基坑錨桿支護技術方案

1、- 17 -錨桿施工技術一、工程概況北京市CBD核心區(qū)Z14地塊商業(yè)金融項目位于北京市朝陽區(qū)，建筑面積316000，地上45層，地下6層，建筑高度238m。該工程基坑占地面積約16400，開挖深度32.5m，基坑支護體系原設計為“地下連續(xù)墻+預應力錨桿+混凝土水平內支撐”。地連墻錨桿混凝土水平撐 圖1 基坑支護體系效果圖 圖2 基坑支護體系剖面圖三、選擇課題(小組針對現(xiàn)有的技術、工藝、技能、方法等無法實現(xiàn)或滿足工作任務的實際需求，運用新思維選擇的創(chuàng)新課題)根據(jù)總承包工程合同文件，本工程開工日期為2014年4月8日，地下室主體結構封頂日期為2015年6月30日，節(jié)點工期為448天。如按基坑支護體

2、系原設計施工，當樁基施工60%時插入混凝土內支撐施工，完成后進行土方開挖施工，并在土方開挖25%時插入地下室主體結構施工。由于混凝土內支撐的存在對土方開挖與地下室主體結構施工造成一定降效，因此預計施工工期為510天，節(jié)點工期目標無法實現(xiàn)。圖3 基坑支護原設計工期進度圖通常情況下，深基坑的支護體系多為地下連續(xù)墻（咬合樁）+預應力錨桿，如基坑底標高位于承壓水頭以下，在承壓水的作用下錨桿無法施工，則需加設混凝土水平內支撐。本工程底板標高為-32.50m，第二層承壓水含水層標高為-27.61m，-27.61m-32.50m之間無法施工錨桿，故原基坑支護體系設計在地下連續(xù)墻+預應力錨桿的基礎上于-28.

3、50m標高處增加一道混凝土水平內支撐。QC小組通過討論提出構想：能否通過創(chuàng)新施工工藝克服承壓水對錨桿施工的影響，從而采用承壓水下錨桿取代混凝土水平內支撐，進而節(jié)約工期？為此，QC小組通過國家科技圖書文獻中心、國家科技成果網、維普資訊、萬方數(shù)據(jù)、中國學術期刊網、中國知網進行相關文獻檢索，檢索詞為：承壓水下、錨桿、施工，并檢索出四篇類似文獻，分別為國家大劇院工程高承壓水巨厚卵石層中錨桿施工（施工技術，2004,33（1）；錨桿在砂土地層或承壓水地層中注漿施工的研究（施工技術，2009年S1期）；工后錨桿施工技術在承壓水沙層中的應用（城市建筑。2013，（20）；錨桿支護及在高承壓水土層基坑中的應用

4、 （地質科技情報，2005,24（zl）。其中已完工程國家大劇院對本次QC活動參考意義較大。QC小組通過進一步查閱國家大劇院基坑工程資料并咨詢國家大劇院項目施工技術人員得知，國家大劇院基礎埋深大部分面積為-28.5m，局部臺倉埋深-32.5m，基坑支護形式為“地下連續(xù)墻+錨桿”。 圖4 國家大劇院效果圖 圖5 國家大劇院基坑支護剖面圖國家大劇院工程地下承壓水頭標高為-16.92m，第三排錨桿錨頭標高為-14.50m，錨桿部分位于承壓水頭以下，而本工程錨桿全長位于承壓水頭以下，國內目前尚無施工先例。圖6 地下承壓水與錨桿位置關系圖因此，QC小組確定課題：研制一種全長在承壓水頭以下的錨桿施工技術。

5、四、制定目標小組圍繞課題目的設定目標，目標設定應滿足以下要求：與課題所達到的目的保持一致；將課題的目的轉化為可測量的課題目標；目標設定不宜多）1、活動目標如按基坑支護原設計進行施工，預計地下室結構封頂時間為2015年8月31日，而根據(jù)總承包工程合同要求，地下室結構封頂時間為2015年6月30日，因此需通過改善基坑支護方式節(jié)約工期62天方可滿足合同節(jié)點要求，即此次活動目標為節(jié)約工期62天。2、目標可行性分析（小組應對設定的課題目標，進行目標可行性分析；將借鑒的相關數(shù)據(jù)與設定目標值進行對比和分析；分析小組擁有的資源，具備的能力與課題的難易程度；依據(jù)事實和數(shù)據(jù)，進行定量分析與判斷）國家大劇院類似錨桿

