基坑锚杆支护技术方案

-21-锚杆施工技术一、工程概况北京市CBD核核心区Z144地块商业金金融项目位于于北京市朝阳阳区，建筑面面积3160000㎡，地地上45层，地下下6层，建筑高高度238mm。该工程基基坑占地面积积约164000㎡，开挖挖深度32..5m，基坑坑支护体系原原设计为“地下连续墙墙+预应力锚杆杆+混凝土水平平内支撑”。地连墙锚杆混凝土水平撑地连墙锚杆混凝土水平撑图1基坑支护护体系效果图图图2基坑支护护体系剖面图图三、选择课题((小组针对现现有的技术、工工艺、技能、方方法等无法实实现或满足工工作任务的实实际需求，运运用新思维选选择的创新课课题)根据总承包工程程合同文件，本本工程开工日日期为20114年4月8日，地下室室主体结构封封顶日期为22015年6月30日，节点点工期为4448天。如按按基坑支护体体系原设计施施工，当桩基基施工60%%时插入混凝凝土内支撑施施工，完成后后进行土方开开挖施工，并并在土方开挖挖25%时插入入地下室主体体结构施工。由由于混凝土内内支撑的存在在对土方开挖挖与地下室主主体结构施工工造成一定降降效，因此预预计施工工期期为510天，节节点工期目标标无法实现。图3基坑支护护原设计工期期进度图通常情况下，深深基坑的支护护体系多为地地下连续墙（咬咬合桩）+预应力锚杆杆，如基坑底底标高位于承承压水头以下下，在承压水水的作用下锚锚杆无法施工工，则需加设设混凝土水平平内支撑。本本工程底板标标高为-322.50m，第第二层承压水水含水层标高高为-27..61m，-27.661m～-32.550m之间无无法施工锚杆杆，故原基坑坑支护体系设设计在地下连连续墙+预应力锚杆杆的基础上于于-28.550m标高处处增加一道混混凝土水平内内支撑。QC小组通过讨讨论提出构想想：能否通过过创新施工工工艺克服承压压水对锚杆施施工的影响，从从而采用承压压水下锚杆取取代混凝土水水平内支撑，进进而节约工期期？为此，QC小组通过过国家科技图图书文献中心心、国家科技技成果网、维维普资讯、万万方数据、中中国学术期刊刊网、中国知知网进行相关关文献检索，检检索词为：承承压水下、锚锚杆、施工，并并检索出四篇篇类似文献，分分别为《国家家大剧院工程程高承压水巨巨厚卵石层中中锚杆施工》（施施工技术，22004,333（1））；《锚杆杆在砂土地层层或承压水地地层中注浆施施工的研究》（施施工技术，22009年S1期）；《工工后锚杆施工工技术在承压压水沙层中的的应用》（城城市建筑。22013，（20））；《锚锚杆支护及在在高承压水土土层基坑中的的应用》（地地质科技情报报，20055,24（zl））。其中已完工程国国家大剧院对对本次QC活动参考考意义较大。QC小组通过进一步查阅国家大剧院基坑工程资料并咨询国家大剧院项目施工技术人员得知，国家大剧院基础埋深大部分面积为-28.5m，局部台仓埋深-32.5m，基坑支护形式为“地下连续墙+锚杆”。图4国家大剧剧院效果图图图5国家大剧剧院基坑支护护剖面图国家大剧院工程程地下承压水水头标高为--16.922m，第三排排锚杆锚头标标高为-144.50m，锚锚杆部分位于承压压水头以下，而而本工程锚杆杆全长位于承压压水头以下，国国内目前尚无无施工先例。图6地下承压压水与锚杆位位置关系图因此，QC小组组确定课题：：研制一种全全长在承压水水头以下的锚锚杆施工技术术。四、制定目标小小组围绕课题题目的设定目目标，目标设设定应满足以以下要求：与与课题所达到到的目的保持持一致；将课课题的目的转转化为可测量量的课题目标标；目标设定定不宜多）1、活动目标如按基坑支护原原设计进行施施工，预计地地下室结构封封顶时间为22015年8月31日，而根根据总承包工工程合同要求求，地下室结结构封顶时间间为20155年6月30日，因此此需通过改善善基坑支护方方式节约工期期62天方可满满足合同节点点要求，即此此次活动目标标为节约工期期62天。