成孔预应力锚杆施工工法

套管跟进成孔预应力锚杆施工工法前言预应力锚杆施工质量在深基坑支护中起着尤为关键的作用；保证锚杆施工质量是一项相当重要的技术难题。特别在地下水位相当高，地质情况复杂、地质条件相对较差、易流沙和易坍塌地层地质条件下的预应力锚杆施工，采用普通锚杆钻机螺旋钻进直接成孔施工时易造成塌孔，不仅锚杆施工质量得不到保证，同时将引起地面沉降，造成周围建筑物不均匀沉降，不能满足锚杆施工质量和深基坑支护的安全要求。为促进深基坑支护技术的发展，较好地解决复杂地层地质条件下的预应力锚杆施工这一难题，以河南省肿瘤医院门诊楼工程深基坑支护预应力锚杆施工为例形成了套管跟进成孔预应力锚杆施工工法。采用套管跟进成孔钻机，预应力锚杆施工采取全套管跟进成孔施工做法能很好的保证锚杆施工质量和深基坑支护的安全。1工法特点1.0.1锚杆套管跟进成孔施工方法在深基坑支护工程中应用，施工时受地质变化及地质影响较小，操作简便、成孔速度快、工效高、造价合理；在深基坑支护施工中能做到安全、可靠。1.0.2锚杆施工采用套管跟进成孔方法与普通钻机螺旋钻进直接成孔方法相比，在流沙和易坍塌地层地质条件下施工，不会造成塌孔，锚杆施工质量能得到切实保证，一次验收张拉合格率100%，同时能减免锚杆施工引起的地面沉降，确保基坑周围建筑物的安全。2适用范围本工法更适用于地质情况复杂、地质条件相对较差、易流沙和易坍塌地层地质条件下质量要求高的预应力锚杆施工，锚杆成孔采用套管跟进成孔钻机。3工艺原理预应力锚杆套管跟进成孔施工方法是锚杆钻机成孔采用外套管先打进，然后用接有高压水泵的内钻杆将套管内土体通过机器钻进压力和水压力将土体稀释成泥浆并且排出孔外的方法成孔。成孔施工结束后拔出内钻杆，进行第一次常压注浆，第一次常压注浆结束后，在套管内进行钢绞线下放，然后进行一次高压注浆、拔出外套管，最后进行劈裂注浆、锚杆张拉锁定、锚杆试验等工序。拔出外套管后即可进行下一根锚杆施工。4施工工艺流程及操作要点4.1施工工艺流程预应力锚杆套管跟进成孔施工工艺流程见图4.1：施工准备施工准备测量放线、定孔位测量放线、定孔位钻机就位、对孔位、钻机就位、对孔位、找方位、调平钻机不合格合质检检验格质检检验水、水泥材质检验开孔钻进至水、水泥材质检验开孔钻进至设计深度搅拌水泥浆及控制配合比搅拌水泥浆及控制配合比合格一次常压注浆一次常压注浆锚杆材质检验锚杆材质检验制作锚索下锚索制作锚索下锚索质检检验质检检验一次高压注浆一次高压注浆二次劈裂注浆二次劈裂注浆养护至张拉强度养护至张拉强度张拉、锁定张拉、锁定图4.1预应力锚杆套管跟进成孔施工工艺流程图4.2施工操作要点4.2.1施工准备1.土方开挖：锚杆施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方采取分层、分段跳仓开挖。此段锚杆施工时前后预留一段土堆保持基坑边坡稳定，待此段锚杆施工张拉完后再进行前后段土方开挖和锚杆施工。2.平整场地、留置工作面：当土方分层开挖至锚杆孔位下0.5m高程时，平整此段开挖面场地，从而保证钻机正常就位调整角度进行锚杆施工；根据钻机的工作特点，钻机的工作面宽度不小于7m，施工时设置一台钻机施钻操作面。3.接水源、电源、设置沉淀池：钻机施工用水使用自来水，用100mm水管分两个Φ50mir阀门通向基坑；因施工时用水量大，因此，正式钻进前，须于基坑内设置好排水沟，并于基坑中沿基坑方向每约30m设置一个泥浆沉淀池。电缆线路采用“三相五线”接线方式，场内架设在专用电杆上。4.2.2测量放线定孔位、调钻机找方位钻机钻孔开钻前，根据设计要求和土层条件，定出孔位，作出标记。并按预应力锚杆设计角度，用坡度测量仪调整好角度，然后开始钻进。4.2.3钻孔（见图4.2.3-1，图4.2.3-2）以上工作准备完成后即可移动钻机就位进行钻孔作业。锚杆钻机成孔采用外套管先打进，套管跟进成孔钻机通过钻机配置的前回转动力驱动跟进套管，钻机一次驱动的一节套管长度一般为3m，一节套管驱动进入后通过套管上的套丝拧紧连接后连续驱动每节套管进入；然后用接有高压水泵的内钻杆将套管内土体通过机器钻进压力和水压力将土体稀释成泥浆并且排出孔外的方法成孔；成孔至设计扩大头深度时，外套管停止跟进，启动扩孔设置扩孔器自动张开进行扩孔，反复冲击，形成扩大头锚杆，能更有力地保证锚杆的张拉作用。锚杆钻孔时，为保证周边环境及建筑物的安全，钻孔施工采用往返循环跳打的方式，沿孔位方向每隔4个跳打一个，往返循环。锚孔水平定位偏差不宜大于20mm，锚孔水平方向孔距垂直方向允许偏差不宜大于100mm，锚孔偏斜度不应大于5%，钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于0.5m，终孔后清孔要彻底，并立即插入注浆管距孔底100-200mm开始灌浆。图4.2.3-1钻孔施工图4.2.3-2钻孔施工4.2.4锚杆制作与下放（见图4.2.4-1，图4.2.4-2）锚杆采用7束Φ5钢绞线制作，先用切割机将钢绞线原材切割成等长度(长度为设计长度加1.5m)，每根钢铰线误差小于50mm，在平坦无泥的加工场地加工。锚固段沿钢绞线长度方向每隔2.0m设置安装—个五角星塑料定位架线环，用火烧丝绑扎牢固。每束钢绞线自由段用PVC管套住，PVC管接头和两端用透明胶布缠紧裹严密，从而保证自由段不沾接水泥浆液和充分自由要求。二次注浆管从定位器中间穿入并沿钢绞线通常布置固定。锚杆加工检验合格完后，方可下放。杆体放人孔内后，外露张拉长度不小于1.0m(以桩外边为准)以便千斤顶的安装和试验张拉。图4.2.4-1锚杆下放图4.2.4-2锚杆下放4.2.5注浆

