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1、高水头砂层中锚索施工关键技术全面研究和应用 广佛国际商贸城基坑支护工程 位于佛山市南海区大沥镇广佛国际商贸城中心区 岭南路以西 广佛路与桂和路交汇处北侧 该项目基坑长约360m 宽约150m 基坑开挖边线周长约1230m 基坑开挖面积约86000m2 3层地下室 基坑开挖底标高为 13 90m 开挖深度约16 8m 广佛商贸城 广佛商贸城平面图 一 依托项目概况 基坑支护设计平面图 一 依托项目概况 锚索 基坑支护4道锚索设计剖面图 一 依托项目概况 本项目主要支护方案 采用800mm厚地下连续墙加4排锚索的支护方式 预应力锚索孔径 150 长度为20 5 40 5m 打入角度为35 抗拔力为
2、430 1240KN 要求入中 微风化岩深度不少于5 5m 一 依托项目概况 锚索施工场区地质剖面展开图 砂层比较厚 岩层裂隙发育 地下水丰富 深厚淤泥层 淤泥质土层 淤泥质砂层 一到就到岩层 岩芯裂隙发育 呈短柱状 碎块状 岩质较软 一 依托项目概况 地质钻岩样照片 淤泥质砂 中砂全场区分布 厚度达13m 地下水位高 造成锚索在钻孔过程中容易产生涌水涌砂 塌孔 不能有效成孔 微风化泥质粉砂岩 裂隙发育 岩芯呈短柱状 碎块状 为基岩裂隙水 具有承压性 提供了通道 地下水 浅层污染水 补给丰富 具有承压性 且地下水位埋深及承压性不均 地下承压水 动水与水源水力联系十分复杂 在锚索施工过程中易形成
3、喷涌 采用双套管成孔方案和提高成孔孔口标高的技术措施 不利地质分析图 一 依托项目概况 第2排锚索选20根进行试验 发现有8根锚索在成孔过程或注完浆后出现不同程度涌水涌砂现象 喷水水压较大 含砂量较多 严重的涌砂涌水 导致临近连续墙边的地面塌陷 幸及时处理 为减少对第一排锚索扰动 减少对周边道路影响 第二排锚索一度暂停施工 第二排锚索成孔过程中涌水涌砂短片 一 二 立项背景 目的 意义 二 立项背景 目的 意义 第2排锚索选20根进行试验 发现有8根锚索在成孔过程或注完浆后出现不同程度涌水涌砂现象 喷水水压较大 含砂量较多 严重的涌砂涌水 导致临近连续墙边的地面塌陷 幸及时处理 为减少对第一排
4、锚索扰动 减少对周边道路影响 第二排锚索一度暂停施工 第二排锚索成孔过程中涌水涌砂短片 二 研究课题 高水头砂层锚索成孔难题 套管刚开钻1至2m 孔口出现较大涌水涌砂现象 发现有1个孔 说明地下水位埋深及承压性不均 个别孔水压较大 套管在土层 砂层钻进过程中 孔口出现不同程度涌水涌砂现象 发现有8个孔 说明越往下钻 扰动越大 水压越大 是主攻方向 终孔注浆并拔除套管后 孔口出现较大涌水涌砂现象 发现有2个孔 说明个别孔水压较大 将孔内未固结注浆材料冲开 二 立项背景 目的 意义 11 目前 锚索现有施工技术地层适应范围为粘土等不透水地层或低水头的砂层 我司通过对南海周边多个类似高水头砂层地质工
5、程进行调研 发现采用锚索施工的最深基坑为9 10m 最多设置2道锚索 而本项目基坑设置了4道锚索 最深一道锚索位于地面以下12 5m的砂层中 并在试验过程中遇到了成孔和注浆难题 难以继续施做 为此 本次立项的目的是探寻一种安全 经济 有效的高水头砂层锚索成孔工艺 有效控制成孔过程中 注浆后 拔出套管后涌水涌砂 确保锚索的设计抗拔力 确保基坑及周边建构筑物的安全 该立项的成功实现 将有效解决高水头砂层锚索成孔难题 降低支护工程造价 促进深基坑锚索技术发展 拓宽锚索工艺的应用范围 二 立项背景 目的 意义 研究课题 高水头砂层锚索成孔难题 拟采用外套管和内钻杆同步钻进冲击成孔 避免水土从套管外侧流
6、出 成孔过程中拟采用防涌砂装置配合锚索钻机钻进进一步控制涌砂量 终孔注浆后拟采用膨胀止水纱袋封堵孔口防止水泥浆反涌等组合技术 三 技术路线 四 国内外现状研究 查新报告 从查新检索的结果看 目前锚索施工技术地层适应范围为粘土等不透水地层或低水头的砂层 有关高水头的粉细砂层 淤泥质砂层中的锚索施工技术实例少 未见有相应的研究 四 国内外现状研究 常规锚索成孔技术 先下外套管 后下内钻杆 改进后锚索成孔技术 外套管和内钻杆同步钻进 五 技术研究内容 一 成孔技术改进 1 改进后的锚索成孔工艺是 套管与钻杆同步钻进 护壁成孔工艺 在钻进过程中将周围土体挤压密实 减少扰动 降低水囊 孔隙水压力积聚 形
