CN103147442A - 超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，包括以下步骤：S110：施工场地范围内地下水降水施工；S120：长螺旋钻机压灌桩施工；S130：开挖第一层土方；S140：锚杆施工；S150：喷射混凝土；S160：张拉预应力锚杆；S170：开挖第二层土方；S180：重复步骤S140至S170的施工流程，依次顺序施工，直至完成需施工超深基坑的整体施工。本发明施工工艺施工周期短，工艺简易，可操作性强；能够在一定程度上解决现有的城市大型建筑在施工过程中面临的场地局限性问题。

Description

超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法

技术领域

本发明涉及深基坑开挖施工技术领域，更为具体地，涉及一种超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法。

背景技术

近些年来，随着城市建设的迅速发展，城市用地越来越紧张，为了充分提高地下空间的利用率，建筑物逐渐朝着超大、超高、超深的方面发展。超高建筑势必需要超深的基坑来作保证。

目前，深基坑的支护工程已成为高层建筑施工工程重要的分项，由于基坑土方还未开挖，基坑支护施工是完全隐蔽和半隐蔽状态发展，对深基坑支护工程技术在工程界得到大量和广泛的研究。特别是在城市中心地带施工，由于周围建筑物及管线影响制约因素大、施工场地紧张、平面尺寸大、设计支护深度大、对边坡稳定性要求高，在深基坑的开挖施工过程中经常存在如下问题：

1）容易出现开挖基坑坍塌以及变形；

2）挖深基坑时，邻建、地下构筑物和管线常常存在安全隐患；

3）传统的采用地下连续墙施工方法，投资大、安全系数较低，施工噪音也较大，要求施工场地较宽阔，不宜在城市中心地带的施工中应用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，以使得施工过程中尽量降低对相邻范围内建筑群和街道的影响，有效控制支护结构所占空间，解决以上出现的问题及现在的城市大型建筑均面临场地局限性的问题。

本发明提供的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，包括如下步骤：

S110：施工场地范围内地下水降水施工，根据施工场地范围内初见水位埋深、稳定水位埋深、地下水类型、补给来源及变化情况，结合基坑开挖深度，确定需降低水位高度；S120：长螺旋钻机压灌桩施工；先定桩孔位，接着钻头对准桩位，然后开钻清泥，最后终孔泵压混凝土；S130：开挖第一层土方；S140：锚杆施工；先钻机钻进与清孔，然后锚杆制作与安装，最后注浆；S150：喷射混凝土；先准备原材料，接着清除浮土，然后安装钢筋网片和喷射砼设备，最后进行喷射作业；S160：张拉预应力锚杆；先轴向力进行预张拉，然后逐级加荷，直至预定荷载，最后卸荷至80%预定值锁定；S170：开挖第二层土方；S180：重复步骤S140至S170的施工流程，依次顺序施工，直至完成需施工超深基坑的整体施工。

此外，优选的方案是，在步骤S110中，根据所确定的需降低水位高度确定降水井眼数、距离、深度及布置方式。

此外，优选的方案是，在步骤S120中，长螺旋钻机压灌桩施工过程包括如下步骤：

S121：测量放线定出桩孔位；

S122：钻机就位，钻头对准桩位；

S123：开钻、清泥；钻杆垂直，根据电流变化提升排土，在钻至设计标高时将钻杆周围土方清除干净；

S124：终孔、泵压混凝土；在钻至设计标高时，预提钻杆，启动混凝土输送泵将砼通过管路、钻具压灌至钻孔内，并且在泵送砼的过程中上拔钻具，保持钻头在砼面1m以下。

此外，优选的方案是，在步骤S120中，长螺旋钻孔压灌桩的桩径设计为800mm，桩间距为1400mm，桩身混凝土强度等级C30，桩内纵向钢筋采用16Φ25，桩体箍筋采用Φ8150。

