土层扩孔锚索施工技术.doc

精品文档第二十五章 土层扩孔锚索施工技术（马 卉）第一节 环境介绍一、 工程概况某轨道交通工程位于广州市白云区旧机场跑道及绿化草坪上，全长3.773km，包括“三站四区间”共七个子单位工程。四周空旷，无建筑物。多为地下单层、局部双层框架结构，均采用明挖顺作法施工。围护结构有土钉墙支护、桩+锚索等支护形式。二、工程地质及水文地质特征本地段原始地貌属广花凹陷冲积盆地，第四系地层以冲洪积砂层、土层及残坡积堆积为主，基岩多为石炭系中石灰岩和炭质灰岩沉积地层，岩层面高低起伏，岩溶发育形成溶蚀探槽、土洞。岩土分层特征由上至下依次为：人工填土层1、中粗砂层3-2、冲洪积粘土4-1、淤泥质土层、坡积土层、可塑状残积土层5C-1B、硬塑状残积土层、石灰岩微风化带，软土地层分布广，对基坑施工影响较大；底板主要位于冲洪积粘土4-1、坡积土层、可塑状残积土层5C-1B、硬塑状残积土层，局部底板位于石灰岩微风化带。本地段主要有赋存于第四系松散层孔隙潜水（砂层水）、基岩裂隙水和灰岩溶洞裂隙水三种。第四系松散层孔隙水主要赋存于冲积洪积砂层3-1、3-2内，砂土层有一定厚度和较连续性，富水性和透水性好；基岩裂隙水赋存于砂岩强、中风化带内，岩石已风化成土状，赋水条件差、赋水性较小，略具承压性；灰岩溶洞裂隙水主要赋存于炭质灰岩和石灰岩岩溶发育地段，富水性、透水性好，具强透水性，涌水量大，具承压水特征，水位埋深在5.28.16m。第二节 重难点分析溶洞、土洞及溶蚀深槽对锚索施工的影响分析：本地段地处石炭系中上统壶天群石灰岩地层，岩溶极为发育，为施工带来诸多困难。尽管设计为尽量少触碰岩溶，采用浅埋明挖的线路敷设方式将基坑上抬，且对坑内已发现岩溶进行充填处理，但在锚索施工过程中难免遇见岩溶，处理起来极为麻烦。因此如何避免锚索入岩是解决该问题的有效方法，但如果采用常规等直径锚索，为实现锚索不入岩而调整角度，将大大增加锚索长度，增加工程造价且很难保证施工质量。扩孔锚索能缩短锚索锚固长度，更大限度地发挥土层承载力，有效解决该问题。该工艺适合在土层中施工，理论长度仅为常规锚索的60%70%。第三节 问题解决方案一、设计支护方案根据该场地周边环境及地质特征，通过计算分析并结合区域基坑防护工程经验，确定采用排桩+二道土层扩孔锚索、外加桩外搅拌桩止水帷幕，可以满足该基坑的稳定、抗变形和防渗的要求。具体设计如下：（一）桩位布置围护结构采用800mm和1000mm钻孔桩，桩净距200mm，外侧采用500mm间距350mm搅拌桩作为止水帷幕，设计简图详见图25-1。图25-1 预应力锚索桩锚支护设计简图（二）扩孔锚索设计在10m高程平台上和7m高程处各设一排扩孔锚索，间距3m，孔径150，扩孔段400，倾角向下300，孔深30米。详细设计参数见图25-2，附表25-1。锚索体采用150T级无粘结锚索，索体材料为ASTM416-87a型无粘结钢绞线。 砼横梁采用C30砼，锚头部分配16钢筋网片4层，锚孔周围配20螺旋筋以承担锚垫板传递的压应力。图25-2 锚索设计大样图 表25-1 预应力锚索设计参数表 二、 扩孔锚索开挖试验与检验开挖试验的要求主要适用于扩孔锚杆，目的是检验扩孔锚杆的施工能力，能达到设计要求尺寸，保证锚杆的承载力。开挖试验采用二级扩孔，角度垂直，数量为3根。成孔试验的参数为：扩孔处D=400mm，未扩孔处d=150mm，长度L=500mm，如图25-2所示。 成孔检测，灌注水泥砂浆4天后开挖检测。扩孔段的杆体直径最小处不得小于400mm，扩孔段杆体长度每段不得小于500mm。开挖实验大样详见图25-3。 图25-3 扩孔锚索开挖实验图 图25-4 预应力锚索开挖实验大样在预应力锚索正式施工前，应进行锚索的抗拔拉破坏试验，以验证设计采用的锚索的设计参数和施工工艺的合理性以及锚索的安全系数，并在锚索施工前及时向设计单位提交试验报告，以验证和调整设计。锚索试验采取先加初始荷载，然后循环加卸载至破坏，循环加卸载等级荷载及位移观测时间见表25-2。