一种软弱地层抗浮锚杆旋喷施工方法与流程

1.本发明属于抗浮锚杆技术领域，具体涉及一种软弱地层抗浮锚杆旋喷施工方法。


背景技术：

2.锚杆作为基坑支护工程中控制基坑变形的重要手段之一，因其支护方式有利于土方开挖和地下结构施工、大大缩短工期、降低工程造价，故在深基坑支护工程中应用普遍。近年来，该领域新出现的扩大头锚杆有着自身独特的优势，引起相关学者的大量研究。从力学机制的角度考虑，传统锚杆的抗拔力主要源于锚固体与土体侧阻力，属于摩擦型锚杆，而扩大头锚杆的抗拔力主要包括两部分，普通锚固段锚固体侧壁 扩大头侧壁与土体的侧阻力和土体对扩大头端部的端阻力，其属于摩擦-端承型锚杆。
3.现行《建筑边坡工程技术规范》要求锚杆的锚固段不应放在未处理的淤泥质土及液限w
l
大于50%的土层。实际工程中在古河道、沟浜、冲沟等地段，常存在软弱土层，常规抗浮锚杆质量上易出现缩颈现象，且抗浮锚杆的受力状态复杂，长期拉压循环、干湿交替，耐久性能难以保障。


技术实现要素：

4.本发明为了解决抗浮锚杆在软弱地层容易出现缩颈、耐久性难以保障的问题，而提供一种软弱地层抗浮锚杆旋喷施工方法，能够避免在软弱地层中出现缩颈的情况，提高抗浮锚杆的耐久性。
5.为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种软弱地层抗浮锚杆旋喷施工方法，其特征在于，包括：（1）测量放线，确定抗浮锚杆的位置；（2）利用钻机进行第一次成孔，第一次成孔的孔底位于岩土体的基岩层；（3）利用高压旋喷机在岩土体的软弱地层进行扩孔并形成扩大头段，从而在软弱地层形成固结体；（4）待固结体初凝的时候利用钻机进行第二次成孔形成锚孔；（5）向锚孔内放入锚杆和pe管并进行注浆形成锚固体；（6）封锚。
6.在一些实施例中，在步骤（2）与步骤（3）之间，利用高压旋喷机对第一次成孔的孔壁进行注浆护壁。通过注浆护壁能够进一步降低缩颈、跨孔的风险。
7.在一些实施例中，在步骤（3）中，高压旋喷机在进行旋喷水泥浆的时候从软弱地层底部以下0.5m开始注浆逐渐向上进行注浆，直至注浆至软弱地层顶部以上0.5m结束。
8.在一些实施例中，在步骤（5）中对锚孔进行注浆时，待锚孔孔口排出将夜浓度与灌入的浆液浓度相同，且不含气泡时为止；首次注浆结束后10min左右，观察锚孔浆液的液面变化情况，若锚孔内浆液低于锚孔孔顶10cm时应进行压力补浆，压力补浆时沿着注浆管进行补浆，直至浆液稳定。
9.在一些实施例中，利用高压旋喷机进行扩孔形成扩大头段时，高压旋喷机旋喷时的水泥浆的水灰比为1:0.8-1，所述水泥浆中加入有cacl2，所述cacl2的用量为水泥重量的3%，高压旋喷机的喷头提升速度15cm/min，喷浆压力30mpa。通过加入cacl2能够提高水泥浆的凝固速度，同时利用cacl2水泥浆中的钙离子和铝离子反应，形成硫酸钙和硫铝酸钙水合物，在高压以及离心的作用下，形成的硫酸钙和硫铝酸钙水合物具有一定的膨胀性能，从而对软弱地层表面进行冲击和挤压，从而对形成的固结体的周围的软弱地层进行挤压加固，进一步提高软弱地层与固结体之间的作用力，提高抗浮锚杆的抗压和抗拉性能。
10.在一些实施例中，所述pe管的下端延伸至扩大头段的上段。
11.在一些实施例中，所述锚孔的上侧从下至上依次设置有基础垫层和抗水板，所述锚杆的上端穿出锚孔并深入到抗水板中。
12.在一些实施例中，所述基础垫层包括垫层和位于垫层上方的防水层，所述垫层和防水层与锚杆之间填充有渗透结晶型防水材料。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的软弱地层抗浮锚杆旋喷施工方法，锚孔一次成孔后，利用高压旋喷机对岩土体中的软弱地层区域进行旋喷注浆从而形成直径大于锚孔的固结体，然后再进行二次成孔，最后植入锚杆注浆形成锚固体，同时本发明在锚孔的自由段内设置有pe管，通过pe管对锚孔进行保护从而防止出现缩颈的情况，并且通过pe管的保护，能够降低锚杆的腐蚀情况，从而提高抗浮锚杆的耐久性。
