潛孔錘偏心跟管鉆進技術在錨桿施工中的應用

現今隨著我國國民經濟的發展，城市建設蒸蒸日上，新型地基與基礎工程類別層出不窮，深基坑支護工程中的預應力錨桿（索）及地下室抗浮設計中的抗浮錨桿已經逐步成為基礎工程中重要的分支。如何能夠在復雜回填土層及風化強烈的破碎巖層中成功施工各類錨桿也成為了錨桿工程中的重點。

一、 潛孔錘偏心跟管鉆進技術的發展背景

在眾多的復雜地層錨桿鉆進施工中，塌孔、埋鉆是施工人員經常碰到且又十分頭疼的問題。采用常規的鉆進工藝方法很難保證鉆孔的質量和施工效率。潛孔沖擊跟管鉆進技術充分利用了風動潛孔錘高效沖擊破碎巖石的優勢，在高效碎巖鉆進的同時，同時跟入套管保護鉆孔孔壁，利用套管的剛性導向作用，可以抑制鉆孔彎曲，保證鉆孔的垂直度。

潛孔沖擊跟管鉆進按其結構型式主要分為兩種類型：偏心式跟管鉆具及同心式跟管鉆具。同心跟管鉆具因其外鉆頭的壁厚較厚，同樣孔徑施工，沖擊功傳遞效果不如偏心鉆具，只有在鉆孔直徑較大，選擇高風壓沖擊器時，效果才比較好，但制造費用比偏心鉆具高的多。偏心式跟管鉆具不僅成孔直徑大，而且結構簡單，制造成本低，使用方便，因此得到了更廣泛的應用。

二、 潛孔錘偏心跟管鉆進系統及工作原理

2.1 潛孔錘偏心跟管鉆進的系統組成

潛孔錘偏心跟管鉆進系統主要由潛孔沖擊器、偏心跟管鉆具（單偏心擴孔式（見圖1）或雙偏心、三偏心擴孔式）、管靴、套管等構成。

在潛孔錘偏心跟管鉆進系統中，無論是哪種偏心跟管鉆具都是通過偏心跟管鉆具鉆進時鉆出大于套管外徑的孔，并當鉆進至預定地層，可將跟管鉆具收斂，使跟管鉆具的最大外徑小于管靴、套管的內徑，從而取出跟管鉆具， 套管則留在地層內保護孔壁。

鉆進系統組成見圖2。

圖1 單偏心擴孔式跟管鉆具外觀圖

2.2 潛孔錘偏心跟管鉆進的工作原理

單偏心三件套潛孔錘偏心跟管鉆具工作時由鉆機提供回轉扭矩及推進動力。正常鉆進時，由空氣壓縮機提供的壓氣，經鉆機、鉆桿進入潛孔沖擊器使其工作，沖擊器的活塞沖擊跟管鉆具的導正器，導正器將沖擊波和鉆壓傳遞給偏心鉆頭和中心鉆頭，破碎孔底巖石。同時鉆機帶動鉆桿回轉，鉆桿將回轉扭矩傳遞給沖擊器并由沖擊器通過花鍵帶動跟管鉆具的導正器轉動，導正器上有

圖2 單偏心三件套跟管鉆進系統示意圖

偏心軸，導正器轉動時偏心鉆頭張開，并在開啟到設計位置后被限位，使中心鉆頭、偏心鉆頭同時隨導正器旋轉。偏心鉆頭鉆出的孔徑大于套管的最大外徑，使套管不受孔底巖石的阻礙而跟進。套管的重力大于地層對套管外壁的摩擦阻力時，套管以自重跟進；當套管外壁的摩擦阻力超過套管的重力時，內層跟管鉆具繼續向前破碎巖石，直到導正器上的凸肩與套管靴上的凸肩接觸，此時，導正器將鉆壓和沖擊波部分傳給套管靴，迫使套管靴帶動套管與鉆具同步跟進，保護已鉆孔段的孔壁。導正器表面開有吹巖屑的氣孔，也有使孔底巖屑能夠排出的氣槽。大部分壓縮空氣經沖擊器作功后通過導正器中心孔、偏心鉆頭和中心鉆頭達到孔底，沖刷已被破碎或松散的孔底巖石、冷卻鉆頭，并攜帶巖粉經中心鉆頭、導正器的排粉槽進入套管與沖擊器、鉆桿的環狀空間被高速上返的氣流或泡沫排出孔外。

提鉆吹孔時，只要導正器表面的孔露出套管靴，解除封閉狀態，大量空氣將通過此二孔進入套管，對套管內巖屑進行強吹。當鉆進工作告一段落，將鉆具提出時，可慢速反轉鉆具，偏心鉆頭又依靠慣性力和摩擦力收回，整套鉆具的外徑小于管靴、套管的內徑，即可將鉆具提出到配接鉆桿和套管的位置或將鉆具提出孔外，套管留在孔內護壁。