此外，优选的方案是，步骤S140的锚杆施工过程包括：

S141：钻机钻进与清孔；钻头对准锚杆孔孔位标识下钻，钻孔深度不小于杆体有效长度，并不大于设计孔深200mm，清孔采用往复式压浆泵进行大泵量清孔；

S142：锚杆制作与安装；采用涂防锈油并外包二层塑料薄膜的处理锚杆自由段，在锚杆锚固段设置定位架，安插锚杆前戴上托板、螺帽，防止插杆过程中浆液污染杆体丝口；

S143：注浆；采用两次注浆，第一次注浆包括锚固段注浆和自由段注浆，其中，锚固段注浆为顺着钻杆注浆，水泥浆通过钻杆送到锚孔底部，当水泥浆灌注到接近锚杆自由段时，停止注浆，并开动钻机卸掉上部的钻杆，然后开始自由段注浆；第二次注浆与第一次注浆的间隔时间为8～12h。

此外，优选的方案是，在步骤S140的锚杆施工过程中，设计四道锚杆，锚杆斜向下15度，采用7Φ5规格低松弛高强度钢绞线，施加预应力200～250KN，钢腰梁采用［25b槽钢。

此外，优选的方案是，在步骤S150中，喷射混凝土施工工艺流程包括：

S151：根据设计要求准备原材料；

S152：清除坡表面浮土；

S153：安装钢筋网片；

S154：安装喷射砼的机械设备；

S155：喷射作业。

此外，优选的方案是，在步骤S160的张拉预应力锚杆过程中，

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，达到预定荷载并稳定10min后，卸荷至80%预定值锁定。

此外，优选的方案是，在步骤S160的锁定过程中，采用锚杆预定承载力进行校核。

从上面的技术方案可知，与传统的施工方法相比，本发明提供的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法能达到以下有益效果：

1）将压灌桩、钢梁、锚杆形成一个整体的受力体系，结构合理；

2）该施工工艺施工周期短，工艺简易，可操作性强；

3）施工过程中产生的施工噪音相对较小，适合在人口稠密地区进行施工，工期要求紧时可安排夜间施工，对附近居民的生活影响有限；

4）施工过程中，每完成一道锚杆施工，再进行下层土方开挖，而后施工下一道锚杆，顺序作业，组织有序，机械化作业程度高，安全保证系数高；

5）工程造价合理，相比于地下连续墙施工工艺，该工艺技术既能达到设计要求的支护深度，又能大幅节约工程投资。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法流程示意图；

图2为根据本发明实施例的压灌桩与预应力锚杆联合支护体系图；

图3-1为根据本发明实施例的支护钢筋笼配筋图；

图3-2为根据本发明实施例的压灌桩桩体俯视图。

其中的附图标记包括：挡水墙1、安全围栏2、排水沟3、围栏基础4、坡面挂网喷射砼5、冠梁6、降水井7、支护桩钢筋笼8、长螺旋压灌桩9。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1为根据本发明实施例的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法流程示意图。如图1所示，本发明超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，包括以下步骤：

S110：施工场地范围内地下水降水施工；根据施工场地范围内初见水位埋深、稳定水位埋深、地下水类型、补给来源及变化情况，结合基坑开挖深度，确定需降低水位高度；

S120：长螺旋钻机压灌桩施工；先定桩孔位，接着钻头对准桩位，然后开钻清泥，最后终孔泵压混凝土；

S130：开挖第一层土方；

S140：锚杆施工；先钻机钻进与清孔，然后锚杆制作与安装，最后注浆；

S150：喷射混凝土；先准备原材料，接着清除浮土，然后安装钢筋网片和喷射砼设备，最后进行喷射作业；

S160：张拉预应力锚杆；先轴向力进行预张拉，然后逐级加荷，直至预定荷载，最后卸荷至80%预定值锁定；

S170：开挖第二层土方；

S180：重复步骤S140至S170的施工流程，依次顺序施工，直至完成需施工超深基坑的整体施工。

在上述超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法的步骤S110中，地下水降水施工，首先勘察施工期间场地范围内地下水情况，根据初见水位埋深、稳定水位埋深、地下水类型、补给来源及变化情况等资料，结合基坑开挖深度，确定需降低水位高度。最后根据《建筑与市政降水工程技术规范》计算降水设计，确定降水井眼数、距离、深度及布置方式。

