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岩土研究院

土层锚杆施工步骤与工艺

375 2021-11-01 10:40:37

锚杆围护结构的施工包括围护结构的施工和锚杆的施工。围护结构的施工与悬臂式围护结构的施工一样。着重介绍锚杆的施工。并以土层锚杆为主。

土层锚杆施工包括∶钻孔、拉杆制作与安装、灌浆、张拉锁定等工序。施工前需作必要的准备工作。

1.施工准备工作

(1)了解施工区土层分布及各土层的物理力学性能,以便实施锚杆的布置,选择钻孔方法;了解地下水赋存状况及其化学成份,以确定排水、截水措施、以及拉杆的防腐措施。

(2)查明施工区范围内地下埋设物的位置状况。预测锚杆施工对其影响的可能性与后果。

(3)锚杆长度超建筑红线,应征得有关部门和单位的批准、许可。

(4)请设计单位作技术咨询,以全面了解设计意图、编制施工组织设计。

2.钻孔

(1)旋转式钻机、冲击式钻机和旋转冲击式钻机均可用于土层锚杆的钻孔。具体选择何种钻机应根据钻孔孔径、孔深、土质及地下水情况而定。

国内目前使用的土层锚杆钻孔机具,一部分是土锚专用钻机,另一部分则是经适当改装的常规地质钻机和工程钻机。专用锚杆钻机可用于各种土层,非专用钻机若不能带套管钻进则只能用于不易塌孔的土层。

钻孔机具选定之后再根据土质条件选择造孔方法。常用的土锚造孔方法有∶螺旋钻孔于作业法∶

由钻机的回转机构带动螺旋钻杆。在一定钻压和钻削下。将切削下的松动土体顺螺杆排出孔外。这种造孔方法宜用于地下水位以上的粘土、粉质粘土、砂土等土层。

压水钻进成孔法∶

土层锚杆施工多用压水钻进成孔法。其优点是,把钻孔过程中的钻进、出碴、固壁、清孔等工序一次完成,可防止塌孔,不留残土,软、硬土都适用。

应当注意,土层锚杆钻孔要求孔壁平直,不得坍塌松动;不得使用膨润土循环泥浆护壁,以免在孔壁形成泥皮,降低土体对锚固体的摩阻力。

在砂性土地层,孔位处于地下水位以下钻孔时,由于静水压力较大,水及砂会从外套管与预留孔之间的空隙向外涌出,一方面造成继续钻进困难,另一方面水、砂土流失过多会造成地面沉降,从而造成危害。为此必须采取防止涌水涌砂措施。一般采用孔口止水装置,并采用快速钻进,快速接管,入岩后再冲洗。这样既保证成孔质量,又能解决钻进过程中涌水涌砂问题。同样在注浆时。也可采用高压稳压注浆法.用较稳定的高压水泥浆压住流砂和地下水。并在水泥浆中掺外加剂.使之速凝止水。拔外套管到最后二节时。可把压浆设备从高压快速挡改成低压慢速挡,并在浆液中改变外加剂,增大水泥浆稠度,待水泥浆把外套管与预留孔之空隙封死,并使水泥浆呈初凝状态后,再拔出外套管。

(2)钻孔的容许偏差

目前,国内对土层锚杆的钻孔容许偏差尚未作出统一规定。这里介绍英国对土层锚杆的有关规定供参考∶

1)孔位允许误差±75mm 之内;

2)孔径可以大于、但不得小于规定的直径;

3)钻孔倾角允许误差±2.5°之内,孔长允许误差小于孔长的1/30;4)下倾斜孔,允许超钻0.3~0.7m。

(3)扩孔方法

为了提高锚杆的抗拔能力,往往采用扩孔方法扩大钻孔端头。扩孔有四种方法;机械扩孔、爆炸扩孔、水力扩孔、以及压浆扩孔。目前国内多用爆炸扩孔与压浆扩孔。扩孔锚杆的钻孔直径一般90~130mm,扩孔段直径一般为钻孔直径的 3~5倍。扩孔锚杆主要用于松软地层。

