CN103669347A - 一种水下锚杆施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下锚杆施工方法，通过水上平台的设置、钻孔放样、水下套管的安装，然后在套管内钻孔形成锚杆安装孔，再通过钻杆进行水下锚杆安装、孔口阻塞封闭、水下锚杆注浆、退除钻杆等工序流程，对处于水下的水工建筑物进行锚杆施工。本发明使得水下建筑物需要修复或者加固的情况下，可以直接在有水的条件下进行施工，满足工程实际的需要。

Description

一种水下锚杆施工方法

技术领域

本发明涉及水工建筑施工技术领域，具体为一种水下锚杆施工方法。 

背景技术

在南水北调中线工程配套项目兴隆水利枢纽施工中，由于未按计划破堰施工，基坑非正常进水导致电站引水渠混凝土底板扰动破坏。引水渠基础全部为粉细砂层，混凝土底板扰动后，底部的粉细砂随涌水流动，部分混凝土底板抬动或塌陷破坏，底板下部可能存在粉细砂流失后形成的局部空腔。

由于基坑已经进水，对电站引水渠底板的修复只能在水下进行施工。水下修复施工主要包括清除底板上的淤砂、对抬动混凝土板拆除、塌陷区域回填等工序，最后采用25cm厚模袋混凝土对引水区底板进行整体覆盖。考虑到模袋混凝土和原混凝土底板之间存在为清除干净的粉细淤砂层，抗滑系数较低，另外混凝土底板下部可能存在局部的脱孔区域，需要在引水渠表面布置锚杆，增加模袋混凝土的抗滑性，并尽可能对底部脱孔区进行充填注浆。 

发明内容

 本发明的目的是提供一种水下锚杆施工方法，能够克服现有工程条件的限制，采用水上施工平台在水深20m左右的模袋混凝土表面进行钻孔注浆安装水下锚杆。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水下锚杆施工方法，具体包括以下步骤：

1）施工平台定位   在待施工点上方的水面上设置水上施工平台，用于放置钻机及灌浆泵；

2）钻孔放样   在原混凝土底板上方的模袋混凝土层进行钻孔放样，确定钻孔孔位；

3）水下套管安装  孔位放样完毕后，先在套管底部安装同口径钻头，采用套管根据孔位直接钻孔，套管直径大于锚杆孔孔径，当钻头钻入模袋混凝土层10～15cm后停止钻孔，将套管水上管口固定；这样套管底端的金刚石钻头嵌入混凝土中，顶端露出水面，形成一个水底至水面的水下套管孔；

4）钻孔  选取比套管管径小的钻杆及钻头，穿过套管孔进行钻孔，所钻孔为锚杆孔，锚杆孔依次穿过模袋混凝土层、碎石层、钢筋混凝土板层，其中穿过钢筋混凝土板层后继续钻入细砂层或者基岩层中；钻入的具体深度根据实际情况进行确定，一般细砂层的深度为1.5m以上，基岩层为5m左右。

5）水下锚杆安装  钻孔完毕后提起钻杆及钻头，在钻杆底端连接中空锚杆，钻杆底端的外层设有可卡紧锚杆孔的橡胶塞和限位板，钻机钻杆带动锚杆钻入步骤4）中所述的粉细砂层，水下锚杆安装到位；

6）注浆  通过钻机的机身钻杆将水下锚杆下压，锚杆孔口的阻塞器配合限位板变形将孔口阻塞，然后通过灌浆泵及钻杆对水下中空锚杆进行注浆，充填锚杆孔内的空隙以及混凝土板底的脱孔区；