三、 工程實例分析

3.1 工程概況

某工程位于青島市李滄區畢家上流社區，南臨天水路，擬建建筑物共分為A、B、C、D及E五個相互連接的主題單元，因工程抗浮需要，在地下室區域設置抗浮錨桿。錨桿設計孔徑為Φ180mm，錨桿設計持力層為入強風化巖不小于4.0m或入中風化巖不小于3.0m，錨桿上部錨入底板總長度為900mm，錨筋為3Φ28mm（III級螺紋鋼筋）。

3.2 場區工程地質條件

根據現場基底開挖情況，施工地層主要為風化砂回填層及強風化、中風化巖層。風化砂回填厚度由0.6m～9.0m不等，局部地段經過整平、碾壓，上部混凝土墊層施工完畢。

3.3 施工工藝流程

具體施工工藝流程如下。

測定孔位—>腳手架加固—>鉆機安裝就位—>安裝鉆具—>鉆孔—>成孔吹掃排渣—>拆除鉆具鉆桿—>錨桿注漿—>拔套管—>安放錨桿—>驗收—>移機。

3.4 工程施工要點與質量控制

3.4.1 設備選用

根據沖擊器的碎巖特點，鉆機設備應滿足低速大扭矩的需要，一般選擇動力頭式錨固鉆機較好；空壓機性能首先要滿足潛孔沖擊器所需的風壓和風量的需要，并且根據地層的漏失程度及含水情況，在條件允許的情況下，盡量選擇風量較大的空壓機；潛孔沖擊器應具備優良的沖擊功和沖擊頻率輸出性能，并且要與跟管鉆具、套管材料的強度相匹配。

3.4.2 偏心跟管鉆進操作要點

在進行跟管鉆進施工時，選擇的鉆進參數應以低轉速、低給進壓力、高上返風速為原則，施工操作過程中應根據所鉆進地層中巖石的硬度、松散程度、含水量等因素控制鉆進速度，當鉆遇到特別松散或較大裂隙的地層時，尤其要降低給進速度和給進壓力，反復進行排渣清孔。在具體的施工操作中還應注意以下幾個方面：

（1）鉆機腳手架要滿足安全操作要求，要能承受鉆進過程中的振動沖擊等荷載。

（2）鉆具下孔前應檢查潛孔沖擊器、跟管鉆具、套管及套管靴連接是否牢固，偏心鉆頭轉動是否靈活，通風是否順暢。

（3）鉆進過程中應注意觀察套管的跟進情況及孔內排粉情況，通過復雜地段輕壓、慢鉆、反復吹掃，緩慢通過，每鉆進0.3～0.4m應吹孔排粉，以保持孔內清潔。吹孔時，中心鉆具向上提動距離應嚴加控制以能實現強力吹孔排粉為限。

（4）穿過回填風化砂層到達完整原狀巖層位可跟換普通潛孔錘頭進行施工，就不必再繼續跟管，鉆進結束或需要更換中心鉆具時，應先進行清孔，將孔底殘渣吹盡，然后停止回轉，把中心鉆具緩緩向上提動，提升力的大小以剛好能提動中心鉆具為合適，提升高度以偏心鉆頭后背與套管鞋前端接觸為止；然后低速反轉鉆具，同時緩慢向上試提中心鉆具。當觀察到中心鉆具可以順利提升時，按照常規方法提升中心鉆具，直到全部提出中心鉆具。

（5）有時會因孔底殘留巖渣過多，偏心鉆頭回轉部分被巖渣卡死而影響偏心鉆頭的收攏。當試提幾次仍不能奏效時，應輸送壓氣，重新對鉆孔進行清洗，并使潛孔錘作短時間工作，然后重新進行中心鉆具提升作業。

（6）起拔套管時，采用拔管器逐節拔出，液壓千斤頂頂升時要慢，用力均勻。

3.5 錨桿施工效果評估

抗浮錨桿采用跟管鉆進成孔，解決了常規成孔法施工中的種種困擾，成孔效果滿足設計要求。經過專業錨桿檢測部門的隨機抽檢，通過錨桿拉拔力試驗，采用本工法施工的抗浮錨桿抗拔承載力完全滿足設計要求，較好的完成了施工任務。

結語

潛孔錘偏心跟管鉆進技術是工程施工中用于克服復雜地層鉆孔難的一種有效方法手段，偏心跟管鉆具因其特有的結構、優良的工作性能為復雜地層的鉆孔施工提供了可靠的技術保障，現已在錨桿施工中被廣泛使用，應用于工程施工的跟管鉆具的規格系列也已日益完善，并且由小孔徑向大孔徑發展。