图2示出了根据本发明实施例的压灌桩与预应力锚杆联合支护体系图；图3-1和图3-2分别示出了根据本发明实施例的支护钢筋笼配筋图和压灌桩桩体俯视图。在图2、图3-1和图3-2所示的实施例中，中部虚线部分为降水井7的位置，挡水墙1、安全围栏2、排水沟3和围栏基础4都在降水井7的左侧。

在支护施工方法步骤S120中，长螺旋钻孔压灌桩施工，支护桩采用长螺旋钻孔压灌桩9，长螺旋钻孔压灌桩9中包括支护桩钢筋笼8，支护桩钢筋笼8由向钢筋和桩体箍筋组成。在如图2、图3-1和图3-2所示的实施例中，长螺旋钻孔压灌桩9采用Φ8001400（桩径设计为800mm，桩间距为1400mm），桩身混凝土强度等级C30，桩内纵向钢筋采用16Φ25，桩体箍筋采用Φ8150。

其中，长螺旋钻机压灌桩施工具体包括如下步骤：

S121：测量放线定出桩孔位；首先根据甲方给出的轴线，定出各轴线的位置。请监理及甲方人员对轴线复测合格后，做好复测记录，确定无误后再根据放出的轴线放出桩孔位，并做好标记（在本具体实施方式中，用钢钎打入地下200mm，而后灌入白灰）。

S122：钻机就位；每根桩就位前核对图纸与桩位，确保就位符合设计要求。钻机必须铺垫平稳，确保机身平整，钻杆垂直稳定牢固，垂直度控制在1.5%以内，钻头对准桩位。

S123：开钻、清泥；首先，在开钻前需要先检查钻头上的楔形出料口是否闭合，严禁开口钻进，在本发明实施例中，钻头直径控制在800±20mm。钻尖接触地面时，下钻速度要慢，钻进速度为1.0～1.5m/min或根据试桩确定。成孔过程中，一般不得反转和提升钻杆，如需提升钻杆或反转应将钻杆提升至地面，对钻尖开启门须重新清洗、调试、封口。进入软硬层交界时，要保证钻杆垂直，缓慢进入；在含有砖块、杂填土层或含水量较大的软塑性土层钻进时，尽量减少钻杆晃动，以免孔径变化异常。

另外，钻进时还需要注意电流变化状态，电流值超越操作规程时，及时提升排土，直至电流变化为正常状态。钻出的土随钻随清，钻至设计标高时，应将钻杆周围土方清除干净，钻进过程中随时检查钻杆垂直度，确保钻杆垂直，并作好记录。

S124：终孔、泵压混凝土；钻到设计标高后，由质检人员进行终孔验收，经验收合格并作好记录后，进行压灌混凝土作业。在本具体实施方式中，成孔后，可以先将钻杆预提200mm左右，然后启动混凝土输送泵，保持压力3～4Mpa，将砼通过管路、钻具压灌到孔内，边泵送边缓慢上拔钻具，钻具提升速度要与泵送速度相适应,应始终保持钻头在砼面1m以下，以防止缩径、断桩（必要时可采用复打式处理，保证桩不缩径）。一般提升速度为2m/min或现场试桩确定。钻头提到孔口时，适当埋入一定深度，确保桩头部位超灌高度和桩径达到设计要求，待新鲜混凝土溢出时方可提出钻具。在本发明实施例中，混凝土充盈系数控制在1.05～1.20之间。

在支护施工方法步骤S130中，开挖第一层土方，在本发明实施例中，第一层土方的深度为5m。

在支护施工方法步骤S140中，锚杆施工，冠梁6截面尺寸1000mm×500mm，混凝土强度等级C30，在本发明实施例中设计四道锚杆，锚杆斜向下15度，采用7Φ5规格低松弛高强度钢绞线（1860级），施加预应力200～250KN，钢腰梁采用［25b槽钢。在本发明实施例中的设计有四锚杆，长度分别为28m，33m，33m和25m。