6、長度為16m，每臺鉆機每天可施工3根錨桿。本工程錨桿長度為23m，錨桿全長位于承壓水頭以下，施工工藝較國家大劇院工程錨桿更為復雜，預計每臺鉆機每天可施工2根錨桿。根據(jù)規(guī)范要求，同時施工的兩臺鉆機間距不應小于20m，本工程錨桿施工區(qū)域長約50m，最多可兩臺鉆機同時施工。若采用錨桿取代混凝土水平內支撐，根據(jù)錨桿設計規(guī)范要求及現(xiàn)場實際情況，共需施工錨桿110根。兩臺鉆機同時施工，28天可完成施工任務。根據(jù)國家大劇院類似錨桿施工經驗，錨桿施工可與其余土方開挖同時進行，不占用總工時，且錨桿施工占用場地較小，對土方施工及后期結構施工不產生降效問題。因此，經計算，采用水下錨桿取代混凝土水平內支撐理論最多可節(jié)

7、約工期81天（510d-429d=81d），進而實現(xiàn)制定目標。圖7 原設計所需工期圖8 改善基坑支護方式后所需工期五、提出并確定方案（小組針對課題目標，提出方案應：提出可能達到預定目標的各種方案并對所有方案進行整理；方案包括總體方案與分級方案，總體方案應具有創(chuàng)新性和相對獨立性，分級方案應具有可比性，以供比較和選擇）1、研制難點全長在承壓水頭以下的錨桿研制難點有二：一、如何保證錨桿孔口封堵密實，確保無涌水涌砂現(xiàn)象；二：如何保證錨桿拉拔力在承壓水頭以下滿足設計要求。圖9 研制難點為此，QC小組制定以下研制框架，并通過試驗比選確定最終研制方案。 圖10 方案研制框架（確定最佳方案 小組對所有整理后的

8、方案進行比較和評價，確定最佳方案：方案分解應逐層展開到可以實施的具體方案；方案評價應用事實和數(shù)據(jù)對經過整理的方案進行逐一分析和論證；方案確定方式包括現(xiàn)場測量、實驗和調查分析。）2、通過錨桿試驗進行方案比選2.1試驗準備（1）編制承壓水下錨桿施工試驗方案并進行專家論證；（2）在施工現(xiàn)場6-6剖處進行局部土方開挖作為試驗區(qū)域；圖12 試驗區(qū)域示意圖（3）試驗錨桿施工前搭建排水系統(tǒng)。圖13 搭建排水系統(tǒng)2.2試驗方法通過控制變量法進行試驗，試驗分四組，分別對地連墻上孔洞封堵材料、地連墻后土方塌陷封堵材料、注漿方法和注漿材料進行比選。在施工過程中記錄試驗數(shù)據(jù)、分析試驗效果，為方案比選提供可靠依據(jù)。表2

9、 試驗錨桿編號表試驗組別比選內容錨桿編號試驗一組地連墻上孔洞封堵材料SYMG-1SYMG-2SYMG-3SYMG-4試驗二組地連墻后土方塌陷封堵方法SYMG-5SYMG-6試驗三組注漿方法SYMG-7SYMG-8試驗四組注漿材料SYMG-9SYMG-103、一級方案選擇3.1成孔機械由于本工程所研制錨桿全長位于承壓水頭以下，因此成孔方法選擇雙套管清水循環(huán)鉆進法。采用該方法進行錨桿成孔的鉆機主要有三種型號：JD180B履帶式多功能鉆機；JD110B全液壓履帶式多功能鉆機；ZSY-70全液壓履帶式多功能鉆機。各自性能參數(shù)如下表：表3 鉆機性能參數(shù)表JD180B履帶式多功能鉆機JD110B全液壓履帶

10、式多功能鉆機ZSY-70全液壓履帶式多功能鉆機外形尺（LWH）835022002900（大尺寸）655022002800（中尺寸）455018002200（小尺寸）液壓系統(tǒng)壓力20Mpa（滿足）20Mpa（滿足）15Mpa（滿足）推進力57000N（滿足）53000N（滿足）49000N（滿足）起拔力85000N（滿足）71000N（滿足）68000N（滿足）最大推進速度56m/min（滿足）38.33m/min（滿足）24m/min（滿足）最大起拔速度39.5m/min（滿足）28.75m/min（滿足）25.05m/min（滿足）夾持鉆具直徑65225mm（滿足）60273mm（滿足）40