14.本发明通过在软弱地层中通过高压旋喷机旋喷注浆形成固结体，减小锚杆运行期间的蠕变量，同时利用固结体与岩土体之间的静摩擦力，使得抗浮锚杆既能够抗拉同时具有良好的抗压能力，并降低了锚杆的腐蚀速度，进一步提高抗浮锚杆的耐久性。
15.本发明相比于现有技术对于软弱地层采用桩筏抗浮（即桩基 厚筏板）的方式，能够节约成本20%左右。例如以淮州新城职教城“三校一中心”建设项目1#及2#地下车库抗浮锚杆工程为例，原拟采用桩基 厚筏板的抗浮措施（抗浮桩共计设计桩数700根，满足变形控制要求，桩长普遍15m左右，桩径1.0～1.2m），基础部分总投资额约2500万元。而采用本发明的抗浮锚杆，共布置锚杆3133根，总投资约2000万，因此能够降低施工成本。
16.本发明相比于现有技术对于锚孔全部采用高压旋喷机旋喷施工的方式，本发明仅仅对软弱地层采用高压旋喷机旋喷的方式，能够大大降低施工成本和施工周期。
附图说明
17.图1为本发明一实施例的结构示意图；图中标记：1、锚孔，11、自由段，12、扩大头段，13、持力段，2、固结体，3、锚杆，4、对中支架，5、锚固体，6、pe管，7、基础垫板，8、抗水板。
具体实施方式
18.下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.结合附图，本发明的软弱地层抗浮锚杆，包括开设在岩土体中的锚孔1，所述锚孔1包括从上至下依次设置的开设在岩土体的填土层的自由段11、开设在岩土体的软弱地层的扩大头段12和开设在岩土体的基岩层的持力段13，所述扩大头段12由高压旋喷机旋喷之后再进行钻孔而形成，高压旋喷机旋喷之后形成的固结体2的外径大于自由段11和持力段13的锚孔的外径，锚孔1的自由段11的直径与持力段13的直径相同；所述锚孔的自由段11设置有pe管6，所述pe管6的外径与锚孔1的自由段11的内径相互适配，所述锚孔1内设置有锚杆3，所述锚杆3与锚孔1之间填充有由水泥浆或者水泥浆与豆石混合而形成的锚固体5。
21.本发明的软弱地层抗浮锚杆，锚孔一次成孔后，利用高压旋喷机对岩土体中的软弱地层区域进行旋喷注浆从而形成直径大于锚孔的固结体，然后再进行二次成孔，最后植入锚杆注浆形成锚固体，同时本发明在锚孔的自由段内设置有pe管，通过pe管对锚孔进行保护从而防止出现缩颈的情况，并且通过pe管的保护，能够降低锚杆的腐蚀情况，从而提高抗浮锚杆的耐久性。
22.本发明通过在软弱地层中通过高压旋喷机旋喷注浆形成固结体，减小锚杆运行期间的蠕变量，同时利用固结体与岩土体之间的静摩擦力，使得抗浮锚杆既能够抗拉同时具有良好的抗压能力，并降低了锚杆的腐蚀速度，进一步提高抗浮锚杆的耐久性。
23.本发明相比于现有技术对于软弱地层采用桩筏抗浮（即桩基 厚筏板）的方式，能够节约成本20%左右。例如以淮州新城职教城“三校一中心”建设项目1#及2#地下车库抗浮锚杆工程为例，原拟采用桩基 厚筏板的抗浮措施（抗浮桩共计设计桩数700根，满足变形控制要求，桩长普遍15m左右，桩径1.0～1.2m），基础部分总投资额约2500万元。而采用本发明的抗浮锚杆，共布置锚杆3133根，总投资约2000万，因此能够降低施工成本。
24.本发明相比于现有技术对于锚孔全部采用高压旋喷机旋喷施工的方式，本发明仅仅对软弱地层采用高压旋喷机旋喷的方式，能够大大降低施工成本和施工周期。现有旋喷锚杆多采用边旋喷边下锚杆钢筋的做法，但是在丘陵地区或上部有松散土层的地段，上部容易出现卡钻现象，旋喷的加固效果事前无从检验，锚杆的施工质量无法有效保障。
25.其中，锚杆一般由多根钢筋绑扎而成，为了便于注浆，多根钢筋的中部设置有注浆管，以便于进行浇筑。本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
26.在一些实施例中，所述pe管6的下端延伸至扩大头段12的上段。通过pe管一方面能够防止出现缩颈的情况，另一方面，利用pe管将岩土体与自由段11的锚固体5进行分离，从而防止岩土体中的腐蚀性物质进入到抗浮锚杆内，自由段11内的锚杆3在锚固体5以及pe管共同防护作用下，延缓了锚杆3的腐蚀速度，从而提高抗浮锚杆的耐久性。而扩大头段12的锚杆3在锚固体5以及固结体2的作用下进行防护，从而是的扩大头段12的锚杆3也具有更加优良的耐久性。
