CN108842764B - 一种旋转搅拌式锚管施工方法 - Google Patents

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    • E02D2300/0029Steel; Iron

Abstract

本发明公开了一种旋转搅拌式锚管施工方法,适用于强风化、全风化岩土体、砂土层和粒径小于5 mm的砂卵石层等多种土层,以及适用于含少量粒径小于50 mm的块石类地层土体的基坑支护结构施工,既可以应用于基坑支护时的锚固,也适用于以上相应地质土层的抗浮锚固桩施工;本发明所提供的旋转搅拌式锚管施工方法基于土力学土钉支护体系的计算原理,在既有的土质参数条件下,通过如何加大锚管体体表面积和增大注浆压力提高注浆体对周围土体的压实粘结力方面下功夫,借一次成品等工艺减少对土体的二次扰动来增加锚固体的摩擦阻力,同时通过方法和机具的改进来减少施工难度,并且使之达到传统长土钉施工时不能到达的长度众多优点。

Description

一种旋转搅拌式锚管施工方法
技术领域
本发明涉及一种建筑施工方法,尤其是涉及一种旋转搅拌式锚管施工方法。
背景技术
在全面推进城镇化建设的背景下,城市土地资源日趋紧张。城市建设依靠地上空间建筑的体量已远远不能满足城市开发和建设的需求,开发地下大面积空间的建筑设计应运而生,开放式深基坑工程已被广泛应用于市政工程和各类建筑工程领域,基坑支护在基坑施工安全管理中的作用也越来越受到重视。作为应对于各类复杂多变地质的深基坑支护体系,锚管土钉墙、复合土钉墙是其中较为常用的一种支护结构。但由于地层多变复杂、传统的施工工艺技术落后、相应使用的机具长期得不到创新改进等诸多原因,致使土钉支护应用范围受到一定的限制。如软土地层中采用钢管注浆土钉,土钉设计长度超过9米时,击入困难,当应用于砂卵石层、全风化、强风化的基岩等土层时,施工难度大,且在这些易坍孔土层施工成孔后,钢筋植入困难,施工质量难以保障,受这些因素的影响,传统的土钉支护体系在施工后其效用难以达到理想的设计效果。
发明内容
本发明的目的在于,针对现有技术中存在的不足,提供一种旋转搅拌式锚管施工方法。
为此,本发明的上述目的通过以下技术方案来实现:
一种旋转搅拌式锚管施工方法,所述旋转搅拌式锚管施工方法包括如下步骤:
(1)旋转搅拌式锚管的工程设计
土钉锚管支护的设计与一般土钉的设计相似,为发挥旋转搅拌式锚管的作用以适应不同的地层,锚固体直径的选择以施工情况下钢管旋转搅拌时不扭断为原则,一般按以下几方面进行锚管锚固体直径选用,土钉锚管包括锚固体和锚管:
1)在软土地层中,锚固体一般应采用大直径;
2)硬塑、坚塑粘土、黄土、砂土锚固体直径建议150~200mm;
3)在砂卵石层、强风化、全风化岩层中,锚固体直径建议70~150mm;
具体至本地区的工程,则应先分析工程地质报告,确定适用可行性,其主要从以下几方面考虑:
1)工程地质条件适用性;
2)基坑开挖深度与总体支护形式是否相适用;
3)锚管长度与红线关系,若不能超红线时锚管长度是否足够;
4)锚管施工影响范围是否有管线,确定是否能用锚管施工;
5)根据地质条件,选择合适的施工孔径或锚固体直径;
根据以往本地区设计施工经验确定旋转搅拌式锚管的长度、锚固体直径、锚管的布置形式,并用设计软件进行复核,若不能满足要求和过于保守,则进行调整,直到经济合理并安全可靠;
(2)旋转搅拌式锚管的施工准备
旋转搅拌式锚管的施工准备从人、材、机和现场施工组织多个方面进行系统的准备,并应对旋转搅拌式锚管影响深度与宽度范围内对基坑周边环境与管线进行调查,明确地下管线的位置、埋深、走向,确定锚管施工是否会对其造成影响;
1)人员准备
现场施工操作、指挥人员在进入施工现场前应进行三级安全技术交底,明确施工现场安全注意事项,对施工控制节点进行明确,并牢记各节点参数后方可进入施工点进行施工操作;
2)机械准备
机械准备包括锚管机的检修与调试,水泥浆制备设备的安装、调试,送浆设备的安装调试与送浆管的连接,全部就位后应先进行联机调试,并进一步对用电设备进行用电接线检查、漏保安全性试验检查合格后方可进行正常施工;
3)材料准备
施工材料主要为钢管、钢筋、水泥,材料进场后按要求送检,送检合格后方可使用;施工材料应准备充足,对水泥应进行防尘防护,减少扬灰;钢材应进行除锈处理,并应堆放整齐;
4)现场施工组织
现场施工组织包括场内的施工行走路线,与其它施工班组的协调与沟通,确定施工计划,确定旋转搅拌式锚管的施工顺序;
(3)旋转搅拌式锚管的制作
