富水泥岩地层抗浮锚杆收渣降尘及洗孔工艺改进

2019-11-06岳大昌唐延贵

四川建筑 2019年4期

岳大昌, 唐延贵

(成都四海岩土工程有限公司, 四川成都 610041)

抗浮锚杆是设置于建(构)筑物基础底部，将上浮力传递到稳定的岩土层，用以抵抗地下水对建(构)筑物上浮力的构件。相比于尺寸较大的抗浮桩，抗浮锚杆因其施工速度快、造价低，且能有效满足建筑物对抗拔承载力的要求等优势而广泛应用与地下抗浮工程中。

1 抗浮锚杆施工

在泥岩地层中施工抗浮锚杆时，通常采用潜孔钻冲击钻孔，在钻孔过程中会不断产生很多粉尘和泥屑，随着压缩空气排出钻孔，随风四处飘散，对周边环境造成的污染，同时对操作人员的身体健康也形成了严重的危害。钻孔返出大量钻渣(图1)，由于地下水作用，成孔过程产生的钻渣与水混合后形成泥浆，在钻孔结束后，通常用人工采用编织袋装袋(图2)，然后用吊装设备转运至场地外，留下的泥浆由水泵抽至沉淀池处理后排放。容易造成水环境污染，施工现场泥浆较多，后期锚杆安装和注浆的质量不易保证。

图1 钻孔返出钻渣

图2 钻渣收集

钻渣和水混合附着在钻孔壁上，形成厚厚的泥皮(图3)，严重影响锚固体与岩体的锚固力，通常采用的洗孔方式为将气近伸入孔底，然后加入压缩空气，通过水将沉渣带出，同时对孔壁有清洗作用，但停止供气后，部分泥浆返入孔内，影响锚固体与土体的粘结力。

图3 钻孔内地下水和泥皮

关于收渣降尘及洗孔，在国内文献中有部分介绍，如在文献[1]中，对锚杆降尘采用水管喷水降尘；文献[2]中对锚孔清渣采用控制浆液的相对密度保证返渣效果，采用在黏土泥浆中加入水泥，去除锚固体与周围岩土体之间的泥皮；文献[3]采用高压空气清孔，清除孔内岩屑和泥渣；文献[4]采用清水洗孔，有大颗粒时用泥浆洗孔。但这些介绍均较为简单。

为了解决在富水泥岩地层施工抗浮锚杆时钻孔和清渣过程中产生的粉尘和泥浆飞溅扩散污染问题，避免二次收集清理废渣工序，保证钻孔清渣质量，在工程中不断摸索以及对施工经验进行不断总结，逐步总结和改进，形成了富水泥岩地层抗浮锚杆收渣降尘及洗孔技术。

2 抗浮锚杆施工新工艺

2.1 收渣降尘

抗浮锚杆收渣降尘装置(图4)为一开口料斗，料斗的容积大于单孔钻渣松方体积，料斗主要作用装渣；在料斗中间设置中心管，中心管内径略大于钻头直径，高度大于开口料斗高度，中心管作用是防止返出的钻渣再返入钻孔内，在中心管上方设置挡板，挡板与中心管上口之间留8～10 cm缝隙，使钻渣钻渣从钻孔返出后，进入料斗。

使用时，用钻机桅杆压住料斗底部，用钻机扶正器压住挡板，将钻头从中心管中插入，在开口料斗上用麻袋全覆盖(图5)。钻孔时，钻渣从中心管返出后，在钻机破岩钻进的过程中，产生大量岩屑、灰尘，气压将其从中心管吹出孔外，遇挡板后向四周扩散，当麻袋封闭后，钻渣便掉入斗中。避免岩屑、灰尘飞扬影响施工人员施工和污染环境，装置集土满(或成孔完成)后，拔出钻具，叉车配合移走装置，并运至制定堆土场地弃渣，随后可清洗钻孔。

目前，该装置已取得实用新型专利《一种抗浮锚杆收渣降尘装置》(专利号：ZL 2017 2 1662296.9)[1]

2.2 洗孔

洗孔主要有三个方面：其一、孔壁采用高压水水平射流，

图4 收渣降尘装置

图5 收渣降尘装置使用

洗掉孔壁附着泥皮；其二、用正循环用水流带出孔底残渣；其三、将返出的泥浆通过回收装置，将水进入泥浆池，通过絮凝和沉淀，再利用沉淀后的水再洗孔，减少含泥浆污水的排放量。