3.拉杆制作及其安装

国内土层锚杆用的拉杆,承载力较小的多用粗钢筋,承载力较大的多用钢绞线。

(1)拉杆的防腐处理

土层锚杆用的钢拉杆,加工前应首先清除铁锈与油脂。

在锚固段内的钢拉杆,靠孔内灌水泥浆或水泥砂浆,并留有足够厚度的保护层来防腐。在无腐蚀性物质环境中。这种保护层厚度不小于25mm;在有腐蚀性物质环境中,保护层厚度不小于30mm。

非锚固段内的钢拉杆,应根据不同情况采取相应的防腐措施∶在无腐蚀性土层中,只使用6个月以内的临时性锚杆,可不必作防腐处理,一次灌浆即可;使用期在6个月以上2年以内的。须经一般简单的防腐处理。如除锈后删 2~3道富锌漆或船底漆等耐湿、耐久的防锈漆;对使用2年以上的锚杆,则须作认真的防腐处理,如、除锈后涂防锈油膏,并套聚乙烯管。两端封闭,在锚固段与非锚固段交界处大约 20cm.范围内浇注热沥青,外包沥青纸以隔水。

(2)拉杆制作

钢筋拉杆由一根或数根粗钢筋组合而成,如果为数根粗钢筋,则应绑扎或电焊连成一体。

钢拉杆长度为设计长度加上张拉长度。

为了将拉杆安置在钻孔中心,并防止人孔时搅动孔壁,沿拉杆体全长每隔 1.5~2.5m 布设一个定位器。

粗钢筋拉杆若过长,为了安装方便可分段制作,并采用套筒机械连接法或双面搭接焊法连接。若采用双面搭接焊,则焊接长度不应小于8d(d 为钢筋直径)。

4.注浆

锚孔注浆是土层锚杆施工的重要工序之一。注浆的目的是形成锚固段,并防止钢拉杆腐蚀。此外,压力注浆还能改善锚杆周围土体的力学性能,使锚杆具有更大的承载能力。

锚杆注浆用水泥砂浆,宜用标号不低于425号的普通硅酸盐水泥,其细骨料、含泥量、有害物质含量等均应符合相应规范的要求。注浆常用水灰比0.4~0.45的水泥浆,或灰砂比1∶(1~1.2)、水灰比0.38~0.45的水泥砂浆,必要时可加入一定量的外加剂或掺和料,以改善其施工性能,以及与土体的粘接。锚杆注浆用水、水泥及其添加剂应注意氯化物与硫酸盐的含量,以防对钢拉杆的腐蚀。

注浆方法有一次注浆法和两次注浆法两种。

一次注浆法∶用泥浆泵通过一根注浆管自孔底起开始注浆,待浆液流出孔口时,将孔口封堵,继续以0.4~0.6MPa压力注浆,并稳压数分钟注浆结束。

两次注浆法∶锚孔内同时装入两根注浆管。注浆管可以用3/4in 镀锌铁管制成。两根注浆管分别用于一次注浆与二次注浆。一次注浆管的管底出口用黑胶布封住。以防沉放时管口进土。开始注浆时管底距孔底 50cm 左右。随一次浆注入。一次注浆管可逐步拔出。待一次浆量注完即予以回收。二次注浆用注浆管,管底出口封堵严密,从管端起向上沿锚固段全长每隔1~2m 作一段花管,花管孔眼 φ6~φ8,花管段用黑胶布封口。花管段长度及孔眼间距需要专门设计。一次注浆可注水泥浆或水泥砂浆,注浆压力0.3~0.5MPa。待一次浆初凝后,即可进行二次注浆。二次注浆压力 2MPa左右,要稳压 2min。二次注浆实为劈裂注浆。二次浆液冲破一次注浆体,沿锚固体与土的界面,向土体挤压劈裂扩散,使锚固体直径加大,径向压力也增大,周围一定范围内土体密度及抗剪强度均有不同程度增加。因此,二次注浆可显著提高土锚的承载能力。

