高压旋喷钻机变截面工艺应用于近海锚杆施工的研究_张东.pdf

建筑施工第45卷第1期37高压旋喷钻机变截面工艺应用于近海锚杆施工的研究张 东 李 乾 范 禹 尹寿杰 刘 昕中建八局第一建设有限公司 山东 济南 250100摘要：为保证近海地区抗浮锚杆的施工质量和应用效果，提出并介绍了高压旋喷钻机变截面施工工艺，通过在成孔过程中控制锚杆成孔直径，实现下大上小的变截面锚杆结构，从而提高锚杆的抗拔力，可以很好地克服地下水及地质条件差对抗浮锚杆施工的影响。依托青岛太平洋梦时代广场C地块二期工程案例实施情况，证明高压旋喷钻机变截面施工工艺具有施工速度快、经济效益好、质量高、抗拔力大的优点，值得进一步推广应用。关键词：抗浮锚杆；近海地区；高压旋喷钻机；变截面工艺中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0037-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.010Study on Application of High-pressure Rotary Grouting Drill with Variable Cross Section Technology in Offshore Anchor Bolt ConstructionZHANG Dong LI Qian FAN Yu YIN Shoujie LIU XinThe First Company of China Eighth Engineering Bureau Ltd.,Jinan 250100,Shandong,ChinaAbstract:In order to ensure the construction quality and application effect of anti-floating anchor bolts in offshore areas,the variable section construction technology of high-pressure rotary grouting drill is proposed and introduced.By controlling the hole diameter of anchor bolts during the hole forming process,the variable section anchor bolt structure with large bottom and small top is realized,so as to improve the anti-pulling force of anchor bolts,which can well overcome the impact of poor groundwater and geological conditions on the construction of anti-floating anchor bolts.Relying on the implementation of the second phase project of Qingdao Pacific Dream Times Square Block C,it is proved that the variable section construction technology of high-pressure rotary grouting drill has the advantages of fast construction speed,good economic benefits,high quality,and large uplift resistance,which is worth further promotion and application.Keywords:anti-floating anchor bolt;offshore area;high-pressure rotary grouting drill;variable cross section process强/中风化带的基坑筏板施工为例，阐述了抗浮锚杆节点的具体工艺，填补了相关规范中的空白；任志平等6基于四川地区的某超高层建筑基坑施工实践，针对采用传统方法施工抗浮锚杆时存在的锚杆后期开挖损坏以及垫层施工不便等处理难题，提出了一种有效的深基坑基岩裂隙水处置措施，同时应用了抗浮锚杆后施工方案，取得了理想的实施效果，有效改进了传统方法中的缺陷；王绪勇等7在青岛某下沉广场基坑施工中，考虑结构荷载、地下水以及锚杆的综合作用，对既有设计中的抗浮锚杆进行数值模拟分析，获得了基坑底板在相应综合工况条件下的受力与变形情况，基于受力与施工成本2个要素，最终确定抗浮锚杆的最佳设计方案。由此可知，相关抗浮锚杆施工研究大多为非近海地区的常规地质条件，涉及近海地区的报道较少。本文在青岛太平洋梦时代广场C地块二期工程项目的基坑施工中，将高压旋喷钻机变截面工艺应用在近海锚杆施工过程中8，可以很好地克服地下水及地质条件差对抗浮锚杆施工的影响，具有施工速度快、经济效益好、质量高、抗拔力大的优点。近年来，沿海经济高速发展，近海高层建筑施工项目越来越多。近海深基坑建筑由于地下水位较高，往往需要设置抗浮锚杆，以抵抗建筑物向上浮力1-2。而近海工程由于地下水丰富且水位高、地下水受潮汐影响大、地质条件差等原因，近海锚杆施工难度大，施工质量难以保证。受近海锚杆施工水位高、土质差等不利因素影响，合适的近海抗浮锚杆的施工工艺及机械选择，对锚杆施工的工期、成本、质量、安全等方面影响极大。传统的抗浮锚杆施工机械是采用地质钻机进行锚杆施工，此种施工工艺在近海淤泥质及流砂质土层中存在以下缺点：施工速度慢，容易坍孔；锚杆成形质量差，抗浮能力弱；产生淤泥较多，不易清运等3-4。在抗浮锚杆施工方面，许亮等5以某持力层为花岗岩作者简介：张 东（1988），男，本科，高级工程师。