所示。

2.2操作要点

2.2.1施工准备1)高压旋喷水泥土锚施工前,应详细研究设计内容、设计要求、地层条件和环境条件。2)对设计阶段考虑到的地下埋设物、障碍物应做进一步核查,确定其位置、形状、尺寸和数量,同时提出排除和防护处理等措施。3)掌握工程周边环境状况、建筑物状态及其可能受到的施工影响,预测可能出现的问题并提出相应对策。4)认真检查原材料及各种仪器设备的种类、型号、规格,检查其主要性能是否符合设计要求。5)对于地质条件特殊或特别重大工程,宜在正式施工前进行钻孔成桩、张拉锁定试验,以获得有较强针对性的施工工艺参数,同时考核施工工艺和施工设备的适应性。

2.2.2钻机就位1)当土方开挖沟槽后,测量人员应在锚索施工前根据设计图纸将钻孔的孔位、方位测定,并予以编号。2)由于钻机安装定位质量不仅影响成锚质量,同时还影响施工速度和人员安全,因此,钻机安装定位应按照“正、平、稳、固”的要求,确保钻机受力后不摇摆、不移位。3)钻机定位后,采用钻机自带校核钻孔开孔角度,使开孔角度误差不超过3°,开孔处的水平和垂直向误差不大于50mm。4)钻进施工前应在场地中挖好排水沟,以避免因泥浆随意排放而影响正常施工。钻机施工示意如图5所示。

2.2.3水泥浆液配比1)注浆材料一般选用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺入量一般为20%,水灰比在0.65~0.70范围,具体根据设计要求进行调整。2)当遇特殊地层情况,则需在现场进行浆液配比试验,确保高压旋喷水泥土锚的成锚质量。3)水泥浆应拌和均匀,随拌随用,控制一次拌和的水泥浆量,保证所拌和的水泥浆能在其初凝前用完。

2.2.4锚索制作1)旋喷土锚施工时插入4根15.2mm的钢绞线(具体根数和直径依设计而定);钢绞线插入定位误差不大于30mm,底部标高误差不大于20mm。2)单根钢绞线的极限强度标准值为1860MPa,抗拉强度设计值为1320MPa。每根钢绞线由7根钢丝绞合而成,公称直径15.2mm,桩外留1.0m长度,以便张拉。3)锚头用冷挤压法与锚盘进行连接固定,如图6所示。

2.2.5钻进成孔1)高压旋喷一次成型锚索采用专用钻机成孔,钻杆为中空钻杆,其内芯管连通钻头两侧的喷嘴,作为高压旋喷注浆的通道,钻头部位带有滚动轴承,轴承内圈固定在钻杆上,随钻杆同步转动,轴承外圈为自由端,在外界阻力下不随钻杆转动。2)钻孔前,钻杆前端穿过锚盘中心孔(见图7),因滚动轴承的外圈直径大于锚盘中心孔直径,则不能穿过。钻头进入土层后,滚动轴承顶着锚盘一同进入锚孔,连接在锚盘上的钢绞线被同步带入。因为滚动轴承的内转外不转机制,使得钢绞线不会在钻杆旋转钻进时被拧成麻花状。3)钻进过程中,通过上述钻杆的中空通道边钻进边搅拌注浆,成孔至设计深度后退出钻杆,此时钢绞线也同步安放到位;钻杆在退出过程中边退出边旋喷补浆,直至完全退出土层。至此,锚索体系的钻孔、安索、注浆工序一次性施工完成。施工形成的锚固体如图8所示。4)旋喷钻进压力一般为10MPa~18MPa,钻进、提升速度分别控制在0.3m/min~0.5m/min,0.7m/min~0.9m/min左右,钻杆的转速控制在20r/min~50r/min左右。可根据工程实际和设计要求,在锚固前端加大喷浆压力或做多次进退复喷,以确保成锚质量,同时形成扩大头结构,提高抗拔力。5)钻进过程中,通过钻杆数量控制桩长偏差不大于10cm,通过钻进压力、钻进速度与转速控制桩径偏差不大于5cm。2.2.6二次注浆、养护及张拉锁定1)锚固体一次施工完成后,如设计有要求,或者工程对锚索的抗拔力、旋喷水泥土成桩质量有特别高的要求,则需要进行二次注浆。对需要进行二次注浆的锚固体,在锚索制作时,将注浆管与钢绞线一起连接在锚盘上,注浆管在旋喷钻进时一同被埋入锚固体内,不需再进行额外埋管,直接接入注浆机械进行注浆即可。注浆管的设置如图9所示。图9注浆管的设置(白色PE管)2)锚索施工完毕后即进行养护,一般养护时间为10d~14d,夏季养护时间可适当缩小,具体以设计要求和现场检测和试验确定。锚索施工完后,进行腰梁的施工和养护。

3结语

实践表明,在软土地区应用高压旋喷预应力锚索一次成型施工技术,其经济效益和社会效益均优于普通锚索技术。文章在该技术的实践应用中总结了以下工程经验:1)锚索钻孔施工中,钻头通过锚盘将钢绞线同步带入土层,同时进行高压旋喷注浆,即钻孔、安索和注浆同时完成,锚索施工一次成型,大大提高了施工效率,节省了工期。2)锚索施工一次性完成,能有效地避免软土地区常规锚索施工遇到的塌孔、缩颈、清孔不干净等问题,施工质量稳定、可靠,离散性小。3)通过单位抗拔力所耗费的材料分析,在相同地质条件下,旋喷一次成型锚索的抗拔力水平比普通锚索提高了大约50%,也就是说,使用本技术能够节省近50%的材料。4)采用一边钻进,一边旋喷注浆的掩护式施工方式,可以有效解决钻孔止水帷幕引发的渗流问题;可以提高喷射水泥浆压力,从而增加锚固体的直径,提高锚索抗拔力;可以在采取钻杆多次进退旋喷,或同步带入注浆管,进行二次注浆,保证锚固体施工质量。

参考文献:

[1]孙克,李美梅.关于高压旋喷锚索与普通锚索的对比试验研究[J].煤炭工程,2016,48(9):84-86.

[2]刘魁,徐龙帅,高路皓.高压旋喷锚索在软土地区的应用试验研究[J].岩土工程技术,2018,32(2):64-68.

[3]崔江余,贺长俊,杨贵芹.旋喷自带钢绞线锚杆现场实验研究[J].岩土工程学报,2009,31(12):1945-1951.

[4]祁建永,王国辉,靳力勇,等.高压旋喷锚索在淤泥质地层基坑支护中的应用[J].华北地震科学,2017,35(S):15-19.

[5]李洪然.高压旋喷锚索在超大软土深基坑中的应用[J].土工基础,2018,32(2):116-118.

[6]王永伟,李晓文,杨贵永.高压旋喷锚索在深基坑支护中的应用研究[J].建筑科学,2015,31(7):23-28.

作者:任志勇单位:湖南教建集团有限公司

高压旋喷预应力锚索成型施工技术

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