图6 洗孔喷头

3 工程概况

项目位于成都市武侯区航空路交汇处，该项目设三层地下室，地下室占地面积约12 307 m2，需设置抗浮锚杆的地下室面积约9 022 m2。该项目南区地下室设置抗浮锚杆3 521根，锚杆直径为250 mm，抗浮锚杆有效长度不小于7.5 m，单根锚杆的轴向抗拔力标准值Nak≥370kN。抗浮锚杆锚固段地层为泥岩，为强风化和中风化，紫红色、暗红色，厚层状，泥质结构，块状构造。局部裂隙较发育，部分裂隙中充填黑色氧化物膜，或可见灰白色矿物。岩体结构基本完整，构造层理较清晰，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。泥岩中存在大量的基岩裂隙水。本工程有以下几特点：

(1)锚孔直径大。在成都的抗浮锚杆孔径通常为150 mm，而本项目孔径为250 mm，每孔钻渣0.37 m3,换算成松方，约0.45 m3。

(2)地下水丰富。在钻孔过程中，从钻杆内向钻头提供的压缩孔气会阻止地下水进入钻孔，只要停止向钻孔内通高压空气，地下水会迅速进入孔内，从而将钻渣形成泥浆。

(3)泥皮厚。由于地下水的作用，将钻渣形成泥浆，附着在孔壁上，严重影响锚固体与岩体的摩擦力。

4 施工工艺

施工工艺流程为：测量定位→安放收渣斗→安放钻机→钻孔→钻机移机→吊装收渣斗→洗孔→安放锚杆杆体及注浆。

(1)测量定位。根据施工图钻杆的坐标，用GPS或全站仪进行测放，测放后用油漆标注或用钢筋定点。

(2)安放收渣斗。用吊装设备将钻渣斗吊起，将中心管的中心与锚杆孔位重合。

(3)安放钻机。放好收渣斗后，用钻机桅杆将收渣斗压住，将钻杆放入中心管，调整钻杆，使其垂直，再将麻袋覆盖在收渣斗上，使其作覆盖。

(4)钻孔。通过钻杆向冲击器加压，开始加压缩空气，使冲击器对混凝土垫层冲击破碎，同时慢速旋转开始钻进，当钻进0.5 m左右后，可正常钻进，每钻进0.5～1.0 m时，停止钻进，通过钻杆向孔底吹压缩空气，同时不断反复升降钻杆，向钻渣从孔底吹出，防止钻渣沉积过多造成卡钻，换钻杆时，将收渣斗中间的钻渣向钩到收渣装置周边。钻孔过程中不能停止供气，换上钻杆时，要迅速安装，安排安成立即供气，减少地下水涌入钻孔，尽量让钻渣为干燥状态，便于运输。当地下水特别丰富时，从钻孔返出的水连同泥浆一起装在收渣降尘装置内，多余的水流出，装置内仅泥浆。

(5)钻机移机。当达到设计钻孔深度后，反复吹孔内残渣，结束后，取下覆盖在收渣斗上的麻袋，小心提升钻杆，将钻机移到下一钻孔位置。

(6)吊装收渣斗。用吊装设备(吊车、塔吊、叉车等均可)装收渣斗吊起，吊起同时安排人员对孔周边的少量的渣土收集，装至收渣斗内，然后运至场地内的堆土场。

(7)洗孔。当一定区域成孔完成后，在钻孔口部安装回水收集装置，然后用4.5 kW的污水泵抽水向钻孔内洗孔，洗孔时采用φ50 mm胶管，管端头加工让水流水平射流的洗孔喷头，从孔口下放至孔底，反复2～3次，可将孔壁洗干净，孔壁洗好后，将喷嘴卸下，将水管放至孔底，用高压水流冲孔底，让水返出排放至沉淀池(泥浆池)中，在沉淀池(泥浆池)中投放一定比例的有机高分子絮凝剂和沉淀剂，洗孔水经沉淀后，可循环用于洗孔，洗孔时间以孔口返出清水为止，洗完后，用干净清水钻孔再清洗一次，置换出含絮凝剂和沉淀剂的水。

(8)安放锚杆杆体及注浆。洗完孔后立即放入锚杆，调整杆体高度，使之满足设计要求，用钢筋焊接支架固定。杆体安放好后尽快注浆，注浆管伸到孔底，从孔底向上返浆，待浆液达到钻孔深度的2/3时，向孔内投放碎石，使之形成结石体。