1)锚管制作采用钢管制作而成,先将钢管一端打扁做成钻头端,并在钢管钻头端沿着钢管的长度方向开2~4个Ф15~Ф26对穿孔,用于钢管搅拌叶片的安装,且相邻两个对穿孔之间两两相互成90度角,对穿孔直径根据用于制作搅拌叶片的钢筋直径确定;另在钢管上对穿孔的前端钻一个Ф10的出浆孔用于水泥浆的喷射注浆;
2)根据对穿孔的个数切割相应根数的短钢筋,每段长度根据锚固体直径切成相应长度,并将切割后的短钢筋作搅拌叶片,穿入钢管钻头端对穿孔内并用焊机点焊以防叶片钢筋掉落,形成具有搅拌叶片的搅拌钻头;
3)在钢管的另一端焊接两根Ф12~Ф18且长为50的短钢筋,用于钻入锚管时作旋转动力传动耳,短钢筋的长度方向与钢管的长度方向一致且对称布置;
(4)水泥浆拌制
1)水泥应按品种、强度等级、出厂日期分别堆放,并保持干燥;不同品种的水泥,不得混合使用;
2)拌制砂浆用水宜采用饮用水;当采用其他来源水时,水质必须符合现行的行业标准;
3)外加剂:可根据工作性能的需要,可以跟水泥混凝土一样加入各种外加剂;
4)掺加料:为提高砂浆和易性、降低成本,可掺入石灰、粉煤灰;
5)对砂浆强度等级、配合比、搅拌制度、操作规程进行挂牌,使施工人员全面掌握;
6)试验员持证上岗,材料员应对材料的进场检验、验收书面记录,计量员掌握计量器具的精度、校验;施工人员应经过培训,并全面掌握投料、搅拌、运输的技术与安全交底内容,操作熟练;
7)原材料检验→投料及记录→搅拌→抽样检验→出料运至施工现场;
8)向转动的搅拌机中加入适量的水,然后将石灰、粉煤灰等外掺料依次倒入搅拌机内,先搅拌1min,再加入水泥及其余的水继续搅拌均匀,并达到配合比要求的稠度,搅拌总时间为不得少于3min;
9)搅拌桶采用双层搅拌桶,上层制,下层储浆,上下两层采用同轴搅拌进行同时搅拌,避免储浆沉淀、凝固;
10)拌制好的水泥浆应在水泥浆初凝之前用完;
(5)土方开挖平整坡面
土方采用挖机开挖,每段水平开挖不能超过30m;必要时采用跳挖法施工,开挖深度不得超过分层要求;基坑实际开挖标高应严格按设计图施工,严禁超挖;基坑开挖应根据分段开挖;
挖土次序严格遵循“分层开挖,边挖边支护”;挖至坑底标高后,应及时铺设垫层;
土方开挖边坡时,不得超挖,更不得将超挖土方重新回填,并不得乱动非开挖土方,以保证土体本身的强度与稳定;
要求护坡脚到临时坡脚的工作面宽度不小于6m,临时土坡的坡度为1:2,以便锚管钻进成孔和锚管安放能顺利进行;
采用人工修整,使开挖的坡面达到平整要求;去除松散表土,引出渗水及地下流水,并汇流集中至集水坑;孔洞则可以用块石进行填充;
(6)锚固钻机就位
钻机就位前,应在修整好的坡面上先施工放样,在基坑壁上标出锚管位置,然后桩机定位;
锚固钻机进入施工现场前,应先对施工锚管机行走区域及支护坡面进行平整,对高出地面的桩基进行截除。
锚固钻机下至施工面后,应先调整锚固钻机与施工面的距离,一般使锚固钻机中心与施工坡面垂直距离约4米左右,然后支起锚固钻机的四个支腿,使锚固钻机的履带底盘悬空,转动履带底盘,使得履带底盘的履带与施工面平行,为后续锚管施工时减少锚固钻机就位节约时间;同履带调整到位后,收起锚固钻机四个支腿,由履带底盘支撑锚管机,使钻机操作平台可以水平旋转,并转动钻机操作平台,使钻机桅杆与施工面垂直,以保证锚管垂直于坡面;
(7)调整桅杆角度与钻机高度
锚管的角度与定位确定于锚固钻机的桅杆角度与钻机高度,当钻机就位后,应根据锚管的设计角度调整钻机桅杆的角度,要求桅杆角度与锚管的设计角度偏差不大于1°;桅杆角度通过桅杆支撑油缸进行调整,调整范围从水平0°~垂直90°;并通过调整钻机四个支腿调整钻机高度,使钻机桅杆的前端基本与锚管位置对齐,从而确定锚管的定位;最终要求位置误差小于100mm,倾角误差小于1°;
(8)锚管上机
安放锚管,钻头端朝钻进方向,另一端插入钻机回转器中心主轴钻机锚管连接头上,钢管上传动耳对准回转器钻机锚管连接头的卡槽插入,安装固定锚管;
(9)锚管对位
锚管对位主要通过调节钻机支腿的高度和调节钻机桅杆的高度达成,或也可通过调节桅杆的角度进行少量调节;调整好钻机高度和桅杆角度后,锚管顶端要求的位置误差小于100mm,倾角误差小于1°;锚管定位钻进时采用轻压力、小转速或不转进行,以防锚管的钻头跑偏,影响锚管定位;
(10)锚管钻进、注浆、搅拌
1)锚管钻头钻进一定深度后,可开动水泥浆泵,待锚管钻头的出浆孔排出的水泥浆稳定后,开动钻机回转器带动锚管旋转,待锚管头转入至出浆口后,回转器开始加压使锚管钻入土层,并利用锚管前端钻头使注入的水泥浆与土体进行充分的搅拌形成水泥土;
