基坑锚杆支护技术方案

1、- 26 -锚杆施工技术一、工程概况北京市CBD核心区Z14地块商业金融项目位于北京市朝阳区，建筑面积316000，地上45层，地下6层，建筑高度238m。该工程基坑占地面积约16400，开挖深度32.5m，基坑支护体系原设计为“地下连续墙+预应力锚杆+混凝土水平内支撑”。地连墙锚杆混凝土水平撑地连墙锚杆混凝土水平撑图1 基坑坑支护体体系效果果图图2 基坑坑支护体体系剖面面图三、选择课课题(小组针针对现有有的技术术、工艺艺、技能能、方法法等无法法实现或或满足工工作任务务的实际际需求，运运用新思思维选择择的创新新课题)根据总承包包工程合合同文件件，本工工程开工工日期为为20114年4月8日，地地

2、下室主主体结构构封顶日日期为220155年6月30日，节节点工期期为4448天。如如按基坑坑支护体体系原设设计施工工，当桩桩基施工工60%时插入入混凝土土内支撑撑施工，完完成后进进行土方方开挖施施工，并并在土方方开挖225%时时插入地地下室主主体结构构施工。由由于混凝凝土内支支撑的存存在对土土方开挖挖与地下下室主体体结构施施工造成成一定降降效，因因此预计计施工工工期为5510天天，节点点工期目目标无法法实现。图3 基坑坑支护原原设计工工期进度度图通常情况下下，深基基坑的支支护体系系多为地地下连续续墙（咬咬合桩）+预应力锚杆，如基坑底标高位于承压水头以下，在承压水的作用下锚杆无法施工，则需加设混

3、凝土水平内支撑。本工程底板标高为-32.50m，第二层承压水含水层标高为-27.61m，-27.61m-32.50m之间无法施工锚杆，故原基坑支护体系设计在地下连续墙+预应力锚杆的基础上于-28.50m标高处增加一道混凝土水平内支撑。QC小组通通过讨论论提出构构想：能能否通过过创新施施工工艺艺克服承承压水对对锚杆施施工的影影响，从从而采用用承压水水下锚杆杆取代混混凝土水水平内支支撑，进进而节约约工期？为此，QQC小组组通过国国家科技技图书文文献中心心、国家家科技成成果网、维维普资讯讯、万方方数据、中中国学术术期刊网网、中国国知网进进行相关关文献检检索，检检索词为为：承压压水下、锚锚杆、施施工，

4、并并检索出出四篇类类似文献献，分别别为国国家大剧剧院工程程高承压压水巨厚厚卵石层层中锚杆杆施工（施施工技术术，20004,33（1）；锚杆杆在砂土土地层或或承压水水地层中中注浆施施工的研研究（施施工技术术，20009年年S1期）；工后后锚杆施施工技术术在承压压水沙层层中的应应用（城城市建筑筑。20013，（200）；锚杆杆支护及及在高承承压水土土层基坑坑中的应应用（地地质科技技情报，2005,24（zl）。其中已完工工程国家家大剧院院对本次次QC活动动参考意意义较大大。QC小组组通过进进一步查查阅国家家大剧院院基坑工工程资料料并咨询国国家大剧剧院项目目施工技技术人员员得知，国国家大剧剧院基础础

5、埋深大大部分面面积为-28.5m，局部台台仓埋深深-322.5mm，基坑坑支护形形式为“地地下连续续墙+锚杆”。图4 国家家大剧院院效果图图图5 国家家大剧院院基坑支支护剖面面图国家大剧院院工程地地下承压压水头标标高为-16.92mm，第三三排锚杆杆锚头标标高为-14.50mm，锚杆杆部分位于于承压水水头以下下，而本本工程锚锚杆全长长位于承承压水头头以下，国内目前尚无施工先例。图6 地下下承压水水与锚杆杆位置关关系图因此，QCC小组确确定课题题：研制制一种全全长在承承压水头头以下的的锚杆施施工技术术。四、制定目目标小组组围绕课课题目的的设定目目标，目目标设定定应满足足以下要要求：与与课题所所达