7、成机会 改进后的锚索成孔工艺原理图及效果说见图 外套管和内钻杆同步钻进原理图 外套管和内钻杆同步钻进挤土效果图 五 技术研究内容 一 成孔技术改进 2 改进后的锚索排渣工艺是 钻杆与套管内壁之间空隙小 净空不超过10mm 只要套管不动 钻杆做往复运动 便可有效控制排渣 钻头位置颗粒较大碎屑被过滤 挤密 颗粒较小碎屑随泥浆循环排出 有效控制砂土流失量 详见图 内钻杆往复运动排渣原理图 内钻杆往复运动砂石挤密效果图 五 技术研究内容 一 成孔技术改进 两钻头之间的空隙不足10mm 能有效控制排渣量 减少了对周围土体扰动 改进后排渣工作状态实景图 改进后钻杆钻头和套管钻头之间的空隙实景图 五 技术研
8、究内容 一 成孔技术改进 排水口实景图 排水口 排水口 五 技术研究内容 一 成孔技术改进 五 技术研究内容 一 成孔技术改进 改进后锚索成孔施工短片 1 由于本基坑共设置了4道锚索 越往下施工 水头压力就越大 开孔及成孔过程中的涌水涌砂将会更加严重 为进一步控制锚索成孔过程中粉细砂流失量 拟采用我司自行研制的防涌砂装置 防涌砂装置安装示意图 五 技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 防涌砂装置 第一道防涌砂措施下挡板 第二道防涌砂措施油麻绳 第三道防涌砂措施橡胶圈 防涌砂装置工作原理图 五 技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 防涌砂装置侧立面工作原理图 调整后的防涌砂装置侧立面工作原理图 五
9、技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 防涌砂装置加工实物图 五 技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 2 防涌砂装置现场操作步骤对于第2道锚索 由于水头压力大小不一 根据试锚结果 大部分水头压力不是很大 因此对于该道锚索 拟先开孔 再根据实际情况决定是否安装防涌砂装置 1 在锚索开孔四周的连续墙面上 打 12mm膨胀螺栓共6个 局部适当凿平连续墙 2 防涌砂装置 一分为二 现场试拼装于连续墙上 检查膨胀螺栓定位无误后 拆除 3 锚索钻机钻进成孔 4 当成孔遇到涌砂或粉细砂流失量较大时 锚索钻机停止钻进 外套管包油麻绳 现场拼装防涌砂装置 装置底板与连续墙之间的空隙垫无纺布 麻包袋 防止砂粒从二者之
10、间流出 造成水土流失 5 锚索钻机继续钻进成孔 五 技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 对于第3 4道锚索 由于水头压力大 根据第3道锚索试锚结果 开孔时均出现涌水涌砂 因此对于3 4道锚索 拟先安装防涌砂装置 再进行锚索钻孔施工 防涌砂装置安装后实景图 五 技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 防涌砂装置配合锚索钻机施工实景图 五 技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 防涌砂装置配合锚索钻机施工短片 一 防涌砂装置配合锚索钻机施工短片 二 五 技术研究内容 二 成孔过程中防涌砂 防涌砂装置是用于锚索成孔过程中控制涌砂量 主要配合锚索钻机成孔 注浆前已经拆除 不适用于终孔后防涌砂 保留最后一节外套