目前国内有些地方与单位,已大胆采用高压旋喷技术于锚杆注浆。亦即,对锚固段端部或全段实施高压旋喷,使该段形成锚杆扩大头,从而增加锚固力。使用此种方法必须注意,高压旋喷形成的扩大头体系水泥土体。水泥土体固结龄期及其强度,因土层的不同差别很大,粘性土中的水泥土体固结龄期长而强度低,需仔细测定。此外还应测定与验算拉杆与水泥土间的粘结力。对于工期要求紧的工程应慎用本法。

此外,国内已引进一种"双层管双栓塞注浆法"用于锚杆两次注浆。这种注浆法是通过采用一种特制的注浆管来进行的。该注浆管由外管与内管两部分组成。外管侧壁每隔一定

间距开有若干小孔,开孔处外侧用橡胶圈盖住,小孔是注浆液通往管外的出口,而橡胶圈则起逆止阀的作用。外管外侧与锚孔孔壁之间通过一次注浆,由水泥浆充填封闭密实。内管底端设两个与外管相匹配的栓塞,内管在两栓塞之间设有出浆孔。二次注浆浆液经内管于两栓塞间的出浆孔注人外管,再经外管侧壁小孔注入土体。由于浆液受两栓塞的限制,只能从两栓塞间的外管侧壁小孔流出,因此,使出口浆液保持高压状态。在高压下浆液劈裂外管外侧水泥浆结石体及土体,扩散渗透形成直径较大的扩体。由于内管可带动两栓塞沿外管轴上下活动,因此,依次按一定间隔拔动内管,可依次逐段进行二次高压注浆,而形成一连串大小不等不规则的扩体。这样可显著提高土层锚杆的承载能力。

5.张拉和锁定

土层锚杆灌浆后,预应力锚杆还需张拉锁定。张拉锁定作业在锚固体及台座的混凝土强度达 15MPa以上时进行。在正式张拉前,应取设计拉力值的0.1~0.2倍预拉一次,使其各部位接触紧密、杆体完全平直。对永久性锚杆,钢拉杆的张拉控制应力不应超过拉杆材料强度标准值 fptk的 0.6倍∶对临时性锚杆。不应超过 0.65倍。钢拉杆张拉至设计拉力的1.1~1.2倍,并维持10min(在砂土中)、或 15min(在粘土中),然后卸载至锁定荷载予以锁定。

6.与坑壁位移有关的若干土锚施工因素

(1)时空效应

力学分析及工程实践均表明锚杆施工与基坑坑壁位移具之间。存在一定程度的"时空效应"。依据这种"时空效应"概念,合理组织基坑开挖与锚杆施工的时空顺序,可有效控制坑壁的位移量。即;应使未施工锚杆的基坑壁面暴露时间短、暴露面积小,而锚杆的施工速度应尽可能快。

工程实践显示,采用大面积开挖至同一深度再施工锚杆的做法,将使基坑壁出现较大位移。这是因为这种开挖支护的方式使大面积坑壁长时间暴露,在锚杆约束未形成前,大部分坑壁必然产生较大的位移增量。较好的做法应该是∶采用分层、分台阶、分段开挖,开挖一段到位立即施工锚杆,尽可能做到锚杆施工紧跟开挖工作面。如此。可使未施工锚杆的已暴解坑壁面积最小、暴露时间最短,从而取得坑壁位移最小的较佳效果。

2)水的影响

土层锚杆的锚固体多埋设于粘土或粉质粘土中。这些土质的特点是,浸水后土体的强度及变形等力学特性急剧劣化。导致基坑壁变形增加。大量工程实践证明,在大、暴雨后基坑都出现一次明显的变形增幅。这种现象在锚杆围护的情况下尤为明显。为了使这种影响尽量减小,应做好坑外地面的排水。包括做好基坑周边地面的隔水层和设置周边顺畅的排水系统。坑外地面排水,也是减小锚杆围护结构变形的有效措施之一。

上述与基坑壁位移有关的锚杆施工因素,应在锚杆施工组织设计中予以充分考虑,并作出周密安排。

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