2)锚管旋转搅拌喷浆钻入过程中应控制钻进速度及转速,在锚管钻入1米之前一般采用慢速旋转搅拌,轻加压,以保持锚管的稳定,锚管钻进定后可调为高速旋转搅拌,加大压力,加快锚管钻进速度,从而提高施工效率;
3)待锚管钻入土层且外部留20~30公分时停止钻进完成单根钢管锚管的施工;
(11)锚管钻进到位
1)锚管按设计长度钻进到位还差2~4米时可以在保持锚管旋转搅拌转速、保持注浆的情况下适当降低锚管钻进速度,增加锚管前端锚固体的水泥掺量和锚固体对土体的挤压作用,从而提高锚管的抗拔力,保证施工质量,提高支护边坡的稳定性;
2)在软土中为提高锚管的抗抗力,也可将锚管正常钻进到位,再将锚管反向拔出2~4米,在拔出的过程中继续喷浆搅拌,并二次进行喷浆搅拌钻进,以提高锚管前端的锚固体强度与直径,提高锚管的抗拔力;
(12)完成后施工下一根锚管
锚管全长的钢管全部钻进到位后,停止钻进,锚管尾与锚固钻机脱离,移动钻机至下一根锚管位置,进行下一根锚管的钻进施工;
(13)锚管水泥土养护
锚管锚固体水泥土的养护主要在于控制土方分层开挖深度和进度,一般为增加锚管的养护时间,喷锚施工时,一般可选择先进行锚管施工,再进行喷锚面层的施工,下一层土方开挖应在上部喷锚施工完成3天后方可进行;
(14)抗拔试验
抗拔试验由第三方进行试验,根据以往的试验经验,在软土中锚管抗拔力比一般钢管土钉提高一倍以上,而在砂卵石层中锚管的抗拔力非常好,当锚管管体试验至破坏,锚管整体仍未见破坏。
在采用上述技术方案的同时,本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案:
优选地,所述旋转搅拌式锚管施工方法还包括:钢管以6米或小于6米的长度在施工现场制作好,根据旋转搅拌式锚管的长度配置钢管:若所需旋转搅拌式锚管的长度大于6米,则需要连接两根及更多根的钢管,相邻两根钢管的接触面采用双面满焊的焊接方式,且在焊接处的设置多根连接筋,多根连接筋横跨相邻两根钢管且与钢管侧面采用双面满焊的焊接方式。
优选地,所述旋转搅拌式锚管施工方法还包括锚管接长,具体包括:为缩短接长钢管时的焊接时间,前后两根钢管的三根连接筋在制作锚管时先在后一根钢管的前端沿管口成品字形分布焊接牢固;为了在锚管接长时方便对接安装,可将三根连接筋中的一根向外弯一定角度,弯折角度<15度,且这根钢筋可以略长,对接安装时,这根钢筋在上面,端头压住前一根钢筋的尾端,后一根钢管向前推即可对接安装到位;连接筋与前一根钢管焊接牢固,对于向外弯的则可用榔头敲至与锚管压实,减少焊缝,并保证焊接质量。
本发明提供一种旋转搅拌式锚管施工方法,适用于强风化、全风化岩土体、砂土层和粒径小于5mm的砂卵石层等多种土层,以及适用于含少量粒径小于50mm的块石类地层土体的基坑支护结构施工,既可以应用于基坑支护时的锚固,也适用于以上相应地质土层的抗浮锚固桩施工;本发明所提供的旋转搅拌式锚管施工方法基于土力学土钉支护体系的计算原理,在既有的土质参数条件下,通过如何加大锚管体体表面积和增大注浆压力提高注浆体对周围土体的压实粘结力方面下功夫,借一次成品等工艺减少对土体的二次扰动来增加锚固体的摩擦阻力,同时通过方法和机具的改进来减少施工难度,并且使之达到传统长土钉施工时不能到达的长度众多优点为目标来设计这一方法。旋转搅拌式锚管主要是受地基加固搅拌桩施工原理的启发,将搅拌桩施工设备中的钻杆用锚管代替,锚管前端与搅拌桩机钻头一样设置搅拌叶片与出浆孔,通过专用的履带式锚固钻机带动锚管旋转,并通过锚管向锚管前端输送水泥浆,锚管前端出浆孔向土体喷注水泥浆,搅拌叶片将水泥浆与加固土体搅拌均匀,形成圆柱形水泥土锚固体,锚固体与锚管形成支护土钉。本发明所提供的旋转搅拌式锚管施工方法中锚固体直径决定于锚管前端搅拌叶片的直径,与规范中对击入式注浆钢管土钉施工时需要参考的注浆质量、土层类别、土层密实度、含水量等众多参数无关,控制施工质量时对相关参数的设定和要求选择简单准确,施工质量易于控制。旋转搅拌式锚管采用机械化施工,不再依赖人工提供锤击,避免工人工作强度低的问题,且土钉长度的变化容易掌控,锚管转动机械能提供稳定的转速,钻进速度易于控制,注浆量流线均匀,可形成直径均匀的锚固体。由于施工中各关键参数方便掌控,能充分地达到设定的精度和要求,从而保证了施工质量,提高基坑支护的安全性;锚管管端只需要钻1至2个出浆孔,管身不钻孔,管端穿孔焊接数根垂直于管身方向的钢筋作为钻入旋转叶片,制作简便,并可充分利用工地现场的短料废钢筋,达到资源的合理化利用;锚管直径可大可小,可满足不同土体侧压力和土体物理参数对支护结构设计的要求,锚管成孔、锚管注浆以及锚管固定多个工序一次完成,能加快施工工期。本发明所提供的施工方法造价低廉,施工安全性好,支护结构体性能可靠。
