高压旋喷锚索与常规锚索工程应用中的对比研究_陈栩.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年3月第30卷 第3期MAR 2023Vol.30 No.3DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.03.023作者简介：陈栩（1997-），男，大学本科，助理工程师，主要从事建筑施工工作。E-mail：0引言桩锚支护作为一种较成熟的支护技术，已广泛应用于深基坑支护中1。随着工程技术的发展，锚索技术也不断发展，近年出现的高压旋喷锚索相比常规锚索有着显著优势。不少研究者针对两者在力学性能上的差异进行了大量研究2-4，但针对施工过程中的差异研究相对较少，本文基于广州地区某深基坑项目，对施打的1 023根锚索进行了统计分析，阐述了高压旋喷锚索与常规锚索在施工工艺上的差异，对比分析了二者在施工工效、施工质量、基坑变形控制、经济价值上的优劣。1工程概况1.1基坑设计概况拟建工程支护面积约4.4万m2，基坑支护总周长840 m，基坑开挖深度为14.8 m。基坑东侧、北侧安全等级为一级，西侧、南侧安全等级为二级，基坑支护形式为止水帷幕+灌注桩+锚索。基坑东侧为某软件科学园，其承台距离东侧基坑边仅14 m，因可锚固长度过短，常规锚索无法获得足够的抗拔承载力，故采用高压旋喷锚索。基坑东面锚索设置4道高压旋喷锚索，其余三面设置3道常规锚索。锚索总数为1 023根，其中常规锚索共654根，高压旋喷锚索共369根。1.2工程地质条件根据钻孔揭露，该区地层按地质成因依次分为：第四系填土层（Q4ml）、冲洪积土层（Qal+pl）、残积层（Qel）和基岩（花岗岩）风化岩带（）。各土、岩层由上而下进行描述如表1所示。2施工工艺对比根据现行的相关规范标准5-7以及现场试验情况，最终确定的施工工艺及参数如下：2.1常规锚索施工工艺常规锚索施工工艺流程如图1所示。钻孔：本工程常规锚索孔径为 180 mm，采用全套管跟进保护孔壁方式施工；钻头安装在套管底端，由钻机立轴带动套管运转切削钻进，被切削的渣高压旋喷锚索与常规锚索工程应用中的对比研究陈栩1，王高生2，刘颖1，廖振东2（1、中国建筑第四工程局有限公司广州510665；2、中建四局华南建设有限公司广州510663）摘要：为了研究高压旋喷锚索与常规锚索在工程应用中的优劣，结合实际工程，对某深基坑项目施打的1 023根锚索进行了统计分析，从多方面对高压旋喷锚索与常规锚索进行了比较，结果显示相比常规锚索，高压旋喷锚索在施工工效方面提升了88%，在造价方面减少了45%，在施工质量方面也有优势，可为类似的工程项目提供借鉴案例。关键词：高压旋喷锚索；常规锚索；深基坑支护；施工工艺中图分类号：TU745.3文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）03-101-03Comparative Study on Engineering Application of High-pressure Jet-grouting Anchor CableComparative Study on Engineering Application of High-pressure Jet-grouting Anchor Cableand Conventional Anchor Cableand Conventional Anchor CableCHEN Xu1，WANG Gaosheng2，LIU Ying1，LIAO Zhendong2（1、China Construction Fourth Engineering Division Corp.Ltd.Guangzhou 510665，China；2、China Construction Fourth Division South China Construction Co.，Ltd.Guangzhou 510663，China）AbstractAbstract：In order to study the difference between high-pressure jet-grouting anchor cable and conventional anchor cable in engineeringapplication，a statistical analysis of 1 023 anchor cables laid in a deep foundation pit project is made，and a comparison between high-pressure jet-grouting anchor cable and conventional anchor cable is made from many aspects.The results show that compared with the conventional anchor cable，the construction efficiency of the high-pressure jet-grouting anchor cable is increased by 88%，the cost is reduced by 45%，and the construction quality is also superior，which provides a reference for similar projects.Key wordsKey words：high-pressure jet-grouting anchor cable；common anchor；deep foundation pit supporting；construction flow图1常规锚索施工流程Fig.1Common Anchor Cable Construction Flow Chart钻机就位钻孔清孔插入锚索第一次注浆锚索制作浆液制作冠（腰）梁施工第二次注浆张拉锁定锚头安装101陈栩，等：高压旋喷锚索与常规锚索工程应用中的对比研究MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期土通过循环水排出孔外而成孔。