2、目标可行性性分析（小组组应对设定的的课题目标，进进行目标可行行性分析；将将借鉴的相关关数据与设定定目标值进行行对比和分析析；分析小组组拥有的资源源，具备的能能力与课题的的难易程度；；依据事实和和数据，进行行定量分析与与判断）国家大剧院类似似锚杆长度为为16m，每台台钻机每天可可施工3根锚杆。本本工程锚杆长长度为23mm，锚杆全长长位于承压水水头以下，施施工工艺较国国家大剧院工工程锚杆更为为复杂，预计计每台钻机每每天可施工22根锚杆。根根据规范要求求，同时施工工的两台钻机机间距不应小小于20m，本工工程锚杆施工工区域长约550m，最多多可两台钻机机同时施工。若采用锚杆取代代混凝土水平平内支撑，根根据锚杆设计计规范要求及及现场实际情情况，共需施施工锚杆1110根。两台台钻机同时施施工，28天可完成成施工任务。根据国家大剧院院类似锚杆施施工经验，锚锚杆施工可与与其余土方开开挖同时进行行，不占用总总工时，且锚锚杆施工占用用场地较小，对对土方施工及及后期结构施施工不产生降降效问题。因因此，经计算算，采用水下下锚杆取代混混凝土水平内内支撑理论最最多可节约工工期81天（510dd-429dd=81d），进进而实现制定定目标。图7原设计所所需工期图8改善基坑坑支护方式后后所需工期五、提出并确定定方案（小组组针对课题目目标，提出方方案应：提出出可能达到预预定目标的各各种方案并对对所有方案进进行整理；方方案包括总体体方案与分级级方案，总体体方案应具有有创新性和相相对独立性，分分级方案应具具有可比性，以以供比较和选选择）1、研制难点全长在承压水头头以下的锚杆杆研制难点有有二：一、如何保证锚锚杆孔口封堵堵密实，确保保无涌水涌砂砂现象；二：如何保证锚锚杆拉拔力在在承压水头以以下满足设计计要求。图9研制难点点为此，QC小组组制定以下研研制框架，并并通过试验比比选确定最终终研制方案。图10方案研制制框架（确定最佳方案案小组对所有有整理后的方方案进行比较较和评价，确确定最佳方案案：方案分解解应逐层展开开到可以实施施的具体方案案；方案评价价应用事实和和数据对经过过整理的方案案进行逐一分分析和论证；；方案确定方方式包括现场场测量、实验验和调查分析析。）2、通过锚杆试试验进行方案案比选2.1试验准备备（1）编制《承承压水下锚杆杆施工试验方方案》并进行行专家论证；；（2）在施工现现场6-6剖处进进行局部土方方开挖作为试试验区域；图12试验区区域示意图（3）试验锚杆杆施工前搭建建排水系统。图13搭建排排水系统2.2试验方法法通过控制变量法法进行试验，试试验分四组，分分别对地连墙墙上孔洞封堵堵材料、地连连墙后土方塌塌陷封堵材料料、注浆方法法和注浆材料料进行比选。在在施工过程中中记录试验数数据、分析试试验效果，为为方案比选提提供可靠依据据。表2试验锚杆杆编号表试验一组地连墙上孔洞封封堵材料SYMG-1SYMG-2SYMG-3SYMG-4试验二组地连墙后土方塌塌陷封堵方法法SYMG-5SYMG-6试验三组注浆方法SYMG-7SYMG-8试验四组注浆材料SYMG-9SYMG-1003、一级方案选选择3.1成孔机械械由于本工程所研研制锚杆全长长位于承压水水头以下，因因此成孔方法法选择双套管管清水循环钻钻进法。采用用该方法进行行锚杆成孔的的钻机主要有有三种型号：：①JD1800B履带式多多功能钻机；；②JD1100B全液压履履带式多功能能钻机；③ZSY-770全液压履履带式多功能能钻机。