附图说明
图1为旋转搅拌钻入式土钉的示意图;
图2a为传动耳的侧视图,图2b为传动耳的俯视图;
图3a为相邻两个钢管接头处的侧视图,图3b为相邻两个钢管接头处的俯视图;
图4为锚管接长的示意图;
图5为锚固钻机的示意图。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种旋转搅拌式锚管施工方法,具体包括如下步骤:
(1)旋转搅拌式锚管的工程设计
土钉锚管支护的设计与一般土钉的设计相似,为发挥旋转搅拌式锚管的作用以适应不同的地层,锚固体直径的选择以施工情况下钢管旋转搅拌时不扭断为原则,一般按以下几方面进行锚管锚固体直径选用,土钉锚管包括锚固体和锚管:
1)在软土地层中,锚固体一般应采用大直径;
2)硬塑、坚塑粘土、黄土、砂土锚固体直径建议150~200mm;
3)在砂卵石层、强风化、全风化岩层中,锚固体直径建议70~150mm;
具体至本地区的工程,则应先分析工程地质报告,确定适用可行性,其主要从以下几方面考虑:
1)工程地质条件适用性;
2)基坑开挖深度与总体支护形式是否相适用;
3)锚管长度与红线关系,若不能超红线时锚管长度是否足够;
4)锚管施工影响范围是否有管线,确定是否能用锚管施工;
5)根据地质条件,选择合适的施工孔径或锚固体直径;
根据以往本地区设计施工经验确定旋转搅拌式锚管的长度、锚固体直径、锚管的布置形式,并用设计软件进行复核,若不能满足要求和过于保守,则进行调整,直到经济合理并安全可靠;
(2)旋转搅拌式锚管的施工准备
旋转搅拌式锚管的施工准备从人、材、机和现场施工组织多个方面进行系统的准备,并应对旋转搅拌式锚管影响深度与宽度范围内对基坑周边环境与管线进行调查,明确地下管线的位置、埋深、走向,确定锚管施工是否会对其造成影响;
1)人员准备
现场施工操作、指挥人员在进入施工现场前应进行三级安全技术交底,明确施工现场安全注意事项,对施工控制节点进行明确,并牢记各节点参数后方可进入施工点进行施工操作;
2)机械准备
机械准备包括锚管机的检修与调试,水泥浆制备设备的安装、调试,送浆设备的安装调试与送浆管的连接,全部就位后应先进行联机调试,并进一步对用电设备进行用电接线检查、漏保安全性试验检查合格后方可进行正常施工;
3)材料准备
施工材料主要为钢管、钢筋、水泥,材料进场后按要求送检,送检合格后方可使用;施工材料应准备充足,对水泥应进行防尘防护,减少扬灰;钢材应进行除锈处理,并应堆放整齐;
4)现场施工组织
现场施工组织包括场内的施工行走路线,与其它施工班组的协调与沟通,确定施工计划,确定旋转搅拌式锚管的施工顺序;
(3)旋转搅拌式锚管的制作
1)锚管制作采用钢管制作而成,先将钢管一端打扁做成钻头端,并在钢管钻头端沿着钢管的长度方向开2~4个Ф15~Ф26对穿孔,用于钢管搅拌叶片的安装,且相邻两个对穿孔之间两两相互成90度角,对穿孔直径根据用于制作搅拌叶片的钢筋直径确定;另在钢管上对穿孔的前端钻一个Ф10的出浆孔用于水泥浆的喷射注浆;
2)根据对穿孔的个数切割相应根数的短钢筋,每段长度根据锚固体直径切成相应长度,并将切割后的短钢筋作搅拌叶片,穿入钢管钻头端对穿孔内并用焊机点焊以防叶片钢筋掉落,形成具有搅拌叶片的搅拌钻头;
3)在钢管的另一端焊接两根Ф12~Ф18且长为50的短钢筋,用于钻入锚管时作旋转动力传动耳,短钢筋的长度方向与钢管的长度方向一致且对称布置;
(4)水泥浆拌制
1)水泥应按品种、强度等级、出厂日期分别堆放,并保持干燥;不同品种的水泥,不得混合使用;
2)拌制砂浆用水宜采用饮用水;当采用其他来源水时,水质必须符合现行的行业标准;
3)外加剂:可根据工作性能的需要,可以跟水泥混凝土一样加入各种外加剂;
4)掺加料:为提高砂浆和易性、降低成本,可掺入石灰、粉煤灰;
5)对砂浆强度等级、配合比、搅拌制度、操作规程进行挂牌,使施工人员全面掌握;
6)试验员持证上岗,材料员应对材料的进场检验、验收书面记录,计量员掌握计量器具的精度、校验;施工人员应经过培训,并全面掌握投料、搅拌、运输的技术与安全交底内容,操作熟练;
7)原材料检验→投料及记录→搅拌→抽样检验→出料运至施工现场;
8)向转动的搅拌机中加入适量的水,然后将石灰、粉煤灰等外掺料依次倒入搅拌机内,先搅拌1min,再加入水泥及其余的水继续搅拌均匀,并达到配合比要求的稠度,搅拌总时间为不得少于3min;