锚杆施工过程包括如下步骤：

S141：钻机钻进与清孔，锚杆钻机就位时应准确，底座垫平，钻杆的倾斜角度用罗盘校核，角度偏差不大于2°，高差不超过30mm。成孔施工前在场地中挖好排水沟3，以避免因泥浆随意排放而影响施工。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，在施钻时需要由当班技术员用地质罗盘控制钻杆方向。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。锚杆钻机钻进过程中，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。清孔采用往复式压浆泵进行大泵量清孔3～5min，把孔内沉渣和孔壁泥皮冲洗干净，孔底沉渣小于等于300mm。

S142：锚杆制作与安装；钻孔的同时可进行锚杆加工制作，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。在锚杆制作中，锚杆锚固段设置定位架，定位架间距为2m，外径小于钻孔直径10mm。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，当丝口被污染时要及时清理。

S143：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。第一次注浆分锚固段注浆和自由段注浆。锚固段注浆是顺着钻杆注浆，水泥浆液通过钻杆送到锚孔底部。注浆压力开始为0.5Mpa逐渐加大至2.0Mpa；水泥浆液从钻头底部顺着已扰动的地层充填和包裹锚固段的锚杆。当水泥浆灌注到锚杆自由段附近时，停止注浆，并开动钻机卸掉上部的钻杆。接着开始自由段注浆，注浆压力约为0.5Mpa，随着灌注的水泥浆液的上升，慢慢拔出一次注浆管和起拔孔内套管。第二次注浆与第一次注浆的间隔时间在8～12h为宜。第二次注浆的压力从2.5Mpa注浆升高，直到注不进浆液为止。注浆过程采用稳定的低～中等灌浆速率，在灌浆全过程中逐渐提高压力，使浆液向土体逐渐扩散。

在支护施工方法步骤S150中，喷射混凝土的施工工艺流程如下：

S151：根据设计要求准备各种原材料；

S152：清除坡表面浮土；

S153：安装钢筋网片；

S154：安装喷射砼各种机械设备（空压机设备、砼喷射机）；

S155：喷射作业。

在上述S155喷射作业时注意控制喷射砼作业的回弹率，墙面不宜大于20%。落地的回弹料及时收集并打碎，防止结块。回弹料应过筛分类，其粒径满足有关规程要求的可再利用，已污染的回弹料不得再用于结构加固。根据气温情况，可适当采用墙面洒水养护。喷射砼厚度达到设计要求后，应刮抹修平，且在砼初凝后及时进行。修平时不得扰动新鲜砼的内部结构及其与基层的粘结。

在本发明实施例中的坡面挂网喷射砼5厚度为70mm。

在支护施工方法步骤S160中，张拉预应力锚杆；锚杆养护8d～10d后，当锚固体强度大于15Mpa，并不小于预定强度的75％时，方可进行预张拉。张拉预应力锚杆过程包括：

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，达到预定荷载并稳定10min后，卸荷至80%预定值锁定。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。

在支护施工方法步骤S170中，开挖第二层土方，在本实施例中，第二层土方的深度为3m。

在支护施工方法步骤S180中，依次顺序施工。依次顺序施工指重复步骤S140至S170的施工流程，即每完成一道锚杆施工，再进行下层土方开挖，而后施工下一道锚杆，直至完成需施工超深基坑的整体施工。

在本发明实施例中，由于设计了四道锚杆，因此，在前述的步骤S140至S170的施工完成一道锚杆的施工之后，还需要三次重复步骤S140至步骤S170，依次完成对第二层、第三层、第四层和第五层的土方开挖过程和第二排、第三排和第四排锚杆安装施工过程，完成超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法整体施工过程。

通过上述实施方式可以看出，本发明所述超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，运用压灌桩与预应力锚杆联合支护体系，将压灌桩、钢梁、锚杆形成一个整体的受力体系，结构合理；本施工方法有着施工周期短，工艺简易，可操作性强等技术优点。