各自自性能参数如如下表：表3钻机性能能参数表外形尺（L×W×H）8350×22200×2900（大尺寸）6550×22200×2800（中尺寸）4550×18800×2200（小尺寸）液压系统压力20Mpa（满满足）20Mpa（满满足）15Mpa（满满足）推进力57000N（满足）53000N（满足）49000N（满足）起拔力85000N（满足）71000N（满足）68000N（满足）最大推进速度56m/minn（满足）38.33m//min（满足）24m/minn（满足）最大起拔速度39.5m/mmin（满足）28.75m//min（满足）25.05m//min（满足）夹持钻具直径65~225mmm（满足）60~273mmm（满足）40~125mmm（不满足）夹紧力157kN（满满足）190kN（满满足）170kN（满满足）由于现场施工场场地狭小，锚锚杆施工、桩桩基施工与土土方开挖同时时进行，故应应在满足钻孔孔要求的前提提下尽量采用用小尺寸钻机机，即ZSYY-70全液液压履带式多多功能钻机最最佳，但由于于该型号钻机机夹持钻具直直径为40～125mmm，而本工程程锚杆设计直直径为1500mm，该钻钻机无法满足足要求，因此此，选用JDD110B全全液压履带式式多功能钻机机作为承压水水下锚杆施工工机械。3.2孔口封堵堵工艺3.2.1地连连墙上孔洞封封堵地连墙上孔洞封封堵材料备选选方案共四种种，分别为①①油麻丝；②速凝堵漏型型“水不漏”；③油麻丝+速凝堵漏型型“水不漏”；④干海带+速凝堵漏型型“水不漏”。2014年5月月10日，QC小组于基基坑6-6剖处进进行锚杆试验验一组施工，小小组成员高春春、刘杨、龚龚应波进行现现场旁站指导导，李辉负责责数据记录。试验方法及比选选依据详见下下表：表4试验方法法指导表试验锚杆编号地连墙上孔洞封封堵材料操作方法比选依据依据量化SYMG-1油麻丝将油麻丝与黄油油混合后填充充孔洞1、操作难易度度2、2h内孔口口封堵效果3、成本1、操作完成时时间（应小于于45min）2、2h内孔口口封堵密实率率（%）3、单孔封堵成成本（元/孔）SYMG-2速凝堵漏型“水水不漏”按1：0.2的的粉水质量比比揉捏成团后后填充孔洞SYMG-3油麻丝+速凝堵堵漏型“水不漏”孔口前1/3段段塞入干海带带，后2/3段填充“水不漏”SYMG-4干海带+速凝堵堵漏型“水不漏”孔口前1/3段段塞入油麻丝丝，后2/3段填充“水不漏”其中，2h内能能否100%%封堵为比选选重点。现场试验结果如如下：表5试验结果果记录表SYMG-1油麻丝地下水易将黄油油冲淡，无法法封堵密实，且且污染环境73%18min90SYMG-2速凝堵漏型“水水不漏”孔洞深，深处位位置无法填充充密实，有地地下水及泥沙沙涌出88%30min100SYMG-3干海带+速凝堵堵漏型“水不漏”干海带遇水膨胀胀，孔洞封堵堵密实，无涌涌水、涌砂100%26min130SYMG-4油麻丝+速凝堵堵漏型“水不漏”孔洞封堵较密实实，有少量地地下水流出94%26min130虽然干海带+速速凝堵漏型“水不漏”封堵成本最最高，单孔完完成时间相对对较长，但封封堵效果最好好，2h内孔口封封堵密实率为为100%，因因此选用干海海带+速凝堵漏型型“水不漏”作为地连墙墙上孔洞封堵堵材料。图14地连墙墙钻孔图155孔洞封堵堵图16质量验验收记录表图图17干海带带3.2.2地连连墙后土方塌塌陷封堵锚杆施工过程中中，当钻机外外管拔出时，地地连墙内侧孔孔口处会有少少量土方塌陷陷，为保证孔孔口封堵密实实，需对塌陷陷处进行注浆浆封堵。比选选方法有两种种，分别为：：①先封口后注注浆；②先注浆后封封口。通过试试验二组进行行比选，比选选方法如下：：图18孔口塌塌陷示意图表6试验方法法指导表地连墙上孔洞封封堵材料干海带+速凝堵堵漏型“水不漏”地连墙后土方塌塌陷封堵方式式先封口后注浆先注浆后封口操作方法先从孔外直接向向孔内注浆，直直至浆液溢出出孔口，然后后采用干海带带+速凝型“水不漏”封口先采用干海带++速凝型“水不漏”封堵孔口，过过程中插入注注浆管，封堵堵密实后，通通过注浆管进进行孔内注浆浆比选依据1、操作难易度度；2、孔口最终封封堵效果依据量化1、操作完成时时间（应大于于45min，且小于120minn）；2、孔口封堵密密实率（%）同样，孔口能否否100%封堵堵为比选重点点。