復雜地層下邊坡錨固成孔技術

劉學師

(中國有色金屬工業西安勘察設計研究院，陜西西安 710054)

1 工程實例

東北某新廠區邊坡處理項目，位于遼寧省撫順市東洲區低山丘陵地區，在進行場地整平的過程中，形成的邊坡需進行永久性支護處理，以保證建設場地的安全穩定性。根據勘察報告，本場地覆蓋層較薄，為0 m～5 m左右，該山體邊坡高度為15 m～35 m，基巖巖性復雜，風化嚴重，節理裂隙發育，且局部有大沖溝，溝中存在相當厚度的軟土，地質條件非常復雜。

本工程地質勘察提供的資料結合現場實際情況，確定邊坡采用錨桿框架梁聯合護坡，錨桿間距2.5 m，梅花形布設，錨桿頭焊接十字架。錨桿、錨索施工現場見圖1。

2 鉆孔設備選擇

由于本邊坡比較高，大型設備很難調運到腳手架上，且鉆機移位非常麻煩，綜合考慮，選用SK100輕型潛孔鉆機，與之相配7/12的中風壓空氣壓縮機，該鉆機優點是輕便，在邊坡腳手架上移位非常方便?？咨顬? m～15 m，可采用φ50 mm鉆桿，孔深為25 m～30 m，需采用φ60 mm鉆桿，因為φ50 mm鉆桿雖然較輕便，但是強度較低，如孔深超過15 m，反而影響鉆進速度。以在撫順工地同一地層(中風化安山質斑巖)試驗25 m錨索成孔為例，采用φ60 mm鉆桿，4 h可以成一個孔，采用φ50 mm鉆桿，5.5 h才成一個孔，一個孔可以節省1.5 h，大大提高了成孔效率。

3 邊坡錨固各種地層中的成孔方法

3.1 含水巖層

鉆進這種巖層，排渣困難，大量的巖粉附著在沖擊器和孔壁上，極易使沖擊器堵塞和孔壁縮徑，導致吸附鉆桿和埋鉆事故。鉆進時應隨時向孔內注水，隨著鉆孔加深逐漸加大注水量，并采用高壓風力將水混合粉渣排出。

3.2 破碎巖層

破碎巖層應嚴格控制低于正常壓力鉆進，適當降低轉速和鉆速。

1)如巖層破碎漏風嚴重，發生起鉆塌孔，拔出鉆具后，孔壁巖塊垮塌，堵塞孔道。需重新破碎后方可朝前鉆進，多次反復進行，進度慢、效率低，鉆具磨損亦嚴重。

2)此類巖層在鉆進過程中容易塊石塌落造成卡鉆，處理卡鉆事故一般緊貼孔的正下方打一引孔，到達卡鉆位置石塊一般會松動，或脫落至引孔，卡住的鉆頭即可提出。

3)如巖層特別破碎無法成孔，需用煤炭鉆先成細孔，注入水泥砂漿，對破碎巖層進行整體加固，水泥砂漿達到一定強度后再鉆進成孔。

3.3 粘土夾層

鉆進遇粘土夾層最容易出現糊鉆，形成泥包或泥環，以致造成卡、埋鉆事故。此時應采用向孔內注水，反復抽拉，同時高壓送風措施，可有效的解除泥包或泥環問題。

3.4 粉細砂或中粗砂或粉土等土層

在這種地層成孔(一般在基坑支護中遇到這種地層)應注意護壁，通常通過調節泥漿性能、向孔內注濃泥漿(由市場上購進的普通膨潤土配制而成，密度1.30 m左右，粘度30 s左右)。鉆速40 r/min～55 r/min，0.4 MPa風壓低壓力鉆進，循環水量約為25 L/min，孔內水壓力為0 MPa～0.1 MPa即可成孔。泥漿護壁會因形成泥皮而影響錨固力，通過多個工程實例總結，泥漿護壁的鉆孔，在錨桿(索)下入孔內后，注漿前往孔內注入清水，用空壓機通過注漿管高壓送風，反復洗孔5 min～10 min，基本可以將泥皮消除，而對于軟弱地層及細砂層，通過高壓灌漿，亦可取得較理想的錨固力。

3.5 砂礫、卵石層

由于砂礫、卵石層容易塌孔(一般在基坑支護中遇到這種地層)，綜合考慮，選用MD60全液壓潛孔鉆機，與之相配7/12的中風壓空氣壓縮機，該鉆機的優點是扭矩大，液壓推進，不易卡鉆，成孔采用偏心錘跟管鉆進工藝(見圖2)，由于偏心跟管鉆進負荷較大，對管靴、套管絲扣要求較高，每鉆進0.3 m～0.5 m應強風吹孔排渣一次，以保持孔內清潔。鉆進結束或需更換偏心鉆具時，先將孔底殘渣吹盡，脫開偏心鉆具的回轉動力，停止回轉，緩慢提升偏心鉆具至偏心鉆頭后背與套管靴前端接觸為止，用管子鉗卡持鉆桿，作逆時針方向回轉，同時緩慢試提偏心鉆具，當偏心鉆具可順利提升時，表明偏心鉆頭已順利收攏，這時可按照常規方法提升偏心鉆具，直至全部提出偏心鉆具。