7）退除钻杆及套管  注浆结束后，将水下锚杆与钻杆分离，拆除钻杆及套管，完成水下锚杆的施工。

进一步的，步骤1）中所述的水上施工平台采用浮筒制成。

步骤2）所述钻孔放样时，水上施工平台在水面没有参考定位的设施，为了方便定位，可采取GPS和激光测距仪进行水面量测确定钻孔的位置。

所述的水下套管的上方设有限位圈，该限位圈可依托附近的施工平台设置，用于防止套管在平面方向移动过大，致使管底被破坏。

步骤3）中套管底部安装的钻头为金刚石钻头。

步骤6）中注浆时选用水灰比为0.5～0.8：1的水泥浆进行灌注。可先用较稀的浆液灌注，达到充分渗透的目的，后逐步提高浆液浓度，采用浓浆封孔，灌浆效果好。

所述中空锚杆上设有单向止退装置，通过其控制锚杆的单向转动。

具体施工中还可以根据需要调整套管、钻杆及钻头的大小，其中套杆的内径大于钻杆的外径。

所述中空锚杆上设有单向止退装置，通过其控制锚杆的单向转动，所述单向止退装置及即在中空锚杆的外壁上设置至少一片直角三角钢板；其中一条直角边位于锚杆上，与锚杆的轴线方向平行，另一条直接边与锚杆外壁相切，且该直角边的长度使得锚杆安装到锚杆孔内后该直角边处于紧撑状态，以此可以控制锚杆的单向转动。

传统的锚杆施工均是在无水干地条件下直接施工作业，本发明通过先安装水下套管，在套管内钻孔形成锚杆安装孔，然后通过钻杆进行水下锚杆安装、孔口阻塞封闭、水下锚杆注浆、退除钻杆等工序流程，对处于水下的水工建筑物进行锚杆施工。本发明使得水下建筑物需要修复或者加固的情况下，可以直接在有水的条件下进行施工，满足工程实际的需要。 

附图说明

图1是本明发实施例1中的施工状态图。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1：

兴隆水利枢纽施工中，电站引水渠混凝土底板扰动破坏，部分混凝土底板抬动破坏，底板下部存在粉细砂流失后形成的局部空腔，进行水下修复后需要在引水渠表面布置锚杆进行加固。如图1所示，其锚杆布置的具体步骤为：

1）施工平台定位   在待施工点的水面上设置水上施工平台1，用于放置钻机及灌浆泵；

2）钻孔放样   在原混凝土底板上方的模袋混凝土层进行钻孔放样，确定钻孔孔位；

3）水下套管安装   孔位放样完毕后，先采用φ90mm套管2作为钻杆，并在套管底部安装φ90mm金刚石钻头，钻入模袋混凝土层3 中10cm，将套管的底部固定在该混凝土层内，套管的顶端露出水面，并依托附近的墩船设置用于防止套管在平面方向过大移动的限位圈，形成一个水底至水面的水下套管孔； 

4）钻孔  选取比套管管径小的钻杆及钻头，其中钻杆4的直径为50mm，钻头为75mm，穿过套管孔进行钻孔，钻孔依次穿过模袋混凝土层3、碎石层5、钢筋混凝土板6进入粉细沙层7中1.5-1.6m；

5）水下锚杆安装  钻孔完毕后提起钻杆及钻头，在钻杆底端连接中空锚杆8，钻杆底端的外层设有可卡紧锚杆孔的橡胶塞9和限位板10，钻机钻杆带动锚杆钻入步骤4）中所述的粉细砂层，橡胶塞9的外径大于锚杆孔的孔径，橡胶塞接触锚杆孔的孔口时，由于限位板的配合进行变形，卡紧锚杆孔，使得水下锚杆安装到位，水下锚杆上设有控制其单向转动的单向止退装置11，使得锚杆仅能配合钻杆正向旋转下压；

6）注浆  通过钻机的机身钻杆将水下锚杆下压，锚杆孔口的阻塞器配合限位板变形将孔口阻塞，然后通过灌浆泵及钻杆对水下中空锚杆进行注浆，充填锚杆孔内的空隙以及混凝土板底的脱孔区，所用的水泥浆的水灰比为0.5：1；

7）退除钻杆及套管  此时锚杆的单向止退装置在锚杆孔壁上卡紧限制锚杆旋转，使得将水下锚杆与钻杆分离，拆除钻杆及套管，完成水下锚杆的施工。

施工结果表述：在水下锚杆施工结束后，通过潜水员对水下锚杆施工质量进行检查，锚杆在孔口和模袋混凝土平齐，安装位置准确。另外通过钻孔取芯检查灌注水泥浆质量，锚杆孔内水泥浆充填饱满。证明本方案中锚杆施工技术取得了很好的效果，满足了工程实际需要。