9)搅拌桶采用双层搅拌桶,上层制,下层储浆,上下两层采用同轴搅拌进行同时搅拌,避免储浆沉淀、凝固;
10)拌制好的水泥浆应在水泥浆初凝之前用完;
(5)土方开挖平整坡面
土方采用挖机开挖,每段水平开挖不能超过30m;必要时采用跳挖法施工,开挖深度不得超过分层要求;基坑实际开挖标高应严格按设计图施工,严禁超挖;基坑开挖应根据分段开挖;
挖土次序严格遵循“分层开挖,边挖边支护”;挖至坑底标高后,应及时铺设垫层;
土方开挖边坡时,不得超挖,更不得将超挖土方重新回填,并不得乱动非开挖土方,以保证土体本身的强度与稳定;
要求护坡脚到临时坡脚的工作面宽度不小于6m,临时土坡的坡度为1:2,以便锚管钻进成孔和锚管安放能顺利进行;
采用人工修整,使开挖的坡面达到平整要求;去除松散表土,引出渗水及地下流水,并汇流集中至集水坑;孔洞则可以用块石进行填充;
(6)锚固钻机就位
钻机就位前,应在修整好的坡面上先施工放样,在基坑壁上标出锚管位置,然后桩机定位;
锚固钻机进入施工现场前,应先对施工锚管机行走区域及支护坡面进行平整,对高出地面的桩基进行截除。
锚固钻机下至施工面后,应先调整锚固钻机与施工面的距离,一般使锚固钻机中心与施工坡面垂直距离约4米左右,然后支起锚固钻机的四个支腿,使锚固钻机的履带底盘悬空,转动履带底盘,使得履带底盘的履带与施工面平行,为后续锚管施工时减少锚固钻机就位节约时间;同履带调整到位后,收起锚固钻机四个支腿,由履带底盘支撑锚管机,使钻机操作平台可以水平旋转,并转动钻机操作平台,使钻机桅杆与施工面垂直,以保证锚管垂直于坡面;
(7)调整桅杆角度与钻机高度
锚管的角度与定位确定于锚固钻机的桅杆角度与钻机高度,当钻机就位后,应根据锚管的设计角度调整钻机桅杆的角度,要求桅杆角度与锚管的设计角度偏差不大于1°;桅杆角度通过桅杆支撑油缸进行调整,调整范围从水平0°~垂直90°;并通过调整钻机四个支腿调整钻机高度,使钻机桅杆的前端基本与锚管位置对齐,从而确定锚管的定位;最终要求位置误差小于100mm,倾角误差小于1°;
(8)锚管上机
安放锚管,钻头端朝钻进方向,另一端插入钻机回转器中心主轴钻机锚管连接头上,钢管上传动耳对准回转器钻机锚管连接头的卡槽插入,安装固定锚管;
(9)锚管对位
锚管对位主要通过调节钻机支腿的高度和调节钻机桅杆的高度达成,或也可通过调节桅杆的角度进行少量调节;调整好钻机高度和桅杆角度后,锚管顶端要求的位置误差小于100mm,倾角误差小于1°;锚管定位钻进时采用轻压力、小转速或不转进行,以防锚管的钻头跑偏,影响锚管定位;
(10)锚管钻进、注浆、搅拌
1)锚管钻头钻进一定深度后,可开动水泥浆泵,待锚管钻头的出浆孔排出的水泥浆稳定后,开动钻机回转器带动锚管旋转,待锚管头转入至出浆口后,回转器开始加压使锚管钻入土层,并利用锚管前端钻头使注入的水泥浆与土体进行充分的搅拌形成水泥土;
2)锚管旋转搅拌喷浆钻入过程中应控制钻进速度及转速,在锚管钻入1米之前一般采用慢速旋转搅拌,轻加压,以保持锚管的稳定,锚管钻进定后可调为高速旋转搅拌,加大压力,加快锚管钻进速度,从而提高施工效率;
3)待锚管钻入土层且外部留20~30公分时停止钻进完成单根钢管锚管的施工;
(11)锚管钻进到位
1)锚管按设计长度钻进到位还差2~4米时可以在保持锚管旋转搅拌转速、保持注浆的情况下适当降低锚管钻进速度,增加锚管前端锚固体的水泥掺量和锚固体对土体的挤压作用,从而提高锚管的抗拔力,保证施工质量,提高支护边坡的稳定性;
2)在软土中为提高锚管的抗抗力,也可将锚管正常钻进到位,再将锚管反向拔出2~4米,在拔出的过程中继续喷浆搅拌,并二次进行喷浆搅拌钻进,以提高锚管前端的锚固体强度与直径,提高锚管的抗拔力;
(12)完成后施工下一根锚管
锚管全长的钢管全部钻进到位后,停止钻进,锚管尾与锚固钻机脱离,移动钻机至下一根锚管位置,进行下一根锚管的钻进施工;
(13)锚管水泥土养护
锚管锚固体水泥土的养护主要在于控制土方分层开挖深度和进度,一般为增加锚管的养护时间,喷锚施工时,一般可选择先进行锚管施工,再进行喷锚面层的施工,下一层土方开挖应在上部喷锚施工完成3天后方可进行;
(14)抗拔试验
抗拔试验由第三方进行试验,根据以往的试验经验,在软土中锚管抗拔力比一般钢管土钉提高一倍以上,而在砂卵石层中锚管的抗拔力非常好,当锚管管体试验至破坏,锚管整体仍未见破坏。