6、到的的目的保保持一致致；将课课题的目目的转化化为可测测量的课课题目标标；目标标设定不不宜多）1、活动目目标如按基坑支支护原设设计进行行施工，预预计地下下室结构构封顶时时间为220155年8月31日，而而根据总总承包工工程合同同要求，地地下室结结构封顶顶时间为为20115年6月30日，因因此需通通过改善善基坑支支护方式式节约工工期622天方可可满足合合同节点点要求，即此次活动目标为节约工期62天。2、目标可可行性分分析（小小组应对对设定的的课题目目标，进进行目标标可行性性分析；将借鉴鉴的相关关数据与与设定目目标值进进行对比比和分析析；分析析小组拥拥有的资资源，具具备的能能力与课课题的难难易程度度

7、；依据据事实和和数据，进进行定量量分析与与判断）国家大剧院院类似锚锚杆长度度为166m，每每台钻机机每天可可施工33根锚杆杆。本工工程锚杆杆长度为为23mm，锚杆杆全长位位于承压压水头以以下，施施工工艺艺较国家家大剧院院工程锚锚杆更为为复杂，预预计每台台钻机每每天可施施工2根锚杆杆。根据据规范要要求，同同时施工工的两台台钻机间间距不应应小于220m，本本工程锚锚杆施工工区域长长约500m，最最多可两两台钻机机同时施施工。若采用锚杆杆取代混混凝土水水平内支支撑，根根据锚杆杆设计规规范要求求及现场场实际情情况，共共需施工工锚杆1110根根。两台台钻机同同时施工工，288天可完完成施工工任务。根据国

8、家大大剧院类类似锚杆杆施工经经验，锚锚杆施工工可与其其余土方方开挖同同时进行行，不占占用总工工时，且且锚杆施施工占用用场地较较小，对对土方施施工及后后期结构构施工不不产生降降效问题题。因此此，经计计算，采采用水下下锚杆取取代混凝凝土水平平内支撑撑理论最最多可节节约工期期81天（5110d-4299d=881d），进进而实现现制定目目标。图7 原设设计所需需工期图8 改善善基坑支支护方式式后所需需工期五、提出并并确定方方案（小小组针对对课题目目标，提提出方案案应：提提出可能能达到预预定目标标的各种种方案并并对所有有方案进进行整理理；方案案包括总总体方案案与分级级方案，总总体方案案应具有有创新性性

9、和相对对独立性性，分级级方案应应具有可可比性，以以供比较较和选择择）1、研制难难点全长在承压压水头以以下的锚锚杆研制制难点有有二：一、如何保保证锚杆杆孔口封封堵密实实，确保保无涌水水涌砂现现象；二：如何保保证锚杆杆拉拔力力在承压压水头以以下满足足设计要要求。图9 研制制难点为此，QCC小组制制定以下下研制框框架，并并通过试试验比选选确定最最终研制制方案。图10方案案研制框框架（确定最佳佳方案小小组对所所有整理理后的方方案进行行比较和和评价，确确定最佳佳方案：方案分分解应逐逐层展开开到可以以实施的的具体方方案；方方案评价价应用事事实和数数据对经经过整理理的方案案进行逐逐一分析析和论证证；方案案确

10、定方方式包括括现场测测量、实实验和调调查分析析。）2、通过锚锚杆试验验进行方方案比选选2.1试验验准备（1）编制制承压压水下锚锚杆施工工试验方方案并进行行专家论论证；（2）在施施工现场场6-66剖处进进行局部部土方开开挖作为为试验区区域；图12 试试验区域域示意图图（3）试验验锚杆施施工前搭搭建排水水系统。图13 搭搭建排水水系统2.2试验验方法通过控制变变量法进进行试验验，试验验分四组组，分别别对地连连墙上孔孔洞封堵堵材料、地地连墙后后土方塌塌陷封堵堵材料、注注浆方法法和注浆浆材料进进行比选选。在施施工过程程中记录录试验数数据、分分析试验验效果，为为方案比比选提供供可靠依依据。表2 试验验锚