11、125mm（不滿足）夾緊力157kN（滿足）190kN（滿足）170kN（滿足）由于現(xiàn)場施工場地狹小，錨桿施工、樁基施工與土方開挖同時進行，故應在滿足鉆孔要求的前提下盡量采用小尺寸鉆機，即ZSY-70全液壓履帶式多功能鉆機最佳，但由于該型號鉆機夾持鉆具直徑為40125mm，而本工程錨桿設計直徑為150mm，該鉆機無法滿足要求，因此，選用JD110B全液壓履帶式多功能鉆機作為承壓水下錨桿施工機械。3.2孔口封堵工藝3.2.1地連墻上孔洞封堵地連墻上孔洞封堵材料備選方案共四種，分別為油麻絲；速凝堵漏型“水不漏”；油麻絲+速凝堵漏型“水不漏”；干海帶+速凝堵漏型“水不漏”。2014年5月10日，QC

12、小組于基坑6-6剖處進行錨桿試驗一組施工，小組成員高春、劉楊、龔應波進行現(xiàn)場旁站指導，李輝負責數(shù)據(jù)記錄。試驗方法及比選依據(jù)詳見下表：表4 試驗方法指導表試驗錨桿編號地連墻上孔洞封堵材料操作方法比選依據(jù)依據(jù)量化SYMG-1油麻絲將油麻絲與黃油混合后填充孔洞1、操作難易度2、2h內孔口封堵效果3、成本1、操作完成時間（應小于45min）2、2h內孔口封堵密實率（%）3、單孔封堵成本（元/孔）SYMG-2速凝堵漏型“水不漏”按1：0.2的粉水質量比揉捏成團后填充孔洞SYMG-3油麻絲+速凝堵漏型“水不漏”孔口前1/3段塞入干海帶，后2/3段填充“水不漏”SYMG-4干海帶+速凝堵漏型“水不漏”孔口前

13、1/3段塞入油麻絲，后2/3段填充“水不漏”其中，2h內能否100%封堵為比選重點?，F(xiàn)場試驗結果如下：表5 試驗結果記錄表試驗錨桿編號孔洞封堵材料封堵直觀效果2h內孔口封堵密實率單孔完成時間成本（元/孔）SYMG-1油麻絲地下水易將黃油沖淡，無法封堵密實，且污染環(huán)境73%18min90SYMG-2速凝堵漏型“水不漏”孔洞深，深處位置無法填充密實，有地下水及泥沙涌出88%30min100SYMG-3干海帶+速凝堵漏型“水不漏”干海帶遇水膨脹，孔洞封堵密實，無涌水、涌砂100%26min130SYMG-4油麻絲+速凝堵漏型“水不漏”孔洞封堵較密實，有少量地下水流出94%26min130雖然干海帶+

14、速凝堵漏型“水不漏”封堵成本最高，單孔完成時間相對較長，但封堵效果最好，2h內孔口封堵密實率為100%，因此選用干海帶+速凝堵漏型“水不漏”作為地連墻上孔洞封堵材料。 圖14 地連墻鉆孔 圖15 孔洞封堵 圖16 質量驗收記錄表 圖17 干海帶3.2.2地連墻后土方塌陷封堵錨桿施工過程中，當鉆機外管拔出時，地連墻內側孔口處會有少量土方塌陷，為保證孔口封堵密實，需對塌陷處進行注漿封堵。比選方法有兩種，分別為：先封口后注漿；先注漿后封口。通過試驗二組進行比選，比選方法如下：圖18 孔口塌陷示意圖表6 試驗方法指導表試驗錨桿編號SYMG-5SYMG-6地連墻上孔洞封堵材料干海帶+速凝堵漏型“水不漏”

15、地連墻后土方塌陷封堵方式先封口后注漿先注漿后封口操作方法先從孔外直接向孔內注漿，直至漿液溢出孔口，然后采用干海帶+速凝型“水不漏”封口先采用干海帶+速凝型“水不漏”封堵孔口，過程中插入注漿管，封堵密實后，通過注漿管進行孔內注漿比選依據(jù)1、操作難易度； 2、孔口最終封堵效果依據(jù)量化1、操作完成時間（應大于45min，且小于120min）；2、孔口封堵密實率（%）同樣，孔口能否100%封堵為比選重點。2014年5月11日，QC小組于基坑6-6剖處進行錨桿試驗二組施工，小組成員高春、白清江、謝亨山進行現(xiàn)場旁站指導，邵洋負責數(shù)據(jù)記錄。現(xiàn)場試驗結果如下：表7 試驗結果記錄表試驗錨桿編號比選方案封堵直觀效