实施例2：

在古洞口水库工程中下游消力池部位，消力池底板混凝土底板经过长期冲刷遭受破坏，经过检查发现消力池底板混凝土和基岩之间曾在脱孔层，需要对脱孔区域进行灌浆以及布置锚杆加固，全部施工区域位于水下。具体的水下锚杆施工及灌浆方法如下：

1）施工平台定位   在待施工点的水面上设置水上施工平台，用于放置钻机及灌浆泵；

2）钻孔放样   在原消力池底板混凝土受损位置进行钻孔放样，确定钻孔孔位；

3）水下套管安装   孔位放样完毕后，先采用套管作为钻杆，并在套管底部安装金刚石钻头，钻入消力池底板混凝土层中15cm，将套管的底部固定在该混凝土层内，套管的顶端露出水面，并依托附近的水上施工平台设置用于防止套管在平面方向过大移动的限位圈，形成一个水底至水面的水下套管孔； 

4）钻孔  选取比套管管径小的钻杆及钻头，穿过套管孔进行钻孔，钻孔依次穿过底板混凝土层进入基岩层中5m；

5）水下锚杆安装  钻孔完毕后提起钻杆及钻头，在钻杆底端连接中空锚杆，钻杆底端的外层设有可卡紧锚杆孔的橡胶塞和限位板，钻机钻杆带动锚杆钻入锚杆孔内，橡胶塞的外径大于锚杆孔的孔径，橡胶塞接触锚杆孔的孔口时，由于限位板的配合进行变形，卡紧锚杆孔，使得水下锚杆安装到位，水下锚杆上设有控制其单向转动的单向止退装置，使得锚杆仅能配合钻杆正向旋转下压；

6）注浆  通过钻机的机身钻杆将水下锚杆下压，锚杆孔口的阻塞器配合限位板变形将孔口阻塞，然后通过灌浆泵及钻杆对水下中空锚杆进行注浆，充填锚杆孔内的空隙以及混凝土板底的脱孔区，所用的水泥浆的水灰比为0.7：1；

7）退除钻杆及套管  此时锚杆的单向止退装置在锚杆孔壁上卡紧限制锚杆旋转，使得将水下锚杆与钻杆分离，拆除钻杆及套管，完成水下锚杆的施工。由于位于消力池部位，为防止锚杆孔被高速水流冲刷破坏，对每个锚杆孔口有潜水员采用水下环氧胶泥封孔。

在对消力池底板混凝土采取水下锚杆加固施工结束后，通过取芯检查，混凝土底板下的脱空层灌注饱满；钻孔对水下锚杆施工质量进行检查，锚杆孔内水泥浆结石充填饱满，锚杆施工质量良好。

实施例3：

兴隆水利枢纽施工中，电站引水渠混凝土底板扰动破坏，部分混凝土底板抬动破坏，底板下部存在粉细砂流失后形成的局部空腔，进行水下修复后需要在引水渠表面布置锚杆进行加固。如图1所示，其锚杆布置的具体步骤为：

1）施工平台定位   在待施工点的水面上设置水上施工平台，用于放置钻机及灌浆泵；

2）钻孔放样   在原混凝土底板上方的模袋混凝土层进行钻孔放样，确定钻孔孔位；

3）水下套管安装   孔位放样完毕后，先采用套管作为钻杆，并在套管底部安装金刚石钻头，钻入模袋混凝土层中12cm，将套管的底部固定在该混凝土层内，套管的顶端露出水面，并依托附近的墩船设置用于防止套管在平面方向过大移动的限位圈，形成一个水底至水面的水下套管孔； 

4）钻孔  选取比套管管径小的钻杆及钻头，穿过套管孔进行钻孔，钻孔依次穿过模袋混凝土层、碎石层、钢筋混凝土板进入粉细沙层中2m；

5）水下锚杆安装  钻孔完毕后提起钻杆及钻头，在钻杆底端连接中空锚杆，钻杆底端的外层设有可卡紧锚杆孔的橡胶塞和限位板，钻机钻杆带动锚杆钻入步骤4）中所述的粉细砂层，橡胶塞的外径大于锚杆孔的孔径，橡胶塞接触锚杆孔的孔口时，由于限位板的配合进行变形，卡紧锚杆孔，使得水下锚杆安装到位，水下锚杆上设有控制其单向转动的单向止退装置，使得锚杆仅能配合钻杆正向旋转下压；