11、杆编编号表试验一组地连墙上孔孔洞封堵堵材料SYMG-1SYMG-2SYMG-3SYMG-4试验二组地连墙后土土方塌陷陷封堵方方法SYMG-5SYMG-6试验三组注浆方法SYMG-7SYMG-8试验四组注浆材料SYMG-9SYMG-103、一级方方案选择择3.1成孔孔机械由于本工程程所研制制锚杆全全长位于于承压水水头以下下，因此此成孔方方法选择择双套管管清水循循环钻进进法。采采用该方方法进行行锚杆成成孔的钻钻机主要要有三种种型号：JDD1800B履带带式多功功能钻机机；JJD1110B全全液压履履带式多多功能钻钻机；ZSYY-700全液压压履带式式多功能能钻机。各各自性能能参数如如下表：表3 钻

12、机机性能参参数表外形尺（LWH）83502200029000（大尺寸）65502200028000（中尺寸）45501800022000（小尺寸）液压系统压压力20Mpaa（满足足）20Mpaa（满足足）15Mpaa（满足足）推进力570000N（满满足）530000N（满满足）490000N（满满足）起拔力850000N（满满足）710000N（满满足）680000N（满满足）最大推进速速度56m/mmin（满满足）38.333m/mmin（满满足）24m/mmin（满满足）最大起拔速速度39.5mm/miin（满满足）28.755m/mmin（满满足）25.055m/mmin（满满足）夹持

13、钻具直直径652225mmm（满足足）602773mmm（满足足）401225mmm（不满满足）夹紧力157kNN（满足足）190kNN（满足足）170kNN（满足足）由于现场施施工场地地狭小，锚锚杆施工工、桩基基施工与与土方开开挖同时时进行，故故应在满满足钻孔孔要求的的前提下下尽量采采用小尺尺寸钻机机，即ZZSY-70全全液压履履带式多多功能钻钻机最佳佳，但由由于该型型号钻机机夹持钻钻具直径径为4001255mm，而而本工程程锚杆设设计直径径为1550mmm，该钻钻机无法法满足要要求，因因此，选选用JDD1100B全液液压履带带式多功功能钻机机作为承承压水下下锚杆施施工机械械。3.2孔口口封

14、堵工工艺3.2.11地连墙墙上孔洞洞封堵地连墙上孔孔洞封堵堵材料备备选方案案共四种种，分别别为油油麻丝；速凝凝堵漏型型“水不不漏”；油麻麻丝+速凝堵堵漏型“水水不漏”；干海海带+速凝堵堵漏型“水水不漏”。2014年年5月10日，QCC小组于于基坑66-6剖剖处进行行锚杆试试验一组组施工，小小组成员员高春、刘刘杨、龚龚应波进进行现场场旁站指指导，李李辉负责责数据记记录。试验方法及及比选依依据详见见下表：表4 试验验方法指指导表试验锚杆编编号地连墙上孔孔洞封堵堵材料操作方法比选依据依据量化SYMG-1油麻丝将油麻丝与与黄油混混合后填填充孔洞洞1、操作难难易度2、2h内内孔口封封堵效果果3、成本1、

15、操作完完成时间间（应小小于455minn）2、2h内内孔口封封堵密实实率（%）3、单孔封封堵成本本（元/孔）SYMG-2速凝堵漏型型“水不不漏”按1：0.2的粉粉水质量量比揉捏捏成团后后填充孔孔洞SYMG-3油麻丝+速速凝堵漏漏型“水水不漏”孔口前1/3段塞塞入干海海带，后后2/33段填充充“水不不漏”SYMG-4干海带+速速凝堵漏漏型“水水不漏”孔口前1/3段塞塞入油麻麻丝，后后2/33段填充充“水不不漏”其中，2hh内能否否1000%封堵堵为比选选重点。现场试验结结果如下下：表5 试验验结果记记录表SYMG-1油麻丝地下水易将将黄油冲冲淡，无无法封堵堵密实，且且污染环环境73%18minn