2014年5月月11日，QC小组于基基坑6-6剖处进进行锚杆试验验二组施工，小小组成员高春春、白清江、谢谢亨山进行现现场旁站指导导，邵洋负责责数据记录。现场试验结果如如下：表7试验结果果记录表SYMG-5先注浆后封口孔口初期无涌水水涌砂，后期期有少量涌水水70%68minSYMG-6先封口后注浆孔口无涌水涌砂砂100%92min图19先封口口后注浆图220先注浆浆后封口以孔口封堵效果果为第一关注注点，其中，采采用先注浆后后封口方式封封堵的孔口初初期无涌水涌涌砂，但后期期有少量涌水水发生，而采采用先封口后后注浆方式封封堵的孔口封封堵效果较好好，孔口无涌涌水涌砂现象象，孔口封堵堵密实率为1100%，因因此选用先封封口后注浆方方式作为地连连墙后土方塌塌陷部分封堵堵方法。3.2.3注浆浆方法根据文献查阅结结果，借鉴国国家大剧院水水下锚杆施工工经验，水下下锚杆注浆通通常分为两次次注浆，即”一次注浆+二次高压劈劈裂注浆”，由于本工工程锚杆全长长在承压水头头以下，无先先例可供参考考，对承压水水对锚杆拉拔拔力影响无法法估计，因此此试验三组比比选选项增加加“一次注浆+二次微压注注浆+三次高压劈劈裂注浆”。比选方法法如下：表8试验方法法指导表注浆方法一次注浆+二次次高压劈裂注注浆一次注浆+二次次微压注浆+三次高压劈裂裂注浆操作方法通过一次注浆管管进行灌浆，当当水泥浆液从从孔口溢出时时停止注浆，一次注浆完成24小时后进行二次劈裂注浆，以2～5MPa压力能稳压3分钟为终止条件通过一次注浆管管进行灌浆，当当水泥浆液从从孔口溢出时时停止注浆，随后每拔出一段外管，顺着一次注浆管进行二次微压注浆一次，二次注浆完成24小时后进行三次劈裂注浆，以2～5MPa压力能稳压3分钟为终止条件注浆材料P.O42.55普通硅酸盐盐水泥砂浆比选依据是否满足锚杆轴轴力设计要求求依据量化试验锚杆平均轴轴力值＞1080kNN2014年5月月12日上午，QCC小组于基坑坑6-6剖处进进行锚杆试验验三组施工，小小组成员高春春、白清江、龚龚应波进行现现场旁站指导导，李辉负责责数据记录。2014年5月20日，QC小组委托筑之杰建筑工程检测有限责任公司对试验锚杆进行张拉检测。现场试验结果如如下：表9试验结果果记录表SYMG-7一次注浆+二次次高压劈裂注注浆32min1080kN959kN（不满足）854kN（不满足）913kN（不满足）SYMG-8一次注浆+二次次微压注浆+三次高压劈裂裂注浆56min1193kN（满足）1193kN（满足）1326kN（满足）结果显示，采用用两次注浆的的水下锚杆平平均轴力值均均小于10880kN，不不满足设计要要求，而采用用三次注浆的的水下锚杆拉拉拔至11993kN、1326kkN时锚杆均均未出现规范范要求终止加加载的情况，即即锚杆平均轴轴力值可达到到1193kkN、1326kkN，大于10880kN，满满足设计要求求。因此选择择一次注浆++二次微压注注浆+三次高压劈劈裂注浆作为为承压水下锚锚杆的注浆方方法。原因分析：承压压水下锚杆一一次注浆体被被承压水挤压压，导致注浆浆体不饱满，一一次注浆后增增加二次微压压注浆可确保保注浆体饱满满，进而保证证锚杆拉拔力力满足基坑支支护要求。由此，一级方案案全部确定。图22一级级方案比选结结果4、二级方案选选择根据其他工程类类似锚杆施工工经验，锚杆杆注浆材料通通常为水泥砂砂浆，且试验验三组注浆方方法比选中锚锚杆注浆材料料也为水泥砂砂浆，锚杆平平均轴力值大大于10800kN，满足足设计要求。