27.在一些实施例中，所述锚杆3的外围间隔设置有对中支架4。
28.在一些实施例中，所述对中支架4设置在锚孔1的扩大头段12。其中，对中支架4本身属于现有技术，以便于将锚杆3防止在锚孔1的中心位置，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
29.在一些实施例中，所述锚孔1的上侧从下至上依次设置有基础垫层7和抗水板8，所述锚杆3的上端穿出锚孔1并深入到抗水板8中。优选的，在抗水板8中的锚杆3进行折弯处理，以提高与抗水板8的整体性。
30.在一些实施例中，所述基础垫层包括垫层和位于垫层上方的防水层，所述垫层和防水层与锚杆之间填充有渗透结晶型防水材料。通过在垫层与锚杆之间、防水层与锚杆之间填充渗透结晶型防水材料，从而对锚杆的顶部实现防水作业，进一步降低锚杆的腐蚀速度，提高抗浮锚杆的耐久性。
31.在一些实施例中，位于防水层上方的锚杆的上套设有遇水膨胀止水圈，遇水膨胀止水圈的下断面与防水层的上端面接触，利用遇水膨胀止水圈来进一步提高锚杆的抗水性能，防止在浇筑抗水板是水泥浆进入到锚杆内而腐蚀锚杆。
32.本发明的抗浮锚杆的施工方法包括：（1）测量放线，确定抗浮锚杆的位置；（2）利用钻机进行第一次成孔，第一次成孔的孔底位于岩土体的基岩层；（3）利用高压旋喷机在岩土体的软弱地层进行扩孔并形成扩大头段，从而在软弱地层形成固结体；（4）待固结体初凝的时候利用钻机进行第二次成孔形成锚孔；（5）向锚孔内放入锚杆和pe管并进行注浆形成锚固体；（6）封锚。
33.其中，在步骤（2）与步骤（3）之间，利用高压旋喷机对第一次成孔的孔壁进行注浆护壁。通过注浆护壁能够进一步降低缩颈、跨孔的风险。
34.在步骤（3）中，高压旋喷机在进行旋喷水泥浆的时候从软弱地层底部以下0.5m开始注浆逐渐向上进行注浆，直至注浆至软弱地层顶部以上0.5m结束。
35.在步骤（5）中对锚孔进行注浆时，待锚孔孔口排出将夜浓度与灌入的浆液（即水泥浆）浓度相同，且不含气泡时为止。首次注浆结束后10min左右，观察锚孔浆液的液面变化情况，若锚孔内浆液低于锚孔孔顶10cm时应进行压力补浆，压力补浆时沿着注浆管进行补浆，直至浆液稳定。
[0036] 利用高压旋喷机进行扩孔形成扩大头段时，高压旋喷机旋喷时的水泥浆的水灰比为1:0.8-1，所述水泥浆中加入有cacl2，所述cacl2的用量为水泥重量的3%，高压旋喷机的喷头提升速度15cm/min，喷浆压力30mpa。通过加入cacl2能够提高水泥浆的凝固速度，同时利用cacl2水泥浆中的钙离子和铝离子反应，形成硫酸钙和硫铝酸钙水合物，在高压以及离心的作用下，形成的硫酸钙和硫铝酸钙水合物具有一定的膨胀性能，从而对软弱地层表面进行冲击和挤压，从而对形成的固结体的周围的软弱地层进行挤压加固，进一步提高软弱地层与固结体之间的作用力，提高抗浮锚杆的抗压和抗拉性能。
[0037]
实施例一淮州新城职教城“三校一中心”建设项目1#及2#地下车库抗浮锚杆工程，根据场地
地质、水文情况，结合勘察报告及设计文件，场地内存在软塑粉质黏土地层、淤泥质粉质黏土及破碎岩层，当穿越此类不稳定地层时，需采用跟管钻进成孔方式，套管外径146mm，壁厚不小于3.5mm，并且利用空压机产生的高压空气进行排渣。其对钻孔周边扰动小，可有效防止钻孔而引起塌孔现象，有利于保证注浆饱满度和注浆质量，提高孔壁地层与注浆体的粘结强度。其余相对稳定土层，可采用干作业直接成孔方式。
[0038]
实际施工过程中，通过1#地下车库锚杆基本试验，由于场地存在3～7m回填土，填土层下部为软塑及可塑黏土层，且水位在抗水板底部约7m，与外部池塘水位基本持平。锚杆成孔过程中，存在如下问题；1、潜孔钻机的压缩空气无法将钻渣吹出，钻渣因遇水形成泥浆；2、泥皮厚，由于地下水的作用，将钻渣形成的泥浆附着在孔壁上，严重影响岩土体与锚固体之间的摩擦力。
[0039]