16、90SYMG-2速凝堵漏型型“水不不漏”孔洞深，深深处位置置无法填填充密实实，有地地下水及及泥沙涌涌出88%30minn100SYMG-3干海带+速速凝堵漏漏型“水水不漏”干海带遇水水膨胀，孔孔洞封堵堵密实，无无涌水、涌砂100%26minn130SYMG-4油麻丝+速速凝堵漏漏型“水水不漏”孔洞封堵较较密实，有有少量地地下水流流出94%26minn130虽然干海带带+速凝堵堵漏型“水水不漏”封封堵成本本最高，单单孔完成成时间相相对较长长，但封封堵效果果最好，2h内孔口封堵密实率为100%，因此选用干海带+速凝堵漏型“水不漏”作为地连墙上孔洞封堵材料。图14 地地连墙钻钻孔图15 孔洞封封堵图

17、16 质质量验收收记录表表图17 干海带带3.2.22地连墙墙后土方方塌陷封封堵锚杆施工过过程中，当当钻机外外管拔出出时，地地连墙内内侧孔口口处会有有少量土土方塌陷陷，为保保证孔口口封堵密密实，需需对塌陷陷处进行行注浆封封堵。比比选方法法有两种种，分别别为：先封口口后注浆浆；先先注浆后后封口。通通过试验验二组进进行比选选，比选选方法如如下：图18 孔孔口塌陷陷示意图图表6 试验验方法指指导表地连墙上孔孔洞封堵堵材料干海带+速速凝堵漏漏型“水水不漏”地连墙后土土方塌陷陷封堵方方式先封口后注注浆先注浆后封封口操作方法先从孔外直直接向孔孔内注浆浆，直至至浆液溢溢出孔口口，然后后采用干干海带+速凝型型

18、“水不不漏”封封口先采用干海海带+速凝型型“水不不漏”封封堵孔口口，过程程中插入入注浆管管，封堵堵密实后后，通过过注浆管管进行孔孔内注浆浆比选依据1、操作难难易度； 2、孔孔口最终终封堵效效果依据量化1、操作完完成时间间（应大大于455minn，且小小于1220miin）；2、孔口口封堵密密实率（%）同样，孔口口能否1100%封堵为为比选重重点。2014年年5月11日，QCC小组于于基坑66-6剖剖处进行行锚杆试试验二组组施工，小小组成员员高春、白白清江、谢谢亨山进进行现场场旁站指指导，邵邵洋负责责数据记记录。现场试验结结果如下下：表7 试验验结果记记录表SYMG-5先注浆后封封口孔口初期无无

19、涌水涌涌砂，后后期有少少量涌水水70%68minnSYMG-6先封口后注注浆孔口无涌水水涌砂100%92minn图19 先先封口后后注浆图图20 先注浆浆后封口口以孔口封堵堵效果为为第一关关注点，其其中，采采用先注注浆后封封口方式式封堵的的孔口初初期无涌涌水涌砂砂，但后后期有少少量涌水水发生，而而采用先先封口后后注浆方方式封堵堵的孔口口封堵效效果较好好，孔口口无涌水水涌砂现现象，孔孔口封堵堵密实率率为1000%，因因此选用用先封口口后注浆浆方式作作为地连连墙后土土方塌陷陷部分封封堵方法法。3.2.33注浆方方法根据文献查查阅结果果，借鉴鉴国家大大剧院水水下锚杆杆施工经经验，水水下锚杆杆注浆通通

