解析在砂卵石地層錨桿鉆進(jìn)成孔困難的問(wèn)題

董 博, 王 輝

(1. 中鐵二局新運(yùn)公司, 四川成都 610000; 2. 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川成都 610000)

錨桿施工是基坑支護(hù)方案中常見(jiàn)的一種施工工藝，在復(fù)雜地層條件下的深厚砂卵石地層中鉆進(jìn)成孔一直是錨桿成孔技術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題，尤其是斜孔鉆進(jìn)，難度更大。本文就峨眉至米易段EMZQ-13標(biāo)段黃水塘車站路塹邊坡錨桿鉆進(jìn)施工成孔困難的情況進(jìn)行分析，采取將原設(shè)計(jì)普通錨桿鉆進(jìn)施工工藝變更為導(dǎo)管跟進(jìn)錨桿鉆進(jìn)成孔施工工藝的處理措施，解決因地下水豐富造成錨桿成孔困難的問(wèn)題。

1 工程概況

峨眉至米易段EMZQ-13標(biāo)段黃水塘南站原設(shè)計(jì)為挖方路基，中心挖方深3.0～14.2 m。左側(cè)路塹邊坡高度為3.0～16.1 m，右側(cè)路塹邊坡高度為2～13.2 m。該段路塹位于安寧河階地之上，上覆粉質(zhì)黏土、粗圓礫土，下伏卵石土 。該段路塹原設(shè)計(jì)處理措施為：路塹坡腳設(shè)置4 m重力式路塹混凝土擋土墻，一級(jí)、二級(jí)邊坡設(shè)置錨桿框架梁內(nèi)灌草護(hù)坡防護(hù)和部分設(shè)置人字形漿砌片石截水骨架。錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度12 m，鉆孔直徑110 mm，與水平成20 °或25 °。孔內(nèi)灌注M35水泥砂漿或凈漿，注漿壓力不小于0.4 MPa。

根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地巖層由上覆由<10-3>粉質(zhì)黏土(硬塑)、<10-7-2>粗圓礫土(稍密)，下伏由<10-8-2>卵石土(中密～密實(shí))構(gòu)成。與設(shè)計(jì)基本一致。層間砂卵石分布不均。地下水位高，地下水極為豐富(圖1)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及地下水情況

2 錨桿施工工藝流程

測(cè)量定位 → 鉆機(jī)就位 → 錨桿鉆進(jìn)成孔 → 錨桿制作 → 錨桿安裝 → 注漿或二次注漿

3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

本段路塹開挖揭示該段路塹邊坡地層情況與原設(shè)計(jì)基本一致，原施工圖設(shè)計(jì)采用普通錨桿實(shí)心吹砂鉆進(jìn)成孔的施工工藝。由于本段路塹屬于深厚砂卵石地層并且地下水水位高，水量極為豐富，鉆進(jìn)過(guò)程中形成的巖粉及粉細(xì)砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固體團(tuán)塊,難以吹出,造成包鉆現(xiàn)象,無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)。并且在砂卵石土層中實(shí)施錨桿鉆孔時(shí),鉆進(jìn)過(guò)程中擾動(dòng)較大,易出現(xiàn)垮孔、卡鉆現(xiàn)象。兩側(cè)邊坡開挖形成后，地下水沿坡面滲出，滲水量較大。因此現(xiàn)場(chǎng)采用普通錨桿實(shí)心吹砂鉆進(jìn)成孔的施工工藝在鉆進(jìn)過(guò)程中無(wú)法成孔或成孔困難，造成現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度緩慢和工期延誤。

4 錨桿成孔困難的主要原因

4.1 塌孔原因分析

本地段地質(zhì)情況主要是砂卵石地層，地下水極為豐富。在鉆進(jìn)成孔過(guò)程中，土層和砂卵石層透水后孔壁都是極易坍塌，尤其是砂卵石層含水層，地下水處于飽和狀態(tài)，受鉆進(jìn)過(guò)程中機(jī)械振動(dòng)后更容易加速塌孔。