6）注浆  通过钻机的机身钻杆将水下锚杆下压，锚杆孔口的阻塞器配合限位板变形将孔口阻塞，然后通过灌浆泵及钻杆对水下中空锚杆进行注浆，充填锚杆孔内的空隙以及混凝土板底的脱孔区，先用水灰比为0.8：1的水泥浆进行灌注，使得水泥浆能够充分渗入细砂层中，后逐步提高浆液浓度至水灰比为0.5：1，进行封孔；

7）退除钻杆及套管  此时锚杆的单向止退装置在锚杆孔壁上卡紧限制锚杆旋转，使得将水下锚杆与钻杆分离，拆除钻杆及套管，完成水下锚杆的施工。

在水下锚杆施工结束后，通过潜水员对水下锚杆施工质量进行检查，锚杆在孔口和模袋混凝土平齐，安装位置准确。另外通过钻孔取芯检查灌注水泥浆质量，锚杆孔内水泥浆充填饱满。证明本方案中锚杆施工技术取得了很好的效果，满足了工程实际需要。

Claims (8)

1.一种水下锚杆施工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

1）施工平台定位   在待施工点上方的水面上设置水上施工平台，用于放置钻机及灌浆泵；

2）钻孔放样   在原混凝土底板上方的模袋混凝土层进行钻孔放样，确定钻孔孔位；

3）水下套管安装  孔位放样完毕后，先在套管底部安装同口径钻头，采用套管根据孔位直接钻孔，套管直径大于锚杆孔孔径，当钻头钻入模袋混凝土层10～15cm后停止钻孔，将套管水上管口固定；这样套管底端的金刚石钻头嵌入混凝土中，顶端露出水面，形成一个水底至水面的水下套管孔；

4）钻孔  选取比套管管径小的钻杆及钻头，穿过套管孔进行钻孔，所钻孔为锚杆孔，锚杆孔依次穿过模袋混凝土层、碎石层、钢筋混凝土板后进入粉细沙层，其中钻入粉细沙层中的深度为1.5～1.6m；

5）水下锚杆安装  钻孔完毕后提起钻杆及钻头，在钻杆底端连接中空锚杆，钻杆底端的外层设有可卡紧锚杆孔的橡胶塞和限位板，钻机钻杆带动锚杆钻入步骤4）中所述的粉细砂层，水下锚杆安装到位；

6）注浆  通过钻机的机身钻杆将水下锚杆下压，锚杆孔口的阻塞器配合限位板变形将孔口阻塞，然后通过灌浆泵及钻杆对水下中空锚杆进行注浆，充填锚杆孔内的空隙以及混凝土板底的脱孔区；

7）退除钻杆及套管  注浆结束后，将水下锚杆与钻杆分离，拆除钻杆及套管，完成水下锚杆的施工。

2.根据权利要求1所述的水下锚杆施工方法，其特征在于：步骤1）中所述的水上施工平台采用浮筒制成。

3.根据权利要求1所述的水下锚杆施工方法，其特征在于：步骤2）所述钻孔放样时，采取GPS和激光测距仪进行水面量测确定钻孔的位置。

4.根据权利要求1所述的水下锚杆施工方法，其特征在于：所述的水下套管的上方设有限位圈。

5.根据权利要求1所述的水下锚杆施工方法，其特征在于：步骤3）中套管底部安装的钻头为金刚石钻头。

6.根据权利要求1所述的水下锚杆施工方法，其特征在于：步骤6）中注浆时选用水灰比为0.5～0.7：1的水泥浆进行灌注。

7.根据权利要求1-6之一所述的水下锚杆施工方法，其特征在于：所述中空锚杆上设有单向止退装置，通过其控制锚杆的单向转动。

8.根据权利要求1-6之一所述的水下锚杆施工方法，其特征在于：步骤3）中水下套管的直径为90mm，步骤4）中钻孔时，采用φ50mm的钻杆配φ75mm的金刚石钻头进行钻孔。

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