福建平潭流水两岸综合商业 (富创世纪城) 项目为抗浮锚杆桩基础, 共有3 000余根锚杆, 设计要求到达岩石内一定深度作为桩基持力层, 以提高建筑结构物的抗拔能力。采用螺旋钻杆取土、合金钻头破岩的施工工艺。该项目地质属于砂土和淤泥富集地域, 在该类地质条件下, 浅层地下水丰富, 局部含有流砂及淤泥质土, 该部分土体的物理力学性能差, 自立性不佳, 不利于孔壁的稳定。在锚杆钻机更换合金钻头利用空气动力冲击岩层进行入岩施工时, 会造成高频率振动, 待锚杆钻完孔以后, 桩孔上部坍塌成一个大喇叭口形, 加上泥水浑浊, 根本无法准确判断桩孔位置, 使得锚杆钢筋笼安装困难, 且增加了塌入桩孔内淤泥流砂的清孔工作量, 锚杆施工耗时长, 施工进度远不能满足工期要求。同时锚杆钢筋笼属细长钢筋笼, 通长达十几、二十余米, 成孔完成后需用起重机及时起吊安装, 人工几乎无法徒手进行安装, 而在砂泥流砂富集地域起重机械来回反复行走, 不利于场地平整和文明施工, 且锚杆成孔速度慢, 影响起重机利用率, 增加施工成本;在砂泥富集地域, 设置搅浆池也是一个难题, 传统工艺池体易坍塌和渗漏浆液, 无法保证浆液配合比, 影响注浆质量。由此将造成施工困难、质量难以保证等问题。

项目部针对以上难题通过技术革新, 采取有力措施, 研制出一套在砂泥富集地域抗浮锚杆施工的综合技术, 将遇到的问题逐一解决。

施工中锚杆搅浆池的成形使用、桩孔成孔效果、成孔后桩位定位、钢筋笼安装、锚杆锚固段固结体的质量均要求较高, 施工中除应保证质量外, 还应考虑经济效益和工期影响, 并要达到安全环保的要求。

为了解决安装锚杆时锚杆孔位无法快速定位、减少反复测量放线的工序, 通过多次试验尝试, 利用现场的钢筋废料短头加工了一套锚杆的快速定位支架 (见图1) , 利用该支架可以快速确定锚杆孔位, 减少安装时间。该定位方式比较直观, 方便观察钢筋笼安装位置, 不会因为上部扩孔而导致钢筋笼安装位置出错, 基本一次安装到位, 加快施工进度。该装置已获得国家实用新型专利授权。

1) 锚杆的快速定位支架, 包括底座、支撑杆、夹持杆, 其中, 支撑杆底部与底座转动连接, 支撑杆顶部与夹持杆转动连接, 夹持杆将锚杆抱持, 底座设于地面并使定位支架站立。支撑杆和底座之间以及支撑杆与夹持杆之间通过设置一对耳板和一根销轴而实现转动连接。该支架底座是指平板或交叉设置的直杆, 在底座的底部带有倒钩, 以使其可靠地与地面接触。使用时, 在底座上放置重物, 保持定位支架的稳定。

2) 该支架通过支撑杆和夹持杆来调节角度, 之后通过销轴锁定整个定位支架的角度以此快速对锚杆进行固定角度的引导。

3) 使用时在钻机成孔完毕、清孔结束后, 将定位支架的上部夹持杆贴紧桩孔中的钻杆, 用重物压住定位支架的底座上, 保持定位支架的稳定。就此夹持杆的中心即为桩孔的中心;然后拔出钻机钻杆、移开钻机, 移动时注意不得碰动定位支架。接着即可起吊、安装锚杆钢筋笼。

为使本工程砂泥富集的地质中锚杆钻孔减少坍塌量, 就必须将使锚杆施工区域土层固结加固, 提高土层的强度, 增加土体稳定性。抗拔锚杆施工前, 需处理场地, 将施工区域的地表水进行抽排, 便于人员作业行走、机械开行, 降低地下水和对淤泥区进行加固处理。

1) 切断外部流入锚杆施工场地内的水源。

2) 在锚杆施工场地周边挖排水沟, 在水沟中设置降水井, 井距不超过10m。

3) 在锚杆施工场地中部布置降水井, 井距不超过10m;降水井的深度与淤泥层深度相同, 深约6m。在锚杆施工前一周进行抽水作业, 降水井采用钢筋笼外围包裹钢丝网、窗纱加工而成。

4) 以锚杆桩位为中心, 进行注浆加固作业, 配置的水泥浆液中加入速凝剂、早强剂。

5) 取加固体的标准试块做抗压试验, 待强度不低于5MPa后及时进行成孔施工;如由于环境气候等因素加固体强度上升较快, 减少速凝剂等外加剂的使用, 并加快锚杆的施工速度, 防止加固体强度过高造成成孔困难。

