浅析膨胀土质锚杆二次高压劈裂注浆施工技术

浅析膨胀土质锚杆二次高压劈裂注浆施工技术

李洪星

李洪星

上海建工一建集团有限公司上海200000

摘要:膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形等特性，性质极不稳定，对抗浮锚杆的抗拉承载力影响较大。为应对膨胀土性质的不稳定，采用二次高压劈裂注浆的施工工艺来提高锚杆的抗拉承载力。本文结合分析成都东航基地项目抗浮锚杆施工过程，对膨胀土质二次高压劈裂注浆施工过程进行介绍与经验总结，可为类似工程提供有益的借鉴。

关键词:膨胀土质；抗浮锚杆；二次高压劈裂注浆

成都东航基地项目由下部一个整体地下室、上部五栋单体及三处连接上部部分单体的钢连廊所组成。地下室范围内基坑面积约38600㎡，挖深9.8m。整体地下室位于高层建筑区域采用筏板基础，位于多层及纯地下室区域采用独立桩基+抗水底板。锚杆施工质量的好坏将直接影响抗水底板的稳定,进而影响整个工程的安全稳定性。因此,必须对锚杆的施工过程重点加以控制。

1基本概况

1.1施工基本参数

成都东航基地项目抗浮锚杆桩共计约2932根，分布于1#楼两栋办公楼高层间4F裙房区域、3#楼两栋住宅楼间3F篮球场区域、4#楼中间区域及纯地下室区域。其中，膨胀土质区域主要分布在纯地下室区域，此区域抗浮锚杆数量为2359根，锚杆间距为2.5m×2.5m，直径为0.15m，锚杆长度为7.0m；需要达到的单桩抗拔力标准值为207.94KN。

1.2地质情况

场地地下水水位埋深浅，含水层厚度大、渗透系数大，地下水丰富。根据所搜集的水文地质资料和勘察结果显示，该场地地下水主要为赋存于砂卵石层中的孔隙型潜水和基岩裂隙水，主要受大气降水及地下径流补给，并通过地下径流、蒸发等方式排泄。根据走访调查结合区域水文地质资料和临近场地勘察资料，多年最高稳定水位为4.00m，地下水变化幅度为1.50～2.50m。

本工程基础所在土体为膨胀土质，膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形等特性，性质极不稳定。成都东航基地项目的膨胀土质主要集中在纯地下室区域，膨胀土质不稳的特性对抗浮锚杆的抗拉承载力影响较大。

2锚杆试桩

在正式施工前在不同抗浮标准值区域内的最不利地层进行基本实验，以确定单根锚杆的抗拔极限承载力，并根据试验结果调整设计参数和锚杆锚入岩土体长度。每种类型锚杆试验数不少于3根。

试桩位置选择在本工程地质条件差的膨胀土质区域进行试桩，先按照设计图纸要求采用一次劈裂注浆进行试桩一组共3根；另考虑到膨胀土的土体性能极不稳定，把另一组三根采用二次劈裂注浆施工工艺的3根锚杆作为对比试验组。具体改进优化做法为原锚杆中封闭钢管作为二次注浆管，并在钢管上每隔2000开洞，先采用水泥袋进行孔洞封闭。如下图：

表2.1原设计和优化施工工艺后锚杆施工试验结果表

根据试验结果，采用二次劈裂注浆进行抗浮锚杆施工后，较之一次劈裂注浆在锚杆的承载力方面有了很大的改进，原设计为463.8KN，优化改进后为546.3KN。通过与业主、设计、监理进行沟通，针对现场膨胀土质情况，将此区域的抗浮锚杆施工工艺优化为二次劈裂注浆施工技术。

2施工准备阶段

1)施工方案中的施工工序及各项技术参数是否符合规范要求，或符合经试验确认的施工参数；基坑的降水、开挖、支护方案是否已批准,特别是土方开挖,每层开挖的标高应能保证锚杆正常施工。

2)应对施工现场的各种管线进行提前了解,防止在施工中将其损坏；摸清现场供水、供电能力，能否保证正常施工；所以施工前应提前在覆土厚度不够的范围内进行覆土，注意覆土要压实不应虚铺，否则，将不起任何作用。

3)检查钻管直径和长度是否满足施工要求，锚杆施工机械及其配套设备能否正常运转，在施工前应调试，设备主要有：锚杆钻机、注浆泵、切割机、电焊机、搅拌机，必要时还应有吊车帮助锚杆机移位。所用压力表要进行标定，提供合格的标定证书。