另外，根据本发明提供的施工方法，压灌桩及预应力锚杆施工过程中产生的施工噪音相对较小，适合在人口稠密地区进行施工，工期要求紧时可安排夜间施工，对附近居民的生活影响较小；本方法施工过程中，每完成一道锚杆施工，再进行下层土方开挖，而后施工下一道锚杆，顺序作业，组织有序，机械化作业程度高，安全保证系数高。工程造价合理，相比于地下连续墙施工工艺，该工艺技术既能达到设计要求的支护深度，又能大幅节约工程投资，是一种理想的超深基坑支护技术。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S110：施工场地范围内地下水降水施工；根据施工场地范围内初见水位埋深、稳定水位埋深、地下水类型、补给来源及变化情况，结合基坑开挖深度，确定需降低水位高度；

S120：长螺旋钻机压灌桩施工；先定桩孔位，接着钻头对准桩位，然后开钻清泥，最后终孔泵压混凝土；

S130：开挖第一层土方；

S140：锚杆施工；先钻机钻进与清孔，然后锚杆制作与安装，最后注浆；

S150：喷射混凝土；先准备原材料，接着清除浮土，然后安装钢筋网片和喷射砼设备，最后进行喷射作业；

S160：张拉预应力锚杆；先轴向力进行预张拉，然后逐级加荷，直至预定荷载，最后卸荷至80%预定值锁定；

S170：开挖第二层土方；

S180：重复步骤S140至S170的施工流程，依次顺序施工，直至完成需施工超深基坑的整体施工。

2.如权利要求1所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，在所述步骤S110中，根据所确定的需降低水位高度确定降水井眼数、距离、深度及布置方式。

3.如权利要求1所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，所述步骤S120的长螺旋钻机压灌桩施工过程包括如下步骤：

S121：测量放线定出桩孔位；

S122：钻机就位，钻头对准桩位；

S123：开钻、清泥；钻杆垂直，根据电流变化提升排土，在钻至设计标高时将钻杆周围土方清除干净；

S124：终孔、泵压混凝土；在钻至设计标高时，预提钻杆，启动混凝土输送泵将砼通过管路、钻具压灌至钻孔内，并且在泵送砼的过程中上拔钻具，保持钻头在砼面1m以下。

4.如权利要求3所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，所述长螺旋钻孔压灌桩的桩径设计为800mm，桩间距为1400mm，桩身混凝土强度等级C30，桩内纵向钢筋采用16Φ25，桩体箍筋采用Φ8150。

5.如权利要求1所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，在所述步骤S140的锚杆施工过程中，包括：

S141：钻机钻进与清孔；钻头对准锚杆孔孔位标识下钻，钻孔深度不小于杆体有效长度，并不大于设计孔深200mm，清孔采用往复式压浆泵进行大泵量清孔；

S142：锚杆制作与安装；采用涂防锈油并外包二层塑料薄膜的处理锚杆自由段，在锚杆锚固段设置定位架，安插锚杆前戴上托板、螺帽，防止插杆过程中浆液污染杆体丝口；

S143：注浆；采用两次注浆，第一次注浆包括锚固段注浆和自由段注浆，其中，所述锚固段注浆为顺着钻杆注浆，水泥浆通过钻杆送到锚孔底部，当水泥浆灌注到接近所述锚杆自由段时，停止注浆，并开动钻机卸掉上部的钻杆，然后开始自由段注浆；第二次注浆与第一次注浆的间隔时间为8～12h。

6.如权利要求5所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，在所述步骤S140的锚杆施工过程中，设计四道锚杆，锚杆斜向下15度，采用7Φ5规格低松弛高强度钢绞线，施加预应力200～250KN，钢腰梁采用［25b槽钢。

7.如权利要求1所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，在所述步骤S150中，所述喷射混凝土施工工艺流程包括：

S151：根据设计要求准备原材料；

S152：清除坡表面浮土；

S153：安装钢筋网片；

S154：安装喷射砼的机械设备；

S155：喷射作业。

8.如权利要求1所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，在所述步骤S160的张拉预应力锚杆过程中，

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，并待变形稳定后进行下一级荷载的张拉，达到预定荷载并稳定10min后，卸荷至80%预定值锁定。

9.如权利要求8所述的超深基坑压灌桩与预应力锚杆联合支护施工方法，其中，在所述锁定过程中，采用锚杆预定承载力进行校核。

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