在自由段成孔时，约为220转/min，钻进锚固段时速度减为自由段速度的一半，下钻速度为300400 mm/min。清孔及锚索安装：钻机成孔后用水泥浆清孔，清孔完毕后安装锚索，锚索锚固段沿杆体轴线方向每隔1.5 m设置一个架线环，注浆管与杆体绑扎牢固，锚索自由段用塑料管包裹，与锚固段相交处的塑料管管口用防水胶布封住。注浆：注浆材料采用纯水泥浆，第一次注浆水灰比选用0.5，注浆压力为0.6 MPa，第二次注浆水灰比选用1.0，注浆压力为2.5 MPa，两次注浆时间间隔8 h。2.2高压旋喷锚索施工工艺高压旋喷锚索施工流程如图2所示。锚索制作安装：钢绞线严格按设计尺寸下料，每股长度误差不大于50 mm。钢绞线按一定规律平直排列。锚索锚固段端头设置六孔钢板及挤压套固定。钢绞线端头采用钢板锚盘，锚头用冷挤压法与锚盘进行固定。锚索自由段用波纹管包裹，与锚固段相交处的波纹管管口用防水胶布封住。组装好的锚索在钻孔时随钻杆一同进入孔内。钻孔：本工程高压旋喷锚索锚固段直径为500 mm，高压旋转钻头（喷头）的高压水泥浆在高压泵的压力作用下，从底部钻头和侧翼喷嘴向外喷射，喷射过程中同步对周侧的土体或砂层进行切割，高压旋转钻头和侧翼喷嘴在动力推动下逐渐向前推进，直至达到设计深度和直径。注浆：注浆水灰比为0.7，注浆压力2025 MPa，需要扩大头时，可将扩大端压力增至2535 MPa。注浆时钻头转速为20 r/min，注浆旋转提升速度不大于30 cm/min。2.3工艺对比分析从以上施工工艺可以看出，相比常规锚索，高压旋喷锚索在注浆之前少了清孔、插入锚索两个步骤。得益于高压旋喷锚索特殊的成孔方式通过高压喷浆成孔，省去了清孔这一步骤，避免了塌孔影响锚索质量。另外通过机械带入锚索，省去了人工放置锚索的步骤，减少了人工的消耗和施工时间。常规锚索及高压旋喷锚索如图3、图4所示。常规锚索注浆需进行两次注浆，并且第二次劈裂注浆需与第一次注浆间隔 8 h。而采用高压旋喷技术，在钻孔完成的同时也完成了注浆，省去了两次注浆的施工时间以及注浆管、架线环等材料。由于施工工艺的不同，高压旋喷锚索会比常规锚索拥有更高的施工效率，更优秀的质量控制，并且省去了架线环、注浆管等材料。图2高压旋喷锚索施工流程Fig.2High-pressure Jet-grouting Anchor CableConstruction Flow Chart锚索制作钻机就位钻孔（带锚索）张拉锁定锚头安装高压喷浆扩孔浆液制作提钻注浆冠（腰）梁施工地层名称素填土粉质黏土中/粗砂砂质粘性土全风化花岗岩强风化花岗岩平均层厚/m3.724.284.598.094.767.88描述灰黄色，浅灰色，稍湿，松散状为主，主要由粉质黏土、碎石、砂等组成，局部地段顶部含较多混凝土块。局部完成自重固结，其性质极不均匀。褐黄色，灰黄色，蓝灰色，湿，可塑状为主，局部软可塑，含少量石英砂粒，土质不均匀，粘性较好。灰黄色，浅灰色，灰白色，饱和，稍密状为主，局部松散状，级配较差，含较多粉细砂，少量粘粒，局部含少量碎石、砾砂。褐黄色，褐红色，稍湿，硬塑为主，土质不均匀，为花岗岩残积土，粘性一般，该层遇水易软化、崩解。棕褐、褐黄、灰褐色，岩石结构已基本破坏，但尚可辨认，岩石已风化成坚硬土状，该层遇水易软化、崩解。褐黄、棕褐、灰褐色，风化强烈，岩芯呈半岩半土状和土夹碎石状，局部碎块状、块状，土状遇水崩解，碎石状锤击易碎，岩质极软，岩体完整程度属于较破碎，坚硬程度属于极软岩。表1场地地层情况Tab.1Geological Conditions within the Site图3常规锚索大样Fig.3Detail of Common Anchor Cable（mm）自由段锚固段波纹管钢绞线防护套管OVM锚具钢垫板，250250，厚20导向头超长钻孔挤压锚头22灌浆管65箍环180钻孔壁80扩张环500200500500500端头板110，厚15钢板制作第一次注浆管75钢绞线数量35第二次注浆管钻孔48-1.5钢管5010060孔径孔径图4高压旋喷锚索大样Fig.4Detail of High-pressure Jet-grouting Anchor Cable（mm）自由段锚固段波纹管钻杆锚索OVM锚具钢垫板，250250，厚20锚索端头挤压套钢板锚盘旋喷成孔500500硬质合金高压旋转钻头75钢绞线波纹管孔径张拉段700挤压套钢板锚盘钻杆孔钢板锚盘大样架线环大样102广东土木与建筑MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期3应用效果对比项目在锚索施工完成后，对施工中的相关数据进行了整理分析，在施工工效、基坑变形控制、施工质量、经济价值4个方面对两种锚索进行了对比分析。3.1施工工效对比本项目共投入了3台常规锚索机和2台高压旋喷锚索机，项目在施工过程中对锚索施工进行了进度跟踪。据统计，常规锚索在正常施工情况下，平均每天每台锚索机可施打5根锚索，最高峰时一天施打完成8根锚索（完成第一次注浆视为施打完成）。而高压旋喷锚索平均每天每台锚索机可施打10根锚索，最高峰时一天施打完成15根锚索。高压旋喷锚索比常规锚索施工工效高约一倍。3.2基坑变形控制对比根据第三方监测单位监测结果，基坑开挖期间，共记录了269次基坑监测数据。其中东侧最大水平位移为13.7 mm，南侧最大水平位移为11.9 mm，西侧最大水平位移为12.4 mm，均小于30 mm的报警值，基坑变形控制效果良好。采用高压旋喷锚索锚固的东侧基坑与采用常规锚索锚固的南、西侧相比，变形差异极小。3.3施工质量对比本项目常规锚索施工过程中，最初采用清水清孔，但在清孔过程中频繁塌孔，后改进为使用纯水泥浆清孔，但仍有数根锚索是施打过程中遭遇塌孔，难以避免孔中存在沉渣。而高压旋喷锚索为带锚索钻孔，即使遭遇塌孔，