圖1 錨桿、錨索施工現場

圖2 偏心錘跟管鉆進施工現場

待孔內殘渣吹凈，需及時安裝錨索，檢查合格后進行注漿，并一邊注漿一邊拔出套管。

4 拔管過程中出現的問題

4.1 套管拔管過慢會出現的問題

1)水泥砂漿在初凝期前后(約45 min)，此時拔管容易對水泥砂漿擾動，破壞了水泥砂漿的強度，從而降低了錨索的抗拔力，給工程留下質量隱患。

2)水泥砂漿已經過了初凝期，產生了一定的強度，拔管過程中水泥砂漿連同錨索一同帶出，造成錨索報廢。

3)水泥砂漿凝固在套管中，套管無法拔出，套管報廢，造成很大的經濟損失，而且可能因套管將錨固段砂漿與土層隔離開來而影響了錨固效果。

4.2 套管拔管過快會出現的問題

1)套管拔出，注漿沒能及時跟上，造成塌孔，泥土等雜質覆蓋在錨索上，在隨后的注漿過程中水泥砂漿不能充分的和錨索表面結合，造成錨索和水泥砂漿之間的抗拔力降低，從而影響了工程質量。

2)套管拔出，注漿沒能及時跟上，造成塌孔，泥土等雜質填塞在孔里，使水泥砂漿不能充分的接觸下部孔壁，造成錨索孔壁和水泥砂漿之間的接觸面積減少，孔壁和水泥砂漿之間的摩擦力降低，從而影響了工程質量。

3)孔內部分區域水泥砂漿不能充分填充，注漿質量不能保證，在后面的錨索張拉過程中水泥砂漿易發生破壞，給工程留下質量隱患。

此道工序最為關鍵，技術員要旁站并做好詳細的施工記錄，施工要安排連貫緊湊，嚴格控制，一定要由有經驗的技工來完成。

5 效果對比分析

以延安市某辦公樓基坑支護為例，據勘察報告可知，地貌單元屬延河左岸一級階地，各層地基土巖性特征及抗剪強度指標見表1。

表1 地基土巖性特征及抗剪強度指標

基坑總深度－14.0m。進行基本試驗的錨索主要設計參數如下:護坡樁及冠梁:樁頂標高－1.0 m，樁徑800 mm，樁長17 m，間距1 600 mm，樁身混凝土強度 C30，冠梁頂標高 －0.5 m，尺寸為800 mm×500 mm，混凝土強度C30。

錨索:共設置兩道錨索，第一道錨索索頭位于－5.0 m，錨索總長18.0 m，其中錨固段長 13.0 m，自由段長 5.0 m，孔徑 150 mm。第二道錨索索頭位于－9.0 m處，錨索總長20.0 m，其中錨固段長15.0 m，自由段長5.0 m，孔徑為150 mm。鋼絞線采用4×φ15.2(1 860級)，鎖定力 290 kN。錨索傾角 15°，位于兩樁之間水平間距1 600 mm。錨固材料為P.O42.5R水泥漿，水灰比0.5，注漿壓力0.6 MPa。設計要求錨索軸向抗拉極限承載力為450 kN。采用2［25b槽鋼背靠背鎖定錨索和護坡樁。

錨索成孔試驗采取兩種辦法:

1)用煤炭鉆先成細孔，注入水泥砂漿，對卵石層進行整體加固，水泥砂漿達到一定強度后再鉆進成孔。2)采用偏心錘跟管鉆進工藝。

兩種工藝實施情況比較表見表2。

表2 兩種工藝實施情況比較表

根據現場成孔試驗結果得出以下結論:

1)對卵石層注入水泥砂漿整體加固后再鉆進成孔，由于注漿量無法控制，多個孔出現注漿水泥超過2 t的現象，遠超設計值0.5 t/孔，整體工程造價風險很大，砂卵礫石層較厚，在造孔過程中，土層和砂卵礫石層遇水后孔壁都極易坍塌尤其是砂卵礫石層為含水層，地下水處于飽和狀態，受機械振動后更易加速塌孔卡鉆事故，正常條件下18 m錨索成孔需3.5 h，如出現塌孔卡鉆事故，可能一天都無法處理好，對工程質量及工期都無法保證。

2)采用偏心錘跟管鉆進工藝，18 m錨索成孔需4.0 h，但一般不會出現塌孔卡鉆事故，錨索注漿量穩定，整體工程造價可控，由于鉆孔非常穩定，工程質量及工期都能保證，在后面的錨索成孔時選用偏心錘跟管鉆進工藝。

6 結語

鉆孔作業是巖土錨固工程施工中的重要一步，一定要認真對待，嚴把質量關。只要我們通過科學合理的設備機具的選型配置和采取切實可行的成孔工藝，就能克服錨固成孔困難，取得很好的經濟效益和社會效益。

［1］陳祖煜.巖質邊坡穩定分析——原理 方法 程序［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［2］蘇自約，陳 謙，徐禎祥，等.錨固技術在巖土工程中的應用［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］余志成，施文華.深基坑支護設計與施工［M］.北京:中國建筑工業出版社，1997.

［4］JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程［S］.

［5］GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范［S］.

［6］JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］.