20、常分为为两次注注浆，即即”一次注注浆+二次高高压劈裂裂注浆”，由于于本工程程锚杆全全长在承承压水头头以下，无无先例可可供参考考，对承承压水对对锚杆拉拉拔力影影响无法法估计，因因此试验验三组比比选选项项增加“一一次注浆浆+二次微微压注浆浆+三次高高压劈裂裂注浆”。比比选方法法如下：表8 试验验方法指指导表注浆方法一次注浆+二次高高压劈裂裂注浆一次注浆+二次微微压注浆浆+三次高高压劈裂裂注浆操作方法通过一次注注浆管进进行灌浆浆，当水水泥浆液液从孔口口溢出时时停止注注浆，一一次注浆浆完成224小时时后进行行二次劈劈裂注浆浆，以225MPPa压力力能稳压压3分钟为为终止条条件通过一次注注浆管进进行灌浆

21、浆，当水水泥浆液液从孔口口溢出时时停止注注浆，随随后每拔拔出一段段外管，顺顺着一次次注浆管管进行二二次微压压注浆一一次，二二次注浆浆完成224小时时后进行行三次劈劈裂注浆浆，以225MPPa压力力能稳压压3分钟为为终止条条件注浆材料P.O422.5普普通硅酸酸盐水泥泥砂浆比选依据是否满足锚锚杆轴力力设计要要求依据量化试验锚杆平平均轴力力值110800kN2014年年5月12日上上午，QQC小组组于基坑坑6-66剖处进进行锚杆杆试验三三组施工工，小组组成员高高春、白白清江、龚龚应波进进行现场场旁站指指导，李李辉负责责数据记记录。220144年5月20日，QCC小组委委托筑之之杰建筑筑工程检检测有

22、限限责任公公司对试试验锚杆杆进行张张拉检测测。现场试验结结果如下下：表9 试验验结果记记录表SYMG-7一次注浆+二次高高压劈裂裂注浆32minn1080kkN959kNN（不满足）854kNN（不满足）913kNN（不满足）SYMG-8一次注浆+二次微微压注浆浆+三次高高压劈裂裂注浆56minn1193kkN（满足）1193kkN（满足）1326kkN（满足）结果显示，采采用两次次注浆的的水下锚锚杆平均均轴力值值均小于于10880kNN，不满满足设计计要求，而而采用三三次注浆浆的水下下锚杆拉拉拔至111933kN、13226kNN时锚杆杆均未出出现规范范要求终终止加载载的情况况，即锚锚杆平均

23、均轴力值值可达到到11993kNN、13226kNN，大于于10880kNN，满足足设计要要求。因因此选择择一次注注浆+二次微微压注浆浆+三次高高压劈裂裂注浆作作为承压压水下锚锚杆的注注浆方法法。原因分析：承压水水下锚杆杆一次注注浆体被被承压水水挤压，导导致注浆浆体不饱饱满，一一次注浆浆后增加加二次微微压注浆浆可确保保注浆体体饱满，进进而保证证锚杆拉拉拔力满满足基坑坑支护要要求。由此，一级级方案全全部确定定。图22 一级方方案比选选结果4、二级方方案选择择根据其他工工程类似似锚杆施施工经验验，锚杆杆注浆材材料通常常为水泥泥砂浆，且试验三组注浆方法比选中锚杆注浆材料也为水泥砂浆，锚杆平均轴力值大

24、于1080kN，满足设计要求。但由于水泥砂浆需要现场进行水泥与砂石拌制，增加现场施工工序，且砂石中含泥量与含水量难以控制进而影响锚杆质量，因此能否采用水泥净浆作为注浆材料为试验四组比选内容。SYMG-9、SYMMG-110以“一一次注浆浆+二次微微压注浆浆+三次高高压劈裂裂注浆”方方法进行行注浆，注注浆材料料分别为为水泥净净浆与水水泥砂浆浆。QCC小组委委托筑之之杰建筑筑工程检检测有限限责任公公司对试试验锚杆杆进行张张拉检测测，试验验结果如如下：表10 试试验结果果记录表表SYMG-9水泥净浆易无影响无影响1326kkN（满足）1080kkNSYMG-10水泥砂浆现场增加工工序较难保证较难保证