但但由于水泥砂砂浆需要现场场进行水泥与与砂石拌制，增增加现场施工工工序，且砂砂石中含泥量量与含水量难难以控制进而而影响锚杆质质量，因此能能否采用水泥泥净浆作为注注浆材料为试试验四组比选选内容。SYMG-9、SYMG--10以“一次注浆+二次微压注注浆+三次高压劈劈裂注浆”方法进行注注浆，注浆材材料分别为水水泥净浆与水水泥砂浆。QQC小组委托托筑之杰建筑筑工程检测有有限责任公司司对试验锚杆杆进行张拉检检测，试验结结果如下：表10试验结结果记录表SYMG-9水泥净浆易无影响无影响1326kN（满足）1080kNSYMG-100水泥砂浆现场增加工序较难保证较难保证1326kN（满足）结果显示，两根根锚杆在张拉拉至13266kN时，锚锚杆均未出现现规范要求终终止加载的情情况，即锚杆杆平均轴力值值均可达到11326kNN，大于10880kN，满满足设计要求求。因此此组组试验比选结结果为采用水水泥净浆作为为锚杆注浆材材料。通过以上四组试试验、10根试验锚锚杆施工、两两级方案比选选本工程全长长在承压水头头以下的锚杆杆施工方案全全部确定。图23全部方方案比选结果果六、制定对策针对所确定的方方案制定相关关对策、目标标与措施，具具体内容详见见下表：表11方案对对策表JD110B全全液压履带式式多功能钻机机采用JD1100B全液压履带式式多功能钻机机进行锚杆成成孔锚杆一次成孔率率100%1、预定钻机厂厂家，提前进进场两台锚杆杆钻机。高春施工现场2014年8月月13日2、正式锚杆施施工前完成排排水系统搭建建3、锚杆钻机跳跳打成孔干海带+速凝堵堵漏型“水不漏”制定采用干海带带+速凝堵漏型“水不漏”进行地连墙墙上孔洞封堵堵施工工艺锚杆孔口封堵密密实率100%1、采用干海带带填充孔口里里2/3孔深刘杨施工现场2014年8月月13日2、采用“水不不漏”按1：0.2粉水质量比混混合填塞剩余余1/3孔深先封口后注浆制定采用先封口口后注浆方式式进行地连墙墙后土方塌陷陷封堵施工工工艺1、在孔口封堵堵同时插入一一根孔口注浆浆管与一根排排水、排气管管2、一次注浆完完成5小时后进行孔孔口封堵注浆浆3、注浆压力维维持0.5～0.8MPaa，水泥浆水灰灰比为1:00.5一次注浆+二次次微压注浆+三次高压劈裂裂注浆制定采用水泥净净浆进行一次次注浆+二次微压注浆浆+三次高压劈裂裂注浆施工工工艺锚杆抗拔承载力力满足设计要要求，验收合合格率为100%1、水泥采用PP.O42,,5普通硅酸酸盐水泥，水水泥浆水灰比比为1:0..5白清江施工现场2014年8月月20日2、每拔出一段段钻机外管进进行二次微压压注浆一次，注注浆压力为0.5～0.8MPaa，稳压1min水泥净浆3、二次注浆完完成24小时后进行三三次劈裂注浆浆，注浆压力力为2～5MPa，稳压3min，水：水泥：：压浆剂=33:10:114、锚杆验收试试验培训考核课件培训试卷考核考试通过率1000%1、形成培训课课件对组员进进行培训龚应波项目会议室2014年5月月20日2、将承压水下下锚杆施工重重点及注意事事项形成试卷卷3、考核施工技技术人员八、效果考核8.1承压水下下锚杆施工由于全长在承压压水头以下的的锚杆施工技技术研制成功功，项目采用用1排承压水下下锚杆取代混混凝土水平内内支撑，1110根锚杆顺顺利施工完成成，锚杆轴力力值均满足设设计要求，验验收合格率1100%。由于锚杆施工与与土方开挖同同时进行，不不单独占用关关键线路工期期，因此节约约原混凝土水水平内支撑所所占关键线路路工期58天。且锚锚杆施工占用用场地较小，施施工完成后不不占用建筑红红线内区域，因因此对土方施施工、主体结结构施工不造造成降效问题题，达到节约约工期的效果果。8.2土方开挖挖施工本工程土方量约约为1210000m3，北京白天天禁止出土，