通过拉拔试验记录，绘制锚索荷载位移(Q-S)曲线、荷载-弹性位移(Q-Se)曲线、荷载塑性位移(Q-Sp)曲线，曲线图平顺圆滑，无突变现象，弹性、塑性良好。计算得锚索安全系数2.2，符合混凝土规范安全系数2.0的要求。表25-2预应力锚索基本试验加荷等级与观测时间加荷标准循环加荷等级加荷/kN最大加载量/kN卸荷/kN初始荷载20第一循环203020第二循环2030403020第三循环20304050403020第四循环20305060503020第五循环20305070503020第六循环20306080603020观测时间/min55510555三、 扩孔锚索的施工工艺（一）施工工艺流程锚索采用锚杆钻机成孔，注浆采用泵送水泥浆微压（0.2-0.5MPa）注浆工艺，张拉用液压油泵和张拉千斤顶张拉后再锁定的施工工艺施工。锚索施工工艺流程详见图25-5。（二）主要施工方法1、施工准备锚索施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方开挖采取分层开挖，当每层土方开挖至锚索孔位下0.5m高程时，平整开挖面后进行锚索施工。2、锚位开孔测量放点定出锚索孔位后，于孔位上支设开孔机，调整好角度，开孔直径为200mm。锚位开孔应提前进行，以确保锚索施工进度。开孔偏差不大于200mm。图25-5 锚索施工工艺流程图3、钻孔与清孔MK-5型钻机根据明挖基坑的工程地质、水文地质情况及预应力锚索施工的技术要求，本车站锚索施工采用MK-5型钻机、150三翼钻头成孔（见图25-6），三翼钻头张开后直径为400（见图25-7），三翼钻头收回后直径为150（见图25-8）。本车站锚索施工普通段采用150三翼钻头顺时针钻进，三翼钻头不张开，成孔直径为150；扩孔段采用MK-5型钻机加压，致使150三翼钻头张开顺时针钻进，为使三翼钻头张开后成孔质量，在钻头钻杆处焊接两个凸点，固定张开后的三翼牙齿（见图25-9），成孔直径为400，扩孔长度完成后钻头逆时针反钻收回钻头三翼。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.51m，为保证锚孔直径，要求使用的钻头直径大于杆体直径15，钻头直径不应比规定钻孔直径小3以上，锚杆的角度偏差不大于设计3。在钻进过程中应对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录，开孔时宜低速慢钻，粘土中宜高速快钻，如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.10.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进，若发现钻机偏移或下沉，及时纠正。150三翼钻头 图25-6 图25-7凸点 图25-8 图25-9钻孔孔径、孔深不得小于设计值，并超钻50cm，钻孔达到设计深度后，必须使用高压空气(风压为0.200.40MPa)将孔中岩粉及水全部清除，以免降低水泥浆与孔壁岩体的粘结强度，若遇钻孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下锚索。钻进过程若遇塌孔应立即停钻，并进行注浆固壁处理(灌浆压力为0.100.20MPa)，待水泥浆凝固后，重新钻进，或采用跟管钻进工艺。4、锚索制作与安装用切割机切断钢绞线，切口整齐无散头。加工长度严格按照锚索参数确定，同时考虑钢腰梁厚度、锚具厚度、张拉千斤顶长度、工作锚的长度。第一层加工时预留1.0m长，第二层及以下考虑1.5m长。切断后的钢绞线逐根检查，凡有损伤的钢绞线均应剔除。 a、锚固段去皮洗油：锚固段钢绞线去皮长度7m，其长度误差应在（0+10cm）以内；洗油时先用棉纱将钢绞线的油脂去除，然后将钢绞线单根搓开，用汽油人工逐根清洗，再用棉纱擦干，最后再将单根钢绞线拧回位成一束，逐根装至施工现场。b、波纹管安装：将内锚段钢绞线束体装入波纹管内，并在靠近内锚固段底部安装金属质导向帽封口，且端帽设置一定数量的泄浆孔便于浆液流动，塑料灌浆管在导向帽内，距离端帽15cm的间隙。