为了提高锚杆受力，一次注浆与二次注浆都使用纯水泥浆，水灰比为0.5(一次注浆水灰比宜为0.45-0.50的水泥砂浆，二次注浆水灰比宜为0.45-0.55的水泥砂浆，)，搅浆用水为自来水，水泥为425#普通硅酸盐水泥。

1.一次注浆

一次注浆分为—次常压注浆和一次高压注浆两次进行。

一次常压注浆（见图4.2.5-1）：每个孔成孔施工结束后拔出内钻杆，用高压水冲洗钻孔，即可进行锚杆一次注浆。将Ø25的塑料注浆管插入距孔底100-200mm进行第一次注浆。由于注人的水泥浆较孔内残留的泥浆、清水比重大，故能依次将泥浆、清水置换出来，由孔底开始注浆，当孔口冒出的水泥浆与新浆相同时，再继续注浆2分钟即可。图4.2.5-1一次常压注浆一次高压注浆：第一次常压注浆结束后，按设计要求沿套管把钢绞线放入孔内，然后拨出一节套管，在管内注满水泥浆，并在管口加盖高压注浆帽，继续注浆。管内水泥浆在高压作用下，向锚固段土壤扩散，渗透压缩周边土体，稳定2分钟后卸管，再拨出一节套管，并继续上述过程，直至拨管至自由段时停止注浆，继续拔管至完成。拔管后应注意检查锚杆杆体是否正确。2.二次劈裂注浆

二次注浆为劈裂注浆，注浆压力宜控制在2.5～5.0MPa，注浆时间根据注浆工艺试验确定，当一次注浆锚固体强度达到5Mpa后进行。其目的是再次向锚固区段注浆，使第一次注浆体被劈裂，浆液在高压下被压人孔内壁的土体中，使锚杆能牢固地锚在岩土中。压浆管为胶管，在制作钢绞线就绑扎在钢绞线中的定位架线环中。施工中为了使二次注浆达到设计的效果，在—次注浆中必须将锚固段完全注满浆。4.2.6张拉锁定

锚杆固体的强度大于20Mpa，达到设计强度80％时，可进行锚杆张拉锁定。注浆体强度检验用试块的数量每30根锚杆不应少于一组，每组试块不少于6个，一般锚杆张拉的时间定为二次注浆后7天进行张拉。锚杆张拉顺序应避免相近锚杆相互影响，采用往返循环张拉的方式，每隔3根锚杆张拉一根。张拉时的荷载应根据不同的千斤顶进行计算，张拉分预张拉和锁定张拉两种，预张拉力应分级施加。张拉采用油压式张拉机和千斤顶进行整体张拉；张拉前先将10mm厚钢垫板放好并与腰梁槽钢简单焊接保证张拉过程中钢垫板不移位。锚杆宜张拉至设计荷载的1.05-1.1倍后，待额定压力稳定后按设计要求锁定。4.2.7锚杆基本试验及抗拔力试验