25、1326kkN（满足）结果显示，两两根锚杆杆在张拉拉至13326kkN时，锚锚杆均未未出现规规范要求求终止加加载的情情况，即即锚杆平平均轴力力值均可可达到113266kN，大大于10080kkN，满满足设计计要求。因因此此组组试验比比选结果果为采用用水泥净净浆作为为锚杆注注浆材料料。通过以上四四组试验验、100根试验验锚杆施施工、两两级方案案比选本本工程全全长在承承压水头头以下的的锚杆施施工方案案全部确确定。图23 全全部方案案比选结结果六、制定对对策针对所确定定的方案案制定相相关对策策、目标标与措施施，具体体内容详详见下表表：表11 方方案对策策表JD1100B全液液压履带带式多功功能钻机机

26、采用JD1110BB全液压压履带式式多功能能钻机进进行锚杆杆成孔锚杆一次成成孔率1100%1、预定钻钻机厂家家，提前前进场两两台锚杆杆钻机。高春施工现场2014年年8月13日2、正式锚锚杆施工工前完成成排水系系统搭建建3、锚杆钻钻机跳打打成孔干海带+速速凝堵漏漏型“水水不漏”制定采用干干海带+速凝堵堵漏型“水水不漏”进进行地连连墙上孔孔洞封堵堵施工工工艺锚杆孔口封封堵密实实率1000%1、采用干干海带填填充孔口口里2/3孔深深刘杨施工现场2014年年8月13日2、采用“水水不漏”按按1：0.22粉水质质量比混混合填塞塞剩余11/3孔孔深先封口后注注浆制定采用先先封口后后注浆方方式进行行地连墙墙

27、后土方方塌陷封封堵施工工工艺1、在孔口口封堵同同时插入入一根孔孔口注浆浆管与一一根排水水、排气气管2、一次注注浆完成成5小时后后进行孔孔口封堵堵注浆3、注浆压压力维持持0.550.88MPaa，水泥泥浆水灰灰比为11:0.5一次注浆+二次微微压注浆浆+三次高高压劈裂裂注浆制定采用水水泥净浆浆进行一一次注浆浆+二次微微压注浆浆+三次高高压劈裂裂注浆施施工工艺艺锚杆抗拔承承载力满满足设计计要求，验验收合格格率为1100%1、水泥采采用P.O422,5普普通硅酸酸盐水泥泥，水泥泥浆水灰灰比为11:0.5白清江施工现场2014年年8月20日2、每拔出出一段钻钻机外管管进行二二次微压压注浆一一次，注注浆

28、压力力为0.50.88MPaa，稳压压1miin水泥净浆3、二次注注浆完成成24小时时后进行行三次劈劈裂注浆浆，注浆浆压力为为25MPPa，稳稳压3mmin，水水：水泥泥：压浆浆剂=33:100:14、锚杆验验收试验验培训考核课件培训试卷考核考试通过率率1000%1、形成培培训课件件对组员员进行培培训龚应波项目会议室室2014年年5月20日2、将承压压水下锚锚杆施工工重点及及注意事事项形成成试卷3、考核施施工技术术人员八、效果考考核8.1承压压水下锚锚杆施工工由于全长在在承压水头头以下的的锚杆施工工技术研研制成功功，项目目采用11排承压压水下锚锚杆取代代混凝土土水平内内支撑，110根锚杆顺利施工完成，锚杆轴力值均满足设计要求，验收合格率100%。由于锚杆施施工与土土方开挖挖同时进进行，不不单独占占用关键键线路工工期，因因此节约约原混凝凝土水平平内支撑撑所占关关键线路路工期558天。且且锚杆施施工占用用场地较较小，施施工完成成后不占占用建筑筑红线内内区域，因因此对土土方施工工、主体体结构施施工不造造成降效效问题，达达到节约约工期的的效果。8.2土方方开挖施施工本工程土方方量约为为12110000m3，北京