发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的是提供一种组合基坑支护施工方法,解决软土地区的基坑支护安全性问题。
本发明施工步骤包括:
(1)开挖导沟
根据放样出的围护中心线开挖工作导沟,导沟宽度根据围护结构厚度确定,导沟深度为1~1.2m。
在开挖的导沟两侧铺设导向定位型钢,在导向定位型钢上做出钻孔位置和槽钢的插入位置。定位型钢必须放置固定好,必要时用点焊进行相互连接固定。
(2)水泥搅拌桩机就位
在导沟开挖后,将搅拌桩机安放到指定位置且对中,使基座水平稳固。
(3)水泥搅拌桩施工
水泥搅拌桩施工工艺程序如下:下钻喷浆→提升搅拌→重复下钻喷浆→重复提升搅拌→重复下钻1/3桩长喷浆→重复提升搅拌→钻机移位。
水泥搅拌桩钻机钻进速度为0.8~1.0m/min,喷浆压力控制在0.4~0.6MPa,钻进至桩底标高后,原地喷浆0.5min,再反转匀速提升。提升速度为0.8~1.0m/min,匀速提升至离地面0.5m处,搅拌数秒使桩头均匀密实。
水灰比控制为0.75~0.85。
(4)涂抹减摩剂
将减摩剂均匀涂抹到槽钢表面2~3遍,厚度为3mm。
(5)插入槽钢
每搅拌1~2根桩,便及时将槽钢插入,停止搅拌至插桩时间为25~30min。
(6)锚孔定位
锚杆钻机就位时应准确,底座应垫平,钻杆的倾斜角度应用罗盘校核,角度偏差不大于2°,高差不超过30mm。
(7)套管钻进
施钻时钻头要对准锚杆孔孔位标识下钻,最大孔位偏差不得大于100mm,初始时应用小功率缓慢钻进,钻进约500mm后,校正钻孔方向,全功率钻进。
套管钻进过程中,泥浆性能根据地质情况进行调整。当钻到粘土层时,泥浆比重采用1.05×103kg/m3~1.1×103kg/m3;当钻到砂层时,泥浆比重采用1.2×103kg/m3~1.3×103kg/m3。
钻机钻进速度为0.3~0.5m/min,退出速度为0.5~0.6m/min。
(8)水力扩孔
扩孔以钻杆长度分节进行,扩孔压力为25~28MPa,流量90~100L/min,操作步骤为:钻进引孔→一节钻杆到底后提升钻杆→再次下钻,从上至下扩孔,下钻速度为200mm/min→一节钻杆到底后,再从下向上扩孔至套管深度,提升速度200mm/min→向前推进该节钻杆,安装第二节钻杆,进入第二节扩孔工序。
(9)扩孔注浆
待水力扩孔完毕后,将高压水龙头接通配置好的水泥浆,从孔底开始向上扩孔注浆,提升至套管深度即终止,水泥浆水灰比为0.45,压力为25~28MPa。
(10)插锚杆
扩孔注浆完毕后立即取出钻杆,下锚,并立即拔出套管。
(11)注浆
注浆过程采用稳定的低~中等灌浆速率,注浆压力从开始的0.5MPa逐渐加大至2.0MPa。
(12)制作围梁
围梁紧贴竖向插芯水泥搅拌桩,围梁基槽宽度应较围梁宽大100mm。基槽内铺设20mm厚砂浆作为找平层,若遇局部架空则采用M7.5浆砌片石嵌补,然后在其上进行围梁钢筋绑扎。
(13)张拉锁定
锚杆养护8d~10d后,当锚固体强度大于15M Pa,并不小于预定强度的75%,方可进行预张拉。
张拉程序采取如下:先取10%预定轴向力进行预张拉。张拉时按预定荷载的10%逐级加荷,每级荷载的观测时间在5min以上,并待变形稳定后方可进行下一级荷载的张拉。锚杆按预定承载力100%张拉持载5min后按预定承载力的70%锁定。
(14)施工监测
内容包括:
1、锚杆的轴力监测,根据锚杆应力监测情况,在锚杆应力损失过大时对锚杆进行二次张拉;
2、支护位移的量测;
3、地表开裂状态的观察;
4、附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察;
5、基坑渗水、漏水和基坑内外的地下水位变化。
本发明具有以下特点:
1、具有挡水、挡土、工艺简单、施工周期短、抗渗能力强的特点。
2、由扩大头预应力锚杆代替内支撑,可降低造价,改善施工条件。
3、扩大头预应力锚杆拉力可通过抗拔试验确定,因此可保证足够的安全度。
4、插芯水泥搅拌桩中槽钢可回收再利用,降低基坑工程造价。
具体实施方式