16、果孔洞封堵密實率單孔完成時間SYMG-5先注漿后封口孔口初期無涌水涌砂，后期有少量涌水70%68minSYMG-6先封口后注漿孔口無涌水涌砂100%92min 圖19 先封口后注漿 圖20 先注漿后封口以孔口封堵效果為第一關注點，其中，采用先注漿后封口方式封堵的孔口初期無涌水涌砂，但后期有少量涌水發(fā)生，而采用先封口后注漿方式封堵的孔口封堵效果較好，孔口無涌水涌砂現(xiàn)象，孔口封堵密實率為100%，因此選用先封口后注漿方式作為地連墻后土方塌陷部分封堵方法。3.2.3注漿方法 根據(jù)文獻查閱結果，借鑒國家大劇院水下錨桿施工經驗，水下錨桿注漿通常分為兩次注漿，即”一次注漿+二次高壓劈裂注漿”，由于本工程錨

17、桿全長在承壓水頭以下，無先例可供參考，對承壓水對錨桿拉拔力影響無法估計，因此試驗三組比選選項增加“一次注漿+二次微壓注漿+三次高壓劈裂注漿”。比選方法如下：表8 試驗方法指導表試驗錨桿編號SYMG-7SYMG-8注漿方法一次注漿+二次高壓劈裂注漿一次注漿+二次微壓注漿+三次高壓劈裂注漿操作方法通過一次注漿管進行灌漿，當水泥漿液從孔口溢出時停止注漿，一次注漿完成24小時后進行二次劈裂注漿，以25MPa壓力能穩(wěn)壓3分鐘為終止條件通過一次注漿管進行灌漿，當水泥漿液從孔口溢出時停止注漿，隨后每拔出一段外管，順著一次注漿管進行二次微壓注漿一次，二次注漿完成24小時后進行三次劈裂注漿，以25MPa壓力能穩(wěn)

18、壓3分鐘為終止條件注漿材料P.O42.5普通硅酸鹽水泥砂漿比選依據(jù)是否滿足錨桿軸力設計要求依據(jù)量化試驗錨桿平均軸力值1080kN2014年5月12日上午，QC小組于基坑6-6剖處進行錨桿試驗三組施工，小組成員高春、白清江、龔應波進行現(xiàn)場旁站指導，李輝負責數(shù)據(jù)記錄。2014年5月20日，QC小組委托筑之杰建筑工程檢測有限責任公司對試驗錨桿進行張拉檢測?，F(xiàn)場試驗結果如下：表9 試驗結果記錄表試驗錨桿編號注漿方法平均凈操作時間錨桿軸力設計值第一組試驗平均軸力值第二組試驗平均軸力值第三組試驗平均軸力值SYMG-7一次注漿+二次高壓劈裂注漿32min1080kN959kN（不滿足）854kN（不滿足）9

19、13kN（不滿足）SYMG-8一次注漿+二次微壓注漿+三次高壓劈裂注漿56min1193kN（滿足）1193kN（滿足）1326kN（滿足）結果顯示，采用兩次注漿的水下錨桿平均軸力值均小于1080kN，不滿足設計要求，而采用三次注漿的水下錨桿拉拔至1193kN、1326kN時錨桿均未出現(xiàn)規(guī)范要求終止加載的情況，即錨桿平均軸力值可達到1193kN、1326kN，大于1080kN，滿足設計要求。因此選擇一次注漿+二次微壓注漿+三次高壓劈裂注漿作為承壓水下錨桿的注漿方法。原因分析：承壓水下錨桿一次注漿體被承壓水擠壓，導致注漿體不飽滿，一次注漿后增加二次微壓注漿可確保注漿體飽滿，進而保證錨桿拉拔力滿足