11、管不拔除 平衡孔口水土压力 达到防涌砂目的 工程造价高 较少采用 终孔后采用化学灌浆封堵 操作工序多 注浆量大 工程造价高 较少采用 寻找快速有效 经济合理的止水技术 五 技术研究内容 三 终孔注浆后防涌砂 研究思路图 经过大量止水材料试验反复对比 选择一种具有吸水快速膨胀 形状可任意塑造的材料 加无纺布密封后可做成膨胀止水纱袋 膨胀纱 干粉状 膨胀纱遇水膨胀成凝胶体状 五 技术研究内容 三 终孔注浆后防涌砂 终孔注浆后防涌砂技术 在孔口部位塞膨胀止水纱袋 钻机配合将膨胀止水纱袋推入预埋管内 锚索孔口不再流砂 五 技术研究内容 三 终孔注浆后防涌砂 五 技术研究内容 三 终孔注浆后防涌砂 终孔
12、注浆后采用膨胀止水纱袋封孔短片 改进后的锚索防涌砂施工工艺流程图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 防涌砂装置配合锚索钻机成孔实景图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 防涌砂装置 先分节拆除内钻杆实景图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 内钻杆 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 第一次注浆实景图 外套管 注浆管 下锚索实景图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 外套管 锚索 分节拆除外套管实景图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 外套管 用膨胀止水纱袋封孔实景图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 锚索 二次注浆实景图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 注浆管 锚索
13、 完成腰梁后锚索张拉锁定实景图 五 技术研究内容 四 改进后工艺流程 锚索 腰梁 六 推广应用情况 由我司承建的佛山市南海区广佛国际商贸城基坑支护工程 基坑长约360m 宽约150m 开挖深度约16 8m 场区地层由上到下为人工填土层 淤泥 淤泥质砂 细砂 中砂 粗砂 粉质粘土 风化泥质粉砂岩 其中砂层厚达13m 基坑支撑系统有混凝土支撑 放坡喷锚和外拉锚索 其中基坑北侧 东侧采用4道锚索 锚索开孔于高水头砂层中 成孔 注浆均极其困难 通过我司对锚索在高水头砂层中施工关键技术的创新 研究并应用了 防涌砂装置 等多项技术 确保了外拉锚方案的可行 取得了较好的效果 得到了各方的肯定 目前 已完成第
14、4道锚索的施工 施工过程中 涌砂涌水得到有效控制 地面沉降最大为45mm 连续墙变形最大为42mm 受到业主以及监理的一致好评 获得了良好的社会效益和经济效益 广佛商贸城完成第4道锚索实景图 六 推广应用情况 第一道锚索及腰梁 第二道锚索及腰梁 第三道锚索及腰梁 第四道锚索及腰梁 六 推广应用情况 广佛商贸城完成第4道锚索实景图 第一道锚索及腰梁 第二道锚索及腰梁 第三道锚索及腰梁 第四道锚索及腰梁 六 推广应用情况 广佛商贸城完成第4道锚索实景图 第一道锚索及腰梁 第二道锚索及腰梁 第三道锚索及腰梁 第四道锚索及腰梁 六 推广应用情况 广佛商贸城完成第4道锚索实景图 第一道锚索及腰梁 第二道
15、锚索及腰梁 第三道锚索及腰梁 第四道锚索及腰梁 采用套管与钻杆同步钻进 护壁成孔工艺 控制排渣 在钻进过程中将周围土体挤压密实 减少对套管外侧水土的扰动 降低水囊 孔隙水压力积聚 形成机会 有效解决原锚索成孔喷涌难题 在高水头砂层地质条件下的锚索施工中首次采用该技术 创新地采用自行研制的防涌砂装置 配合锚索钻机钻进成孔 进一步控制锚索成孔过程中的涌砂涌水 创新地采用一种具有吸水快速膨胀的封堵材料 有效防止终孔注浆拔出套管后的突涌砂 涌浆 是一项较新颖 有效的技术 改进后的锚索施工工艺流程 能较好地适应高水头砂层中锚索的施工 七 技术创新点 改进后的锚索成孔施工工艺 适用于高水头砂层等恶劣地质条件 适用于报价较低的基坑支护工程 提高了报价竞争力 拓宽了锚索的适用范围 具有较大的应用及推广价值 八 推广应用前景及小结 汇报完毕