(1) 成孔時(shí)鉆機(jī)鉆速過(guò)快。錨桿施工的鉆進(jìn)速度如果過(guò)快，鉆機(jī)空鉆的時(shí)間就相對(duì)較長(zhǎng)，產(chǎn)生的泥漿在孔壁內(nèi)高速度流動(dòng)，對(duì)孔內(nèi)壁產(chǎn)生沖刷，如時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也可能引起坍孔。因此在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆進(jìn)速度不宜過(guò)快。

(2) 錨桿鉆孔通過(guò)的地層為粉質(zhì)黏土、粗圓礫土，下伏卵石土，并且地下水位高、地下水豐富。當(dāng)鉆孔中的水含量積累到一定程度時(shí)，鉆孔孔壁就可能被泡塌,容易坍孔。

(3) 成孔機(jī)械選擇不當(dāng)。在砂卵石層選擇普通鉆機(jī)螺旋鉆進(jìn)，履帶式液壓潛孔鉆機(jī)(JK610型)，成孔質(zhì)量不好控制，容易坍孔。

(4) 施工工藝選擇不當(dāng)。在深厚砂卵石地層采用普通錨桿鉆進(jìn)成孔工藝，鉆進(jìn)過(guò)程中擾動(dòng)較大,易出現(xiàn)垮孔現(xiàn)象。

4.2 偏孔原因分析

工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高，錨桿長(zhǎng)度12 m，鉆孔直徑110 mm，與水平成20 °。孔內(nèi)灌注M35水泥砂漿或凈漿，注漿壓力不小于0.4 MPa。造孔難度較一般工程大。在施工過(guò)程中容易偏孔，主要原因分析：

(1) 在砂卵石地層中鉆進(jìn)時(shí)，由于砂卵石分布不均，大小不一，不能很好地約束鉆頭，鉆頭的擺動(dòng)容易偏向其中一側(cè)。如果鉆進(jìn)成孔過(guò)程中鉆孔偏斜時(shí)，可反復(fù)多次提起鉆頭，上上下下掃鉆多次削去硬土或砂卵石。如果糾正沒(méi)有效果，可在鉆孔中局部回填黏土，再重新進(jìn)行錨桿鉆進(jìn)。

(2) 由于鉆孔安裝在腳手架平臺(tái)上，安裝就位穩(wěn)定性較差，容易使其在傾斜狀態(tài)下工作，會(huì)造成偏孔。預(yù)防措施就是必須將場(chǎng)地土夯實(shí)并保持平整，腳手架鉆機(jī)平臺(tái)必須搭設(shè)牢固；在不均勻地層中鉆孔時(shí)，盡量采用重量大的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)成孔。

4.3 成孔困難原因分析

在復(fù)雜的砂卵石地層進(jìn)行錨桿鉆進(jìn)施工卡鉆現(xiàn)象較多，成孔較困難。主要原因分析：

(1) 地下水水量較豐富，鉆進(jìn)過(guò)程中形成的巖粉及粉細(xì)砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固體團(tuán)塊,難以吹出,造成包鉆現(xiàn)象,無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，形成卡鉆。鉆進(jìn)過(guò)程中，增加套管跟進(jìn)的措施，并經(jīng)常測(cè)定孔內(nèi)的“涌砂”高度，以此高度來(lái)決定套管的拔起高度(拔起速度不應(yīng)太快)，使鉆頭深度大于套管底端深度，就可以很好地避免“卡鉆”事故。

(2) 在這種特殊復(fù)雜砂卵石地層中，由于砂石大小不均，在鉆進(jìn)過(guò)程中因擾動(dòng)大，造成坍孔后出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。遇大粒徑漂石時(shí)，將普通鉆頭變換成螺旋鉆頭。對(duì)卵石層結(jié)合緊密的地層，可采用筒式取芯鉆頭將卵石層松動(dòng)后，再采用螺旋鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。