旋转搅拌式锚管施工方法还包括:钢管以6米或小于6米的长度在施工现场制作好,根据旋转搅拌式锚管的长度配置钢管:若所需旋转搅拌式锚管的长度大于6米,则需要连接两根及更多根的钢管,相邻两根钢管的接触面采用双面满焊的焊接方式,且在焊接处的设置多根连接筋,多根连接筋横跨相邻两根钢管且与钢管侧面采用双面满焊的焊接方式。
旋转搅拌式锚管施工方法还包括锚管接长,具体包括:为缩短接长钢管时的焊接时间,前后两根钢管的三根连接筋在制作锚管时先在后一根钢管的前端沿管口成品字形分布焊接牢固;为了在锚管接长时方便对接安装,可将三根连接筋中的一根向外弯一定角度,弯折角度<15度,且这根钢筋可以略长,对接安装时,这根钢筋在上面,端头压住前一根钢筋的尾端,后一根钢管向前推即可对接安装到位;连接筋与前一根钢管焊接牢固,对于向外弯的则可用榔头敲至与锚管压实,减少焊缝,并保证焊接质量。
参照图1至图5,以下为本发明中所涉及的装置或者部件的描述:
图1为旋转搅拌钻入式土钉的示意图;110为钢管,钢管110的前端打扁形成钻头端,并在钢管的钻头端开2~4个Ф15~Ф26对穿孔,本实施例中开4个,用于安装4根短钢筋形成相邻两个对穿孔之间两两相互成90度角的搅拌叶片112,在钢管110的钻头端钻一个Ф10的出浆孔用于水泥浆111的喷射注浆;120为钢管接长或者锚管接长,其具体结构详见图3a、3b以及5。140为由从锚管的出浆孔111喷射出的水泥浆形成的锚固体;参照图1、图2a和2b,钢管110的尾端设置由一对短钢筋焊接至钢管上而形成的传动耳130,短钢筋的直径为Ф12~Ф18且长为50,传动耳130用于钻入锚管时作旋转动力传动耳,短钢筋的长度方向与钢管的长度方向一致且对称布置。
图3a为相邻两个钢管接头处的侧视图,图3b为相邻两个钢管接头处的俯视图;连接筋121横跨相邻两根钢管且与钢管侧面采用双面满焊的焊接方式;相邻两根钢管的接触面采用双面满焊的焊接结构122。
图4为锚管接长的示意图;为缩短接长钢管时的焊接时间,前后两根钢管110和110’的三根连接筋121在制作锚管时先在后一根钢管的前端沿管口成品字形分布焊接牢固;为了在锚管接长时方便对接安装,可将三根连接筋中的一根向外弯一定角度,弯折角度<15度,且这根钢筋可以略长,对接安装时,这根钢筋在上面,端头压住前一根钢筋的尾端,后一根钢管向前推即可对接安装到位;连接筋与前一根钢管焊接牢固,对于向外弯的则可用榔头敲至与锚管压实,减少焊缝,并保证焊接质量;其中前一根钢管为锚固至锚固体140中的钢管110,后一根钢管为接长钢管110’,前一根钢管上也设有传动耳130。
图5为锚固钻机的示意图;锚固钻机下至施工面后,应先调整锚固钻机与施工面的距离,一般使锚固钻机中心与施工坡面垂直距离约4米左右,然后支起锚固钻机的四个支腿201,使锚固钻机的履带底盘202悬空,转动履带底盘202,使得履带底盘202的履带与施工面平行,为后续锚管施工时减少锚固钻机就位节约时间;同履带调整到位后,收起锚固钻机四个支腿,由履带底盘202支撑锚管机,使钻机操作平台203可以水平旋转,并转动钻机操作平台203,使钻机桅杆204与施工面垂直,以保证锚管垂直于坡面,钻机桅杆204由起塔油缸205所驱动;
锚管的角度与定位确定于锚固钻机的桅杆204角度与钻机高度,当钻机就位后,应根据锚管的设计角度调整钻机桅杆的角度,要求桅杆角度与锚管的设计角度偏差不大于1°;桅杆角度通过桅杆支撑油缸进行调整,调整范围从水平0°~垂直90°;并通过调整钻机四个支腿调整钻机高度,使钻机桅杆的前端基本与锚管位置对齐,从而确定锚管的定位;最终要求位置误差小于100mm,倾角误差小于1°;
安放锚管,钻头端朝钻进方向,另一端插入钻机回转器钻机锚管连接头206上,钢管上传动耳130对准回转器钻机锚管连接头206的卡槽插入,安装固定锚管,锚管的下端由钻机桅杆下端设置的锚管扶正器207扶正,然后锚管或者钢管由液压马达208所驱动。
上述具体实施方式用来解释说明本发明,仅为本发明的优选实施例,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等,都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种旋转搅拌式锚管施工方法,其特征在于,所述旋转搅拌式锚管施工方法包括如下步骤:
(1)旋转搅拌式锚管的工程设计
土钉锚管支护的设计与一般土钉的设计相似,为发挥旋转搅拌式锚管的作用以适应不同的地层,锚固体直径的选择以施工情况下钢管旋转搅拌时不扭断为原则,一般按以下几方面进行锚管锚固体直径选用,土钉锚管包括锚固体和锚管:
1)在软土地层中,锚固体一般应采用大直径;
2)硬塑、坚塑粘土、黄土、砂土锚固体直径建议150~200mm;
3)在砂卵石层、强风化、全风化岩层中,锚固体直径建议70~150mm;
具体至本地区的工程,则应先分析工程地质报告,确定适用可行性,其主要从以下几方面考虑:
1)工程地质条件适用性;
2)基坑开挖深度与总体支护形式是否相适用;
3)锚管长度与红线关系,若不能超红线时锚管长度是否足够;
4)锚管施工影响范围是否有管线,确定是否能用锚管施工;
5)根据地质条件,选择合适的施工孔径或锚固体直径;
根据以往本地区设计施工经验确定旋转搅拌式锚管的长度、锚固体直径、锚管的布置形式,并用设计软件进行复核,若不能满足要求和过于保守,则进行调整,直到经济合理并安全可靠;
(2)旋转搅拌式锚管的施工准备
旋转搅拌式锚管的施工准备从人、材、机和现场施工组织多个方面进行系统的准备,并应对旋转搅拌式锚管影响深度与宽度范围内对基坑周边环境与管线进行调查,明确地下管线的位置、埋深、走向,确定锚管施工是否会对其造成影响;
1)人员准备
现场施工操作、指挥人员在进入施工现场前应进行三级安全技术交底,明确施工现场安全注意事项,对施工控制节点进行明确,并牢记各节点参数后方可进入施工点进行施工操作;
2)机械准备
机械准备包括锚管机的检修与调试,水泥浆制备设备的安装、调试,送浆设备的安装调试与送浆管的连接,全部就位后应先进行联机调试,并进一步对用电设备进行用电接线检查、漏保安全性试验检查合格后方可进行正常施工;
3)材料准备
施工材料主要为钢管、钢筋、水泥,材料进场后按要求送检,送检合格后方可使用;施工材料应准备充足,对水泥应进行防尘防护,减少扬灰;钢材应进行除锈处理,并应堆放整齐;
4)现场施工组织
现场施工组织包括场内的施工行走路线,与其它施工班组的协调与沟通,确定施工计划,确定旋转搅拌式锚管的施工顺序;
(3)旋转搅拌式锚管的制作
1)锚管制作采用钢管制作而成,先将钢管一端打扁做成钻头端,并在钢管钻头端沿着钢管的长度方向开2~4个Ф15~Ф26对穿孔,用于钢管搅拌叶片的安装,且相邻两个对穿孔之间两两相互成90度角,对穿孔直径根据用于制作搅拌叶片的钢筋直径确定;另在钢管上对穿孔的前端钻一个Ф10的出浆孔用于水泥浆的喷射注浆;
2)根据对穿孔的个数切割相应根数的短钢筋,每段长度根据锚固体直径切成相应长度,并将切割后的短钢筋作搅拌叶片,穿入钢管钻头端对穿孔内并用焊机点焊以防叶片钢筋掉落,形成具有搅拌叶片的搅拌钻头;
3)在钢管的另一端焊接两根Ф12~Ф18且长为50的短钢筋,用于钻入锚管时作旋转动力传动耳,短钢筋的长度方向与钢管的长度方向一致且对称布置;
(4)水泥浆拌制
1)水泥应按品种、强度等级、出厂日期分别堆放,并保持干燥;不同品种的水泥,不得混合使用;
2)拌制砂浆用水采用饮用水;当采用其他来源水时,水质必须符合现行的行业标准;
3)外加剂:根据工作性能的需要,跟水泥混凝土一样加入各种外加剂;
4)掺加料:为提高砂浆和易性、降低成本,掺入石灰、粉煤灰;
5)对砂浆强度等级、配合比、搅拌制度、操作规程进行挂牌,使施工人员全面掌握;
6)试验员持证上岗,材料员应对材料的进场检验、验收书面记录,计量员掌握计量器具的精度、校验;施工人员应经过培训,并全面掌握投料、搅拌、运输的技术与安全交底内容,操作熟练;
7)原材料检验→投料及记录→搅拌→抽样检验→出料运至施工现场;
8)向转动的搅拌机中加入适量的水,然后将石灰、粉煤灰外掺料依次倒入搅拌机内,先搅拌1min,再加入水泥及其余的水继续搅拌均匀,并达到配合比要求的稠度,搅拌总时间为不得少于3min;
9)搅拌桶采用双层搅拌桶,上层制,下层储浆,上下两层采用同轴搅拌进行同时搅拌,避免储浆沉淀、凝固;
10)拌制好的水泥浆应在水泥浆初凝之前用完;
(5)土方开挖平整坡面
土方采用挖机开挖,每段水平开挖不能超过30m;必要时采用跳挖法施工,开挖深度不得超过分层要求;基坑实际开挖标高应严格按设计图施工,严禁超挖;基坑开挖应根据分段开挖;
挖土次序严格遵循“分层开挖,边挖边支护”;挖至坑底标高后,应及时铺设垫层;
土方开挖边坡时,不得超挖,更不得将超挖土方重新回填,并不得乱动非开挖土方,以保证土体本身的强度与稳定;
要求护坡脚到临时坡脚的工作面宽度不小于6m,临时土坡的坡度为1:2,以便锚管钻进成孔和锚管安放能顺利进行;
采用人工修整,使开挖的坡面达到平整要求;去除松散表土,引出渗水及地下流水,并汇流集中至集水坑;孔洞则用块石进行填充;
(6)锚固钻机就位