6) 入岩钻孔时, 在孔内适量注水, 以减少钻头冲击岩层时产生的噪声和振动, 为钻头降温, 减少机械磨损。

锚杆大长钢筋笼安装通过对现有钻机机械的合理改造, 利用原有钻杆的支撑桁架杆进行加长, 增加卷扬等起吊装置, 可以在不改变原有设备性能的情况下, 增加起吊功能, 满足大长钢筋笼起吊安装要求。减少了为吊装钢筋笼另外配备起重机械的费用, 也减少了场地内设备占地面积要求, 保持施工场地整洁。

1) 根据所需安装钢筋笼长度, 加工1榀钢结构桁架。

2) 在桁架顶端内部安装一台电动卷扬机;桁架上部伸出一水平支架, 水平支架与桁架转角处设加固斜撑;水平支架上设置一定滑轮, 滑轮中穿有钢丝绳, 该钢丝绳与电动卷扬机相连, 钢丝绳端系有吊钩。

3) 电动卷扬机处电线从顶部顺桁架引至钻机动力系统。吊装装置通过桁架与钻机链条盒支架连接固定。桁架顶端采用斜拉钢丝绳拉拽至钻机机身平台, 保证架体稳定。

4) 采用的斜拉钢丝绳和定滑轮内的钢丝绳直径以及桁架的最大高度均应考虑钢筋的质量、长度、架体的高度、风荷载、机身自重等因素, 采用安全计算软件计算确定。

5) 钻孔或起吊安装作业时钻机必须将机身四角4个液压支撑打开, 支撑在地面稳固后方可施工。

6) 吊装装置连接件选用连接支脚, 连接支脚为桁架延伸出来的4根角钢, 该支脚根据与钻机的竖向主体构件形式确定连接方式, 可以采用螺栓、焊接、铆钉等方式连接 (见图2, 3) 。

传统水泥浆的搅浆池, 都是采用挖完基坑后砌筑砖砌块作为搅浆池, 由于本工程地质砂泥含量高, 土体含水量大, 池体挖完后池壁稳定性差, 砌筑完后需要一段时间养护, 否则池壁容易坍塌。该搅浆池施工方法提高了搅浆池加工速度, 可以快速投入使用, 节约工期, 并减少池体渗漏水的问题, 不影响浆液配合比, 提高锚杆加固体的质量 (见图4) 。

利用薄皮钢板及钢筋支撑, 加工成圆筒形, 安装入淤泥与流砂富集区域开挖出的基坑, 池底浇筑混凝土垫层、池顶浇筑混凝土护圈, 使加工完的池体可以快速投入使用, 且不会因为淤泥与流砂等软弱土质的影响搅浆池在使用中被变形破坏, 影响正常搅浆使用。封闭的池体内部与池外不会有渗漏水问题, 解决了浆液渗漏水后配合比不足影响注浆质量的问题, 提高了锚杆桩的质量可靠度。

1) 根据浆液需用量, 将钢板加工成圆形筒体, 钢板的厚度≥2mm, 在筒体的顶部、底部各设置1道水平十字形钢筋支撑。

2) 挖出基坑, 将筒体竖直安装放入所述基坑内, 筒体周围土方回填压实。

3) 在筒体底部浇筑混凝土底板。

4) 沿筒体的顶部浇筑水泥砂浆形成环形护圈, 护圈中预置埋件用于设置池边的防护栏杆及池顶安装钢筋篦子。

1) 注浆管应用镀锌铁丝等与锚杆钢筋绑扎后一起安装入锚杆桩孔内, 镀锌铁丝不能绑扎过紧, 防止注浆后注浆管无法松脱而导致注浆管不能拔出。注浆管安装深度应尽量同锚杆桩孔深度, 注浆过程中逐渐提拔, 拔出速度与注浆量相匹配;待最后从桩孔内冒出的注浆的浆液浓度密度达到设计要求后保持一段时间后拔出最后一段注浆管。

2) 注浆需按照一次注浆、二次或三次补浆的程序进行, 确保水泥浆液沉淀流失后及时补充。

3) 在钻孔过程中专人记录好钻入记录, 包括通过测量安装的钻杆长度计算土层深度、达到岩层后更换合金钻头后的入岩深度, 入岩深度需满足设计要求后方可终孔。

4) 钻岩岩样通过清孔时孔底返出的岩芯与地勘报告比对, 确保达到设计的岩层持力层和深度。

5) 锚杆钢筋安装、注浆结束后, 做好锚杆注浆体的养护;在施工相邻桩位锚杆时应注意对已完锚杆注浆效果的扰动, 扰动影响大的, 采取跳桩间隔施工。

本施工技术不仅只适用于抗拔锚杆工程, 其中锚杆防塌孔的施工方法、钻孔和安装一体的锚杆施工设备及其使用方法对于其他桩基成孔、注浆和钢筋笼安装工程均适用。提高了锚杆桩施工质量, 有效减少了砂泥富集地区成孔桩孔壁坍塌量、缩短了施工工期, 提高了施工效率, 节约了施工成本, 有较好的社会效益。

本技术使用现场常用的材料制作装置, 减少水泥的浪费, 减少了额外机械的使用, 减少机械使用造成燃料消耗的污染, 在节能与环境保护方面起到了积极作用。