20、基坑支護要求。由此，一級方案全部確定。圖22 一級方案比選結果4、二級方案選擇根據(jù)其他工程類似錨桿施工經驗，錨桿注漿材料通常為水泥砂漿，且試驗三組注漿方法比選中錨桿注漿材料也為水泥砂漿，錨桿平均軸力值大于1080kN，滿足設計要求。但由于水泥砂漿需要現(xiàn)場進行水泥與砂石拌制，增加現(xiàn)場施工工序，且砂石中含泥量與含水量難以控制進而影響錨桿質量，因此能否采用水泥凈漿作為注漿材料為試驗四組比選內容。SYMG-9、SYMG-10以“一次注漿+二次微壓注漿+三次高壓劈裂注漿”方法進行注漿，注漿材料分別為水泥凈漿與水泥砂漿。QC小組委托筑之杰建筑工程檢測有限責任公司對試驗錨桿進行張拉檢測，試驗結果如下：表10

21、 試驗結果記錄表試驗編號注漿材料制備難度砂石含泥量影響砂石含水量影響平均軸力值軸力設計值SYMG-9水泥凈漿易無影響無影響1326kN（滿足）1080kNSYMG-10水泥砂漿現(xiàn)場增加工序較難保證較難保證1326kN（滿足）結果顯示，兩根錨桿在張拉至1326kN時，錨桿均未出現(xiàn)規(guī)范要求終止加載的情況，即錨桿平均軸力值均可達到1326kN，大于1080kN，滿足設計要求。因此此組試驗比選結果為采用水泥凈漿作為錨桿注漿材料。通過以上四組試驗、10根試驗錨桿施工、兩級方案比選本工程全長在承壓水頭以下的錨桿施工方案全部確定。圖23 全部方案比選結果六、制定對策針對所確定的方案制定相關對策、目標與措施，

22、具體內容詳見下表：表11 方案對策表方案對策(what)目標(why)措施(how)責任人(who)地點(where)完成時間(when)JD110B全液壓履帶式多功能鉆機采用JD110B全液壓履帶式多功能鉆機進行錨桿成孔錨桿一次成孔率100%1、預定鉆機廠家，提前進場兩臺錨桿鉆機。高春施工現(xiàn)場2014年8月13日2、正式錨桿施工前完成排水系統(tǒng)搭建3、錨桿鉆機跳打成孔干海帶+速凝堵漏型“水不漏”制定采用干海帶+速凝堵漏型“水不漏”進行地連墻上孔洞封堵施工工藝錨桿孔口封堵密實率100%1、采用干海帶填充孔口里2/3孔深劉楊施工現(xiàn)場2014年8月13日2、采用“水不漏”按1：0.2粉水質量比混合填

23、塞剩余1/3孔深先封口后注漿制定采用先封口后注漿方式進行地連墻后土方塌陷封堵施工工藝1、在孔口封堵同時插入一根孔口注漿管與一根排水、排氣管2、一次注漿完成5小時后進行孔口封堵注漿3、注漿壓力維持0.50.8MPa，水泥漿水灰比為1:0.5一次注漿+二次微壓注漿+三次高壓劈裂注漿制定采用水泥凈漿進行一次注漿+二次微壓注漿+三次高壓劈裂注漿施工工藝錨桿抗拔承載力滿足設計要求，驗收合格率為100%1、水泥采用P.O42,5普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1:0.5白清江施工現(xiàn)場2014年8月20日2、每拔出一段鉆機外管進行二次微壓注漿一次，注漿壓力為0.50.8MPa，穩(wěn)壓1min水泥凈漿3、二次注漿

24、完成24小時后進行三次劈裂注漿，注漿壓力為25MPa，穩(wěn)壓3min，水：水泥：壓漿劑=3:10:14、錨桿驗收試驗培訓考核課件培訓試卷考核考試通過率100%1、形成培訓課件對組員進行培訓龔應波項目會議室2014年5月20日2、將承壓水下錨桿施工重點及注意事項形成試卷3、考核施工技術人員八、效果考核8.1承壓水下錨桿施工由于全長在承壓水頭以下的錨桿施工技術研制成功，項目采用1排承壓水下錨桿取代混凝土水平內支撐，110根錨桿順利施工完成，錨桿軸力值均滿足設計要求，驗收合格率100%。由于錨桿施工與土方開挖同時進行，不單獨占用關鍵線路工期，因此節(jié)約原混凝土水平內支撐所占關鍵線路工期58天。且錨桿施工占用場地較小，施工完成后不占用建筑紅線內區(qū)域，因此對土方施工、主體結構施工不造成降效問題，達到節(jié)約工期的效果。8.2土方開挖施工本工程土方量約為121000m3，北京白天禁止出土，項目充分利用夜