3、锚杆长度普遍大于14m，在新老土结合面处缩孔严重，孔径无法保证，成孔后钢筋无法下设，加设周转套筒（即钢护筒）难以拔出，个别可以拔出的情况孔径仍难以保障。
[0040]
经统计，1#地下车库及2#地库3133根抗浮锚杆，类似情况约2080根，占比约66.3%。
[0041]
因此，在第一次成孔之后，采用高压旋喷钻机注浆，高压旋喷水泥浆采用p.o.42.5r水泥，水灰比为1:1，旋喷成500mm的结固体，提升速度15cm/min，喷浆压力30兆帕，高压旋喷每米水泥用量约为200kg，待旋喷体初凝后采用锚杆钻机进行成孔施工，放入杆体钢筋，最后根据设计要求及现场试验进行水泥砂浆注浆，水泥砂浆采用水灰比为（水灰比为0.40～0.60，采用p.o.42.5r水泥）。
[0042]
实施例二商丘市梁园区项目候庄a地块抗浮锚杆工程，抗浮锚杆总计7617根,锚杆长度9.0m,直径200mm,锚杆间距2m
×
2m。单根抗浮锚杆抗拔承载力特征值为145kn，拉拔极限承载力为290kn。锚杆钢筋采用2c22钢筋fy=360mpa制作。锚杆钢筋每隔2米设置一个杆体定位器。锚杆长9m（从底板底算起），锚杆杆体进入板底50mm，钢筋锚入板底1.35m。
[0043]
根据钻探、静力触探，结合室内土工试验分析结果，场地60m勘探深度内地层组成为第四系全新统（q
4 al
）、上更新统（q
3al
）河流相冲积物，按其成因类型、岩性及工程地质特性将其划分为10个工程地质单元层，现分述如下:全新统（q
4 al
）第（1）层：杂填土（q
4ml
）杂色，主要成分由灰渣、砖块及少量生活垃圾组成，为近期人工回填，密实度较低，均匀性差。zk8、zk19垃圾坑范围内0.0～2.0m处主要由建筑垃圾组成，局部夹少量粉土，褐、灰黄色，湿，稍密，2.0～4.5m主要由生活垃圾、砖块、灰渣等建筑物垃圾组成，土质不均匀，结构松散。
[0044]
第（2）层：粉土（q
4al
）褐黄色，湿，中密-密实，定性为中密，含云母及铁猛质，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。层间夹薄层粉质粘土，棕色，可塑，厚0.1-0.3m，层状构造，成韵律沉积的水平层理分布。
[0045]
第（3）层：粉质粘土（q
4al
）棕褐色，可塑-硬塑，定性为可塑，摇振反应无，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等。
[0046]
第（4）层：粉土（q
4al
）褐黄色，湿，中密-密实，定性为密实，含云母及铁猛质，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。
[0047]
第（5）层：粉质粘土（q
4al
）棕灰色，硬塑，摇振反应无，切面稍光滑，干强度高，韧性高。含少量钙质结核（d=10-25mm）。
[0048]
第（6）层：粉砂（q
4al
）褐黄色，饱和，密实，主要成分为长石、石英及少量云母，分选性一般，砂质纯净。
[0049]
上更新统（q
3al
）第（7）层：粉质粘土（q
3al
）棕灰色，硬塑，摇振反应无，切面稍光滑，干强度高，韧性高。
[0050]
第（8）层：粉土（q
3al
）褐黄色，湿，密实，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。局部砂感较强。
[0051]
第（9）层：粉质粘土（q
3al
）棕褐色，硬塑-坚硬，定性为硬塑，摇振反应无，切面稍光滑，干强度高，韧性高。
[0052]
第（10）层：粉土（q
3al
）褐黄色，湿，密实，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。本层未揭穿，最大揭示厚度为3.85m。
[0053]
原设计抗浮锚杆施工采用潜孔钻机成孔，成孔后用高压空气清孔，采用先注浆后插筋的施工方法，注浆管插入孔底。实际施工中成孔拔出钻杆后，孔内出现塌方现象，无法进行下部注浆施工。采用本发明的抗浮锚杆的施工方法，有效避免了锚孔塌方以及缩颈的问题。