对锚杆支撑进行基本试验和抗拔力试验，以确定锚杆的极限承载力，掌握锚杆体在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破坏的安全程度，揭示锚杆注浆完成后，锚杆抗拔力达到满足设计要求的时限。制作好用于基本试验(3条)和抗拨力试验的锚杆，并满足试验的现场要求；注浆满3天、7天、和14天时，分别进行一根锚杆的基本试验；锚杆基本试验采用循环加荷，记录各级荷载下的锚杆位移等情况。锚杆抗拔力试验加到最大试验荷载，观测15min测读3次锚杆位移，然后卸荷至锚杆设计荷载进行锁定。4.2.8工程监测为确保基坑及周围现有建筑物的安全，须加强对基坑边坡和周围现有建筑物的位移与沉降监测，同时，为掌握锚杆在实际工作中的受力状态，并检验锚杆的施工质量，在锚杆端部设置锚杆测力计，来掌握锚杆的受力性能和蠕变量，进行信息化施工。5材料与设备5.1主要材料见表5.1（以30m长锚杆，自由段长8.0m，锚杆选用5束7φ5预应力钢绞线来计量）表5.1主要材料表序号名称规格型号单位数量备注1水泥PO42.5吨1.8制作水泥浆2钢绞线7φ5m158制作锚杆3注浆管φ25m100与注浆泵配带4PVC管φ15m40用于自由段制作5五角星塑料定位卡卡个12使钢绞线分开固定6PVC二次注浆管管φ20m31用于二次注浆5.2采用的机具设备见表5.2选用的HD系列套管跟进成孔钻机与普通的锚杆螺旋钻机成孔方法相比主要是有套管跟进保证成孔质量，不会造成塌孔。表5.2机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1HD系列钻机HD-70台2锚杆钻孔2注浆泵JZB-2台2锚杆注浆3张拉机油压式台2锚杆张拉4千斤顶YDC1000kkN台2锚杆张拉6质量控制6.1工程质量控制标准6.1.1锚杆套管施工质量允许偏差按表6.1.1执行表6.1.1锚杆套管施工允许偏差项次检查项目允许偏差或允许值值检查方法1锚杆长度+30mm用钢尺量2锚杆锁定力设计要求现场实测3锚孔套管位置水平方向20mm用钢尺量垂直方向100mm用钢尺量4锚孔套管偏斜度5%测成孔倾角5锚孔套管深度大于锚杆设计长度度0.5m通过钻杆计算6浆体强度大于设计要求试样送检7注浆量大于理论计算注浆浆量检查计量数据6.2质量保证措施6.2.1建立一套完整的质量保证体系，健全质量管理网络，严格质量管理“三检制”，层层把关，责任到人，使得各个环节有机结合，高效运作。6.2.2锚孔钻孔施工前准确测量定位，作出标记，并用坡度测量仪按锚杆设计角度调整好钻机钻孔角度。钻孔施工采用往返循环跳打的方式，钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于0.5m，锚孔水平定位偏差不宜大于20mm，锚孔水平方向孔距垂直方向允许偏差不宜大于100mm，锚孔偏斜度不应大于5%。6.2.3严格按相关规范和设计计算要求控制水泥浆配合比、注浆量和注浆压力，作好计量和相关记录工作。6.2.4锚杆张拉采用往返循环张拉的方式进行，避免张拉时相近锚杆相互影响，预张拉应力分级施加，严格按设计荷载要求进行张拉锁定。7安全措施7.0.1建立完善的施工安全保证体系，认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。7.0.2施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规范规定执行。7.0.4电缆线路采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。7.0.6施工现场按符合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。8环保措施8.0.1将施工场地和作业区进行合理布置，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。8.0.2设立专用排浆沟、集浆坑、沉淀池，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工泥浆乱流。8.0.3定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。9效益分析9.0.1锚杆施工采用套管跟进成孔方法与普通钻机螺旋钻进直接成孔方法相比，能较好地解决在流沙和易坍塌地层地质条件下锚杆施工的技术难题，成孔速度快，一般成孔时间为2h(钻孔30m深)，大大降低了施工难度；不会造成塌孔，锚杆施工一次验收张拉合格率能达到100%，保证锚杆施工质量；同时不会因锚杆施工质量不合格造成返工，确保工程工期按计划进行；同时还能减免锚杆施工塌孔引起的地面沉降，确保基坑周围建筑物的安全。使深基坑施工全过程处于安全、稳定、优质的可控状态。新颖的工法技术将促进深基坑支护技术的发展，产生良好的社会效益和经济效益。10应用实例10.1工程概况河南省肿瘤医院门诊医技楼工程位于河南省肿瘤医院院内，由六层的主楼、二层的地下室组成。基坑开挖深度分别为11.75m、9.75m，基坑周长约400m，基坑面积约1万m2，拟建场地地质共分8个层，均为第四系全新冲积粉土，粉质粘土；地下水位埋深较浅，约地下1m，水量较大；基坑周围现有建筑物较多，距开挖基坑很近，北侧为两层放疗楼和核医学科，距基坑边13.0m，南侧为五层的医院办公楼，距基坑边9.2m，东侧为六层的住院部及病房楼，距基坑边5.0m，西侧为两层的门诊中心和商铺，距基坑边5.0m。本