5 錨桿成孔施工工藝選擇與優(yōu)缺點(diǎn)分析

5.1 兩種工藝選擇

5.1.1 普通錨桿實(shí)心吹砂鉆進(jìn)成孔

設(shè)備配置為履帶式液壓潛孔鉆機(jī)(JK610型)1臺(tái)、螺桿空壓機(jī)(KSZJ-18/17，18 m3/min，功率191 kW)1臺(tái)，灌漿機(jī)(工作壓力0～10 MPa)1臺(tái)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際平均進(jìn)度情況每臺(tái)班成孔3～5根(36～60 m)。工藝原理:普通錨桿鉆機(jī)實(shí)心吹砂鉆進(jìn)直接成孔。

5.1.2 導(dǎo)管跟進(jìn)錨桿鉆進(jìn)成孔

設(shè)備配置為電動(dòng)潛孔鉆機(jī)(SKD100型)1臺(tái)，螺桿空壓機(jī)(KSZJ-18/17，18 m3/min，功率 191 kW)1臺(tái)，50 kW發(fā)電機(jī)1臺(tái)，拔管機(jī)(功率5.5 kW)1臺(tái)，灌漿機(jī)(工作壓力0～10 MPa)1臺(tái)，φ108 mm導(dǎo)管若干。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際平均進(jìn)度每臺(tái)班8～10根(96～120 m)。工藝原理導(dǎo)管跟進(jìn)成孔施工方法是錨桿鉆機(jī)成孔采用外套管先打進(jìn),然后用接有高壓水泵的內(nèi)鉆桿將套管內(nèi)土體通過(guò)機(jī)器鉆進(jìn)壓力和水壓力將土體稀釋成泥漿并且排出孔外的方法成孔。

5.2 兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

5.2.1 普通錨桿實(shí)心吹砂鉆進(jìn)成孔的缺點(diǎn)

在本地段復(fù)雜的砂卵石地層中采用普通鉆機(jī)螺旋鉆進(jìn)直接成孔方法, 因地下水水量較豐富，鉆進(jìn)過(guò)程中形成的巖粉及粉細(xì)砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固體團(tuán)塊,難以吹出,造成包鉆現(xiàn)象,無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn),在砂卵石土層中實(shí)施錨桿鉆孔時(shí),鉆進(jìn)過(guò)程中擾動(dòng)較大,易出現(xiàn)垮孔、卡鉆現(xiàn)象，成孔比較困難。

5.2.2 導(dǎo)管跟進(jìn)成孔的優(yōu)點(diǎn)

采用套管跟進(jìn)成孔方法與普通鉆機(jī)螺旋鉆進(jìn)直接成孔方法相比,能較好地解決在砂卵石地層地質(zhì)條件下錨桿施工的技術(shù)難題,成孔速度快,一般成孔時(shí)間為45 min(鉆孔12 m深),大大降低了施工難度;不會(huì)造成塌孔,錨桿施工一次驗(yàn)收合格率能達(dá)到100 %,保證錨桿施工質(zhì)量;不會(huì)因錨桿施工質(zhì)量不合格造成返工,確保工程工期按計(jì)劃進(jìn)行。套管跟進(jìn)成孔錨桿施工技術(shù)可使路塹施工全過(guò)程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài),具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)本段路塹邊坡錨桿成孔困難形成的原因和工藝選擇方面進(jìn)行分析后，經(jīng)設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理共同研究確認(rèn)后，決定對(duì)原設(shè)計(jì)錨桿成孔采用的實(shí)心吹砂鉆進(jìn)工藝進(jìn)行了變更，采用導(dǎo)管跟進(jìn)的施工工藝，解決了現(xiàn)場(chǎng)錨桿成孔困難的問(wèn)題。

對(duì)變更施工工藝后施工的2 778根錨桿進(jìn)行了跟蹤檢查，未發(fā)現(xiàn)達(dá)不到要求的錨桿，合格率100 %。結(jié)果表明，采取變更施工工藝的措施后，增加了錨桿一次成孔的成功率，為深厚砂卵石地層錨桿鉆進(jìn)施工提供了很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。