钻机就位前,应在修整好的坡面上先施工放样,在基坑壁上标出锚管位置,然后桩机定位;
锚固钻机进入施工现场前,应先对施工锚管机行走区域及支护坡面进行平整,对高出地面的桩基进行截除;
锚固钻机下至施工面后,应先调整锚固钻机与施工面的距离,一般使锚固钻机中心与施工坡面垂直距离约4米左右,然后支起锚固钻机的四个支腿,使锚固钻机的履带底盘悬空,转动履带底盘,使得履带底盘的履带与施工面平行,为后续锚管施工时减少锚固钻机就位节约时间;同履带调整到位后,收起锚固钻机四个支腿,由履带底盘支撑锚管机,使钻机操作平台水平旋转,并转动钻机操作平台,使钻机桅杆与施工面垂直,以保证锚管垂直于坡面;
(7)调整桅杆角度与钻机高度
锚管的角度与定位确定于锚固钻机的桅杆角度与钻机高度,当钻机就位后,应根据锚管的设计角度调整钻机桅杆的角度,要求桅杆角度与锚管的设计角度偏差不大于1°;桅杆角度通过桅杆支撑油缸进行调整,调整范围从水平0°~垂直90°;并通过调整钻机四个支腿调整钻机高度,使钻机桅杆的前端基本与锚管位置对齐,从而确定锚管的定位;最终要求位置误差小于100mm,倾角误差小于1°;
(8)锚管上机
安放锚管,钻头端朝钻进方向,另一端插入钻机回转器中心主轴钻机锚管连接头上,钢管上传动耳对准回转器钻机锚管连接头的卡槽插入,安装固定锚管;
(9)锚管对位
锚管对位主要通过调节钻机支腿的高度和调节钻机桅杆的高度达成,或通过调节桅杆的角度进行少量调节;调整好钻机高度和桅杆角度后,锚管顶端要求的位置误差小于100mm,倾角误差小于1°;锚管定位钻进时采用轻压力、小转速或不转进行,以防锚管的钻头跑偏,影响锚管定位;
(10)锚管钻进、注浆、搅拌
1)锚管钻头钻进一定深度后,开动水泥浆泵,待锚管钻头的出浆孔排出的水泥浆稳定后,开动钻机回转器带动锚管旋转,待锚管头转入至出浆口后,回转器开始加压使锚管钻入土层,并利用锚管前端钻头使注入的水泥浆与土体进行充分的搅拌形成水泥土;
2)锚管旋转搅拌喷浆钻入过程中应控制钻进速度及转速,在锚管钻入1米之前一般采用慢速旋转搅拌,轻加压,以保持锚管的稳定,锚管钻进定后调为高速旋转搅拌,加大压力,加快锚管钻进速度,从而提高施工效率;
3)待锚管钻入土层且外部留20~30公分时停止钻进完成单根钢管锚管的施工;
(11)锚管钻进到位
1)锚管按设计长度钻进到位还差2~4米时在保持锚管旋转搅拌转速、保持注浆的情况下适当降低锚管钻进速度,增加锚管前端锚固体的水泥掺量和锚固体对土体的挤压作用,从而提高锚管的抗拔力,保证施工质量,提高支护边坡的稳定性;
2)在软土中为提高锚管的抗抗力,也将锚管正常钻进到位,再将锚管反向拔出2~4米,在拔出的过程中继续喷浆搅拌,并二次进行喷浆搅拌钻进,以提高锚管前端的锚固体强度与直径,提高锚管的抗拔力;
(12)完成后施工下一根锚管
锚管全长的钢管全部钻进到位后,停止钻进,锚管尾与锚固钻机脱离,移动钻机至下一根锚管位置,进行下一根锚管的钻进施工;
(13)锚管水泥土养护
锚管锚固体水泥土的养护主要在于控制土方分层开挖深度和进度,一般为增加锚管的养护时间,喷锚施工时,一般选择先进行锚管施工,再进行喷锚面层的施工,下一层土方开挖应在上部喷锚施工完成3天后方可进行;
(14)抗拔试验
抗拔试验由第三方进行试验,根据以往的试验经验,在软土中锚管抗拔力比一般钢管土钉提高一倍以上,而在砂卵石层中锚管的抗拔力非常好,当锚管管体试验至破坏,锚管整体仍未见破坏。
2.根据权利要求1所述的旋转搅拌式锚管施工方法,其特征在于,所述旋转搅拌式锚管施工方法还包括:钢管以6米或小于6米的长度在施工现场制作好,根据旋转搅拌式锚管的长度配置钢管:若所需旋转搅拌式锚管的长度大于6米,则需要连接两根及更多根的钢管,相邻两根钢管的接触面采用双面满焊的焊接方式,且在焊接处的设置多根连接筋,多根连接筋横跨相邻两根钢管且与钢管侧面采用双面满焊的焊接方式。
3.根据权利要求1或2所述的旋转搅拌式锚管施工方法,其特征在于,所述旋转搅拌式锚管施工方法还包括:为缩短接长钢管时的焊接时间,前后两根钢管的三根连接筋在制作锚管时先在后一根钢管的前端沿管口成品字形分布焊接牢固;为了在锚管接长时方便对接安装,将三根连接筋中的一根向外弯一定角度,弯折角度<15度,且这根钢筋略长,对接安装时,这根钢筋在上面,端头压住前一根钢筋的尾端,后一根钢管向前推即可对接安装到位;连接筋与前一根钢管焊接牢固,对于向外弯的则用榔头敲至与锚管压实,减少焊缝,并保证焊接质量。
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