图1为施工工艺流程图。下面结合附图详细描述。
温州宏城大厦高度为34m,总建筑面积35880m2,采用框架剪力墙结构,该工程基坑开挖深度6.40m,基坑开挖面积约为3900m2,基坑支护采取扩大头预应力锚杆和插芯水泥搅拌桩组合方法。
实施例工艺原理如下:
插芯水泥搅拌桩和扩大头预应力锚杆通过围梁形成二元挡土围护结构,该支护体系通过整体刚度来控制基坑变形。一方面通过插芯水泥搅拌桩进行挡土,另一方面,通过扩大头预应力锚杆将支护结构承受的力传递给稳定地层,对锚杆施加张拉应力,有利于锚固体与土体之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及锚杆强度的共同作用,使锚固体系保持稳定。
扩大头预应力锚杆由锚头、自由段和锚固段组成,是一种将拉力传至稳定土层的结构体系,锚头是用于锁定锚杆拉力的部件,由锚具、托板、螺帽等组成;自由段是将锚头拉力传至锚固段的中间区段,由钢绞束、注浆体和防腐构造组成;锚固段将作用在锚头的拉力传递给稳定地层。
施工步骤包括:
(1)开挖导沟
根据放样出的围护中心线开挖工作导沟,导沟宽度为1.5m,导沟深度为1~1.2m。
在开挖的导沟两侧铺设导向定位型钢,在导向定位型钢上做出钻孔位置和槽钢的插入位置。定位型钢必须放置固定好,必要时用点焊进行相互连接固定。
(2)水泥搅拌桩机就位
在导沟开挖后,将搅拌桩机安放到指定位置且对中,使基座水平稳固,以减少成桩的水平及垂直度偏差,确保槽钢的顺利插入。
(3)水泥搅拌桩施工
水泥搅拌桩施工工艺程序如下:下钻喷浆→提升搅拌→重复下钻喷浆→重复提升搅拌→重复下钻1/3桩长喷浆→重复提升搅拌→钻机移位。
水泥搅拌桩钻机钻进速度为0.8~1.0m/min,喷浆压力控制在0.4~0.6MPa,钻进至桩底标高后,原地喷浆0.5min,再反转匀速提升。提升速度为0.8~1.0m/min,匀速提升至离地面0.5m处,搅拌数秒使桩头均匀密实。
水灰比控制为0.75~0.85,以便于槽钢的顺利插入。
(4)涂抹减摩剂
将减摩剂均匀涂抹到槽钢表面3遍,厚度为3mm。槽钢表面不能有油污、老锈或块状锈斑。
已涂减摩剂的槽钢在吊运过程中应避免变形过大和碰撞受损。若插入桩体前发现上述情况,应及时补涂。
(5)插入槽钢
在插入槽钢前,安装由型钢组合而成的导向轨,其边口用橡胶皮包贴,以保证槽钢能较垂直地插入桩体并减少表面减摩剂的受损。
每搅拌1~2根桩,便及时将槽钢插入,停止搅拌至插桩时间为25~30min。
现场准备锤压机具,在槽钢依靠自重难以插入到位情况下使用。
(6)锚孔定位
锚杆钻机就位时应准确,底座应垫平,钻杆的倾斜角度应用罗盘校核,角度偏差不大于2°,高差不超过30mm。成孔施工前应在场地中挖好排水沟,以避免因泥浆随意排放而影响施工。
(7)套管钻进
施钻时钻头要对准锚杆孔孔位标识下钻,最大孔位偏差不得大于100mm,初始时应用小功率缓慢钻进,钻进约500mm后,校正钻孔方向,全功率钻进。为了准确控制钻孔的角度,在施钻时要由当班技术员用地质罗盘控制钻杆方向,使钻孔角度偏差控制在2°以内。钻孔深度通过在钻杆上所作标记控制,要求钻孔深度不小于杆体有效长度,并不大于设计孔深200mm。
套管钻进过程中,泥浆比重采用1.1×103kg/m。
钻机钻进速度为0.3~0.5m/min,退出速度为0.5~0.6m/min。
(8)水力扩孔
在套管钻进到位后,即可下钻杆进行扩孔,下钻杆深度要大于套管深度。当下钻杆至套管端部时便可进行扩孔。扩孔是通过钻头处的喷嘴喷射高压水,并旋转利用水力切土达到扩孔目的。扩孔以钻杆长度分节进行,扩孔压力为25~28MPa,流量90~100L/min,操作步骤为:钻进引孔→一节钻杆到底后提升钻杆→再次下钻,从上至下扩孔,下钻速度为200mm/min→一节钻杆到底后,再从下向上扩孔至套管深度,提升速度200mm/min→向前推进该节钻杆,安装第二节钻杆,进入第二节扩孔工序。
(9)扩孔注浆
待水力扩孔完毕后,将高压水龙头接通配置好的水泥浆,从孔底开始向上扩孔注浆,提升至套管深度即终止,即保证扩大头部分注满水泥浆。水泥浆水灰比为0.45,压力为25~28MPa。