4)对制浆的操作方法和计量的准确性等提前检查，保证所需浆液的配合比符合施工要求并质量稳定。

5)材料进场准备工作水泥、钢绞线应经复试合格，锚具应进行外观检查、硬度检验、静载锚固性能试验。

6)根据甲方提供的控制点资料，进行现场放线并报甲方、监理验收。为便于施工过程中质量检查，将控制桩做引桩至施工区域外，并加以保护。

7)二次注浆管的制作应在锚固段每隔2m左右开一出浆孔,注意靠近底部开孔应较大或较多,并用透明胶带将底部端口和开孔封闭,避免注浆管在一次注浆时进入浆液,导致二次注浆无法进行。同时保证最下部开孔能够最先被冲开,并依次由下至上逐步被冲开。二次注浆管距孔底100mm。上述工作完毕后,应放在不受雨淋的地方等待使用。

3施工阶段

3.1锚杆施工工艺

准备→移机就位→安钻管、反复提钻管、钻进至设计深度→冲洗钻孔→安放锚索→拔出钻管→一次注浆→二次高压劈裂注浆。

3.2压浆前施工工序

3.2.1测量放孔：先放出拟建筑轴线，再按照的《抗浮锚杆平面布置图》测放锚杆位置，孔位偏差应小于50mm；

3.2.2成孔：采用锚杆钻机跟管钻进。成孔时孔位准确，钻孔垂直，孔深符合设计要求；

3.2.3清孔提钻：成孔完毕后以中压风清孔提钻；

3.2.4钢筋加工：锚杆所用钢筋规格及长度必须严格按照设计要求和相关规范进行加工；

3.2.5钢筋及注浆管安装：抗浮锚杆钢筋搬运，应平稳操作，防止锚孔钢筋发生变形。安放时要平稳、垂直入孔内，防止在孔内倾斜。置入钢筋及注浆管，要求下入设计深度，误差不超过50mm。注浆管采用Φ20塑料管，管端口与孔底保持100mm；

3.2.6填入砾石：下钢筋后即填入砾石，充填密实，砾石规格为5～10mm，含泥量＜3%；

3.2.7拔管：拔管时应保证钢筋不随管拔出，并随时复核钢筋上余长度；

3.3一次高压劈裂注浆

初次注浆采用水灰比为0.5的纯水泥浆，水泥采用普通硅酸盐水泥，注浆压力控制在0.4～1.0Mpa，注浆时确保浆体灌注饱满、密实，一次搅拌的水泥浆应在初凝以前用完，浆体材料强度等级不应低于M30。注浆方法为孔底注浆法，注浆管与锚索绑扎同时放入孔内，注入的水泥浆自孔底逐渐返回孔口，自孔口溢出后停止注浆。

3.4二次高压劈裂注浆

二次高压劈裂注浆应在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0MPa(4~6h)时进行,注浆压力0.5~1.5MPa，最高达到2.0MPa;注浆时间一般为20min至1h；

二次注浆压力与二次注浆的时间有一定关系，比如:一次注浆历时1h45min，一次注浆结束到二次注浆开始历时8h,压力达到1.8~2.0MPa；一次注浆结束到二次注浆开始历时3~6h压力一般为01.~1.5MPa,个别5h达到2.0MPa。

4锚杆抗拔检测

锚杆在最大试验荷载下所测得的总弹性位移应超过自由端长度理论弹性伸长80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长。在最后一级荷载作用下1~10min锚杆蠕变量不大于1.0mm，如超过，则6~60min内锚杆蠕变量不大于2.0mm。

根据抗浮锚杆抗拔验收试验现场记录，绘制P-S曲线，所检测的抗浮锚杆均未达到破坏。在膨胀土质使用了二次高压劈裂注浆施工技术后，抗浮锚杆的抗拔值均达到了设计要求。

5经验总结

5.1.关于灌浆质量的控制问题

灌浆是锚杆施工成败关键所在，施工时必须由有经验的技工亲自掌握，才能保证锚杆质量。灌浆前，检查制浆设备、灌浆泵是否正常；检查送浆管道是否畅通无阻，确保注浆过程顺利，避免因中断情况影响压浆质量。

5.2关于二次高压劈裂注浆的密封装置问题

从设置止浆密封装置的目的来看，是在二次高压劈裂注浆时，密封装置象一个塞子，使浆液不能很轻易地跑出来，有利于锚固体形成连续球体。当自由度段长度不足5m是，密封装置设在自由段与锚固段的分界处与设在洞口处差别不是很大，但在洞口进行设置则是更容易操作。本工程就是在洞口采用水泥袋进行密封的，效果也很好。如果自由段长度大于5m或更长时，在自由段与锚固段的分界处设置止浆密封装置则是比较合理的。

5.3关于二次劈裂注浆的施工方法

在二次高压劈裂注浆时,规范规定设置注浆套管。本工程将二次注浆管钢管与钢筋焊在一起二次高压劈裂注浆时直接利用的方法。由于二次注浆管下端开的孔大和存在液面高度差下部压力大的缘故，下部开孔容易首先被浆液冲开，保证了由下至上开孔依次被打开的要求和各个开孔处形成截面扩大的效果，这样做的好处是不但可以达到施工的目的，而且施工时又特别方便。

6参考文献

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