c、锚索对中支架及隔离支架与锚索体和波纹管之间绑扎牢固，对中支架及隔离支架安装在波纹管内外侧对应位置，锚索内锚段对中支架及隔离支架间距1m，两架之间绑扎镀锌铁丝一道做紧缩环；自由段（即张拉段）对中隔离架间距1.5m。d、锚索进、回浆管采用外径25mm聚乙烯塑料管；对中支架和隔离支架自制。编好的锚索要求外表顺直、无明显扭转现象，各种管道通畅，管口作好临时封闭。并作好防潮、防污染、防腐处理。5、穿索a、锚索下锚前应对已钻好的孔进行检查，以便一次穿梭成功，若有局部塌孔现象，采取固灌及扫孔措施处理。b、为保证锚索安装顺直，在安装处搭设支架，锚索入孔前，必须校对锚索编号与孔号是否一致。确认孔深和锚索长度无误后，人工匀速将锚索送入孔，不得过多的来回抽动锚索体，防止损害锚索体或使锚索体整体扭转。c、穿索后立即对进、回浆管进行通气检查，发现不通气应采取有效的处理措施。6、压浆a、注浆采用水泥浓浆，锚固段及自由段的水泥胶结材料的抗压强度均为M20，水泥采用P.O.42.5级水泥。b、采用单管拔管法注浆，锚固段注浆须在锚索入孔后24小时完成。采用底部进浆管进浆，随着注浆量的增加，注浆管拨出速度按计算和浆量跟踪双重标准控制。为了保证注浆均匀，注浆速度不宜太快。所用水泥浆用拌合机搅匀，使其达到规定指标，搅拌直至灌浆结束方可停止。在水泥浆为完全固化前，不得拉拔和移动锚索。c、内锚段注浆按“宁多不少”原则，内锚段注浆完成23小时后方可进行自由段注浆。7、腰梁安装及锚具安装a、腰梁是锚护结构中的传力构件，腰梁的设计应充分考虑锚杆的水平倾角、锚固力。腰梁采用两道普通热轧25b工字钢。应对每根桩的偏差进行测量，在腰梁安装时，应使腰梁受力符合设计要求。b、腰梁的安装需待注浆强度达到80%以上才能进行，腰梁分节进行吊装。采用50t汽车吊。在喷锚过程中每35米预埋22螺纹钢，吊装时将手拉葫芦固定在预埋钢筋上，联合将腰梁吊起，准备定位后腰梁背后悬空的地方利用钢块进行垫实，然后安装楔形垫块和锚具，方可进行张拉，张拉完毕后锚具将紧紧锁住腰梁，拆除手拉葫芦。锁定48小时后根据变化情况和量化检查张拉确认是否需要补充张拉。8、封锚防护切除多余长度的钢绞线，涂刷环氧基后安装可拆卸式防护帽并注入油脂。9、锚索张拉与锁定当框架梁和锚垫混凝土强度达到设计值的80%以上时即可进行预应力张拉，张拉设备采用YCD1500液压穿心千斤顶和2YBZ2 49型高压电动油泵，张拉作业前应对以上设备进行检查，千斤顶与配套高压泵、压力表都应标定，锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索同轴一线，确保承载均匀。锚索正式张拉前，应按设计值的10% 20%对锚索体进行预张拉，以使其各部接触紧密和索体完全平直。正式张拉方式为: 00.25P0.5P0.75P1.0P1.1P锁定P，除最大一级张拉要稳定1015min外，其余各级持荷稳定时间为5min。张拉时采用“双控法”即采用张拉系统出力与锚索伸长值综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核，当实际伸长值与理论值差别较大时(6% )，应暂停张拉，待查明原因并采取措施后再进行张拉。当张拉至预张拉值后，实际伸长值与理论值相符合时(6% )，稳定后，即可按设计荷载进行锁定。锚索锁定后48 h内，若发现明显的预应力损失现象，应及时进行补偿张拉，一般做法补张拉至1.1P再锁定，进行7d观测期，若无异常情况，即可封锚。10、封锚锚索张拉完成后应及时对锚头进行封锚，外锚头应用与框架梁同强度等级的混凝土封头，以防锈蚀破坏。（三）技术要点1、钻孔应严格标出孔位钻孔，开孔误差小于10cm。2、注浆配比必须经试验合格后方可投入使用。3、安装注浆管、锚管时，在管身靠近孔口段缠绕麻丝，以便封浆。4、遇到地下水位较高时，可采用抬高孔口的办法解决。5、在全面施工之前按照施工规范要求先做试验锚杆，对其原材料性能、操作工