(10)插锚杆
扩孔注浆完毕后立即取出钻杆,下锚,并立即拔出套管。
锚杆自由段采用涂防锈油并外包二层塑料薄膜的处理方法,保证钢绞束与注入的水泥净浆体隔离,在拉力的作用下,锚杆自由段进行充分的弹性拉伸,将预应力有效传递到锚固段。
插锚杆工人必须熟悉各个孔的孔向,以便杆体能够一次性顺利插入。插杆要缓慢、匀速,切忌扰动杆体,造成浆液下掉和注浆不密实,采用棉纱将孔口临时封口。
安插锚杆前先将托板、螺帽戴上,防止插杆过程中浆液污染杆体丝口,避免丝门损坏而使螺帽不能顺利安装,当丝口被污染要及时清理。
(11)注浆
注浆管是随着钢绞线一起埋在孔内的,并每间隔0.5m钻一对注浆孔,用胶布将小孔包扎好,以防止浆液堵塞该注浆管。
注浆过程采用稳定的低~中等灌浆速率,注浆压力从开始的0.5MPa逐渐加大至2.0MPa,使浆液向土体逐渐扩散。
(12)制作围梁
围梁紧贴竖向插芯水泥搅拌桩,围梁基槽宽度应较围梁宽大100mm左右,以留下足够的立模空间,待模板拆除后再进行回填。基槽内铺设20mm厚砂浆作为找平层,若遇局部架空则采用M7.5浆砌片石嵌补,然后在其上进行围梁钢筋绑扎。
(13)张拉锁定
锚杆养护8d~10d后,当锚固体强度大于15M Pa,并不小于预定强度的75%,方可进行预张拉。
张拉程序采取如下:先取10%预定轴向力进行预张拉,使各部位紧密接触。张拉时按预定荷载的10%逐级加荷,每级荷载的观测时间在5min以上,并待变形稳定后方可进行下一级荷载的张拉。
张拉锁定系统事先经过标定,并将油压表的读数换算成张拉压力进行控制。在锁定过程中,采用锚杆预定承载力进行校核,即锚杆按预定承载力100%张拉持载5min后按预定承载力的70%锁定。
(14)施工监测
内容包括:
1、锚杆的轴力监测,根据锚杆应力监测情况,在锚杆应力损失过大时对锚杆进行二次张拉;
2、支护位移的量测;
3、地表开裂状态的观察;
4、附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察;
5、基坑渗水、漏水和基坑内外的地下水位变化。
在土方开挖期间对于基坑边坡土体顶部水平位移和支护结构侧移必须每日观测不少于一次。当基坑开挖深度增大或发现变形发展较大时,必须加大监测频率;当变形急剧发展或出现破坏预兆时,必须对变形情况加密监测。
本实施例中锚杆浆液水灰比采用0.45,水泥浆液的配比是水泥∶水∶早强剂∶膨胀剂=1∶0.45∶0.008∶0.07。
本实施例施工过程质量控制要点如下:
1锚杆钻机施工前必须用枕木垫稳,前后设支撑,操作位置铺设机台板,准备就绪后才能开钻。
2制作锚杆的钢绞线、锚具、注浆管以及支架都应符合设计要求,具有出厂合格证和试验报告,并按要求现场取样进行复试。
3锚杆孔位水平偏差不大于20mm,垂直方向误差小于10mm,钻进过程中,每5m测量一次成孔角度,钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆的3%。
4锚杆入孔前应保证平直,并消除其表面的油渍、铁锈或其他污物,以保证锚杆与浆液的粘结力。
5锚杆注浆施工时注浆管要距孔底保持50~100mm距离。在注浆过程中,边灌边提注浆管,保证注浆管管头插入浆液液面下500~800mm,严禁将导管拔出浆液面,以免出现断杆事故。
6注浆浆液搅拌均匀,随搅随用,浆液保证在初凝前用完,并严防石块和杂物等混入。若注浆出现间歇,必须采取措施。实际注浆量不得少于锚杆的理论计算量,即注浆充盈系数不得小于1.0。注浆体终凝前严禁扰动锚杆。
效益分析:
本实施例材料用量远低于地下连续墙支护,土石方开挖和回填工程量也较少,基坑支护成本为地下连续墙支护成本的1/3~1/2。
扩大头预应力锚杆施工所需要的设备均为小型施工设备,操作简便,施工简单,对周边环境干扰较小,特别适合于城市施工。
由于扩大头预应力锚杆张拉时可知道每根锚杆受力情况,发现有问题的锚杆可以及时进行补做,避免潜在的安全隐患,安全可靠度高。
施工过程中对基坑进行监测,监测结果表明基坑变形量在规定范围内,周围道路及地面未出现沉降现象,实施效果理想。