通信地址：山东省济南市工业南路89号（250199）。电子邮箱：收稿日期：2022-06-08地基基础FOUNDATION BED&FOUNDATION20231Building Construction381 工程概况青岛太平洋梦时代广场C地块二期工程地址为青岛市黄岛区东港路9号，共分为4个单体，地下2层、地上3032层，建筑面积12.45万 m2，基础采用抗浮锚杆、人工挖孔桩、筏板相结合的形式，基坑仅有一面为止水帷幕，距离海边不足150 m，锚杆在淤泥质和流沙质土层之间。现场场地狭小，用地红线与基坑边线基本重合。2 设计特点与工艺优点本工程从工期及施工机械的便利性考虑，先进行垫层施工，再采用高压旋喷钻机进行锚杆施工，如此调整可以降低施工难度，加快施工进度，缩短总工期。高压旋喷钻机通过调节浆液流量与压力、旋喷速度等参数来控制锚杆成孔直径，实现下大上小的变截面锚杆结构，提高锚杆的抗拔力。高压旋喷钻机在成孔过程中，产生的高速、高压的水泥浆会渗透到周围的土体，起到改善地质的作用，防止坍孔，同时改善的土质会提高锚杆的抗拔力；高速、高压的水泥浆会在侧壁形成水泥浆护壁，防止坍孔，提高锚杆成形质量，锚杆成形质量的提高也进一步提高锚杆的抗拔力。具体而言，高压旋喷桩的变截面工艺优势如下：1）施工工期大幅提前。本工艺与传统的地质钻机施工方法相比，比原有进度计划提前46 d，工期节省32%。2）节约人员及机械投入，管理成本低。本工艺与传统的地质钻机施工方法相比，机械与人员投入数量相对较少（减少83%），成本低，易于管理，降低项目管理成本。3）不易坍孔，成孔率高。本工艺与传统的地质钻机施工方法相比，不易坍孔，成孔率100%。4）抗浮能力强。本工艺与传统的地质钻机施工方法相比，锚杆杆体截面不同（下部大、上部小），保证锚杆在淤泥质和流沙质土层的抗拔力，验收试验最大承载力特征值满足图纸要求（225 kN）。5）改善土质。本工艺与传统的地质钻机施工方法相比，高速、高压的水泥浆会渗透到周围的土体，起到改善地质，提高抗拔力的作用。6）产生的泥浆少，便于清理。本工艺与传统的地质钻机施工方法相比，泥浆量降低70%；泥浆中含有水泥易凝固，易于清理，清理速度快。7）无需二次注浆。变截面杆体通过下大上小的结构提高锚杆抗拔力，无需二次注浆充盈杆体即可增大与土体的相互作用。3 高压旋喷桩变截面工艺原理1）成孔率高，防止坍孔。高压旋喷钻机在成孔过程中，产生的高速、高压的水泥浆会渗透到周围的土体，起到改善地质的作用，防止坍孔，同时改善的土质会提高锚杆的抗拔力；高速、高压的水泥浆会在侧壁形成水泥浆护壁，也能防止坍孔，提高锚杆成形质量，锚杆成形质量的提高也进一步提高了锚杆的抗拔力。2）变截面锚杆杆体，提高锚杆抗拔力。高压旋喷钻机成孔过程中，可以通过调节浆液流量与压力、旋喷速度等参数来控制锚杆成孔直径，实现下大上小的变截面锚杆结构，提高锚杆的抗拔力；同时此种结构无需二次注浆充盈杆体即可通过结构增大与土体的相互作用，保证锚杆的抗拔力满足要求。3）产生的泥浆量少，易于凝固，便于清运。高压旋喷钻机成孔过程中，施工速度快，产生的泥浆量少；同时，施工过程中水泥浆与土浆混合，由于水泥的作用，提高了泥浆的凝固速度，方便及时清理及运输。4）垫层先施工，减少清槽及混凝土垫层施工的难度，减少对基槽的扰动。高压旋喷钻机由于自重较大，需在垫层施工后再进行锚杆施工，调整锚杆与垫层施工工序，实现工序穿插，可降低清槽及混凝土垫层施工难度，提高清槽及混凝土垫层施工速度，同时也减少了对基槽的扰动。4 工艺操作要点1）基本试验。锚杆正式施工前，首先进行锚杆基本试验。锚杆基本试验的施工环境、地质条件、锚杆材料和施工工艺等应与工程锚杆一致。基本试验时，最大的试验荷载不小于锚杆承载力特征值的2倍。基本试验主要目的是确定锚固体与土层间抗拉强度特征值、锚杆施工参数和施工工艺是否满足设计要求。每种试验锚杆数量均不应小于3根，锚杆基本试验采用循环加、卸荷法（图1）。图1 锚杆基本试验示意2）清槽。清槽前检查定位放线、标高引测情况，检查地下水位情况，确保地下水位在坑槽底500 mm以下。随着土方的机械开挖，进行人工清槽、整平工作。采用铁锹清土，用小推车倒运土方，用挖掘机与下一个区土方一并运走；清土过程中随时用塔尺及水准仪校核槽底标高，避免超挖和欠深；同时应观测基底土质是否满足设计要求。3）垫层施工。基槽验收完毕后及时进行垫层混凝土浇筑，垫层混凝土浇筑时控制好垫层的厚度、标高及轴线。4）养护。混凝土垫层浇筑完毕后，根据气候做好混凝土的养护，养护时间不少于7 d。张东、李乾、范禹、尹寿杰、刘昕:高压旋喷钻机变截面工艺应用于近海锚杆施工的研究建筑施工第45卷第1期395）测量放点。按设计图纸要求，采用经纬仪或全站仪测放出各施工区抗浮锚杆的孔位，用红色记号笔标记，锚杆孔位允许偏差50 mm。6）开孔器机械开孔。使用与锚杆直径稍大的开孔器，在已完成垫层上开孔，减少对垫层的破坏，方便修补，减少漏水隐患。7）高压旋喷钻机调平就位。机械开孔后，高压旋喷桩钻机即可就位。将钻机调平后，采取措施保证施钻过程中钻机不会有较大的晃动而影响成孔质量。用罗盘仪或吊线法调整好钻杆的垂直度。垂直度偏差2，要求钻头对准所要施工的锚杆孔位。8）水泥浆制备。按设计配合比进行浆液搅拌，在制备过程中随时测量浆液的比重，每孔高喷灌浆前确定水泥浆数量满足一孔锚杆施工要求，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机搅拌，搅拌浆液必须连续均匀，搅拌时间不少于30 s，一次搅拌使用时间控制在3 h以内。9）旋喷钻进及底部扩大头施工。根据基本试验得出的试验参数调整旋喷桩机的水泥浆压力、水泥浆流量、钻头钻速、钻头潜进速度进行锚杆钻孔，达到压力变化的深度后，增大水泥浆压力、水泥浆流量，进行扩大头部分的施工，达到设计深度后（图2），不得立即停钻，稳钻1 2 min，防止扩大头达不到设计的锚固直径（图3），然后边喷桩边提升钻头，同时调整水泥浆压力及流量。注浆压力变化标记线孔底标记线图2 压力变化位