山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)應(yīng)力錨索成孔工藝探究

王磊

摘 ? 要：山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)應(yīng)力錨索成孔工藝的探究具有重要意義。以廣東省仁化（湘粵界）至博羅高速公路K288+850～K289+420段右側(cè)路塹邊坡為研究對象，基于工程概況、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，對防護(hù)錨索的施工工法和成孔工藝進(jìn)行探究。所得結(jié)果為類似地質(zhì)條件下錨索施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：山區(qū)復(fù)雜地質(zhì) ?路塹邊坡 ?預(yù)應(yīng)力錨索 ?成孔工藝

中圖分類號：U45 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0027-03

1 ?工程概況

以廣東省仁化（湘粵界）至博羅高速公路K288+850～K289+420段右側(cè)路塹邊坡為研究對象，右側(cè)路塹邊坡防護(hù)平面布置圖如圖1所示。邊坡采用錨索進(jìn)行防護(hù)，對錨索的作用效果進(jìn)行探究，重點(diǎn)對錨索成孔工藝進(jìn)行探索。

路塹邊坡設(shè)計(jì)為三個(gè)區(qū)域：Ⅰ區(qū)域，設(shè)計(jì)里程為K288+850～K288+980，共6級邊坡;Ⅱ區(qū)域，設(shè)計(jì)里程為K288+980～K289+180，共6級邊坡;Ⅲ區(qū)域，設(shè)計(jì)里程為K289+180～K289+420，共5級邊坡。其中Ⅱ區(qū)域總體采用“局部清方卸載+路塹擋土墻+鋼軌樁（設(shè)置一級平臺(tái)）+預(yù)應(yīng)力錨索框架梁”方案，第1級邊坡腳設(shè)置路塹擋土墻，坡面采用A式人字形骨架植草防護(hù)，坡頂1級平臺(tái)采用鋼軌樁加固，樁頂采用縱、橫鋼筋混凝土框架梁與第2級坡預(yù)應(yīng)力錨索框架梁連接成整體，第2～4級邊坡均采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)，第5級采用錨桿格梁植草防護(hù)，第6級采用A式人字形骨架植草防護(hù)，第1、2級平臺(tái)為清方卸載寬平臺(tái)。

2 ?工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

該邊坡為丘陵山區(qū)地貌，山體植被發(fā)育、多為毛竹，高程200～390m，坡度20°～45°，坡面呈折線型，有較多的小沖溝。該區(qū)段地層主要為坡殘積粉質(zhì)粘土、碎石土、種植土和全風(fēng)化層等，大部分呈硬塑或堅(jiān)硬狀，分布厚度厚薄不一、厚度變化區(qū)間為7.5～48.2m。邊坡球風(fēng)化孤石發(fā)育，成分為中風(fēng)化混合花崗巖，巖心呈柱狀、塊狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬，鉆遇厚度0.3～9.1m。強(qiáng)風(fēng)化巖分布于巖層上部，裂隙極發(fā)育，巖石極破碎，完整性差，穩(wěn)定性差，強(qiáng)風(fēng)化巖層一般厚度為1.1～15.5m;中風(fēng)化巖廣泛發(fā)育，中風(fēng)化巖裂隙較發(fā)育，巖石較破碎。

本路段區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育，規(guī)模大小不一，據(jù)地勘資料顯示主要斷裂為F13和F14，如表1所示，其中F14巖石破碎帶走向及巖石破碎帶橫斷面圖如圖2所示。已成孔的鉆孔記錄顯示，Ⅱ區(qū)域平均深度約21.5m處存在巖石破碎帶，裂隙發(fā)育，總體趨勢為越靠近線路小里程方向斷裂構(gòu)造下探深度越深且構(gòu)造帶越寬，與路塹邊坡長度方向呈近163°交角。靠近Ⅰ區(qū)斷裂構(gòu)造帶埋深約28m左右、平均寬度約6m左右，斷裂構(gòu)造帶內(nèi)無明顯裂隙水，靠近Ⅲ區(qū)斷裂構(gòu)造帶埋深約15m左右、平均寬度約5m左右，破碎帶內(nèi)裂隙水豐富。此外，施工過程中發(fā)現(xiàn)上排錨索孔內(nèi)巖層斷裂帶注漿填充后，從下排已施作的泄水孔有水泥漿冒出，說明區(qū)域內(nèi)巖層破碎帶裂隙極發(fā)育，且貫通。Ⅱ區(qū)域內(nèi)實(shí)際地質(zhì)情況與地勘資料所描述的巖石破碎帶基本吻合。

2.2 水文地質(zhì)條件

地下水由上部土層空隙潛水和下部基巖裂隙水組成。地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)或泉的形式排出，由于原地表毛竹茂密根系發(fā)達(dá)，毛竹砍伐后根系腐爛后形成小土洞賦水，因此上部較厚的土層中，具備一定的儲(chǔ)水能力，多處出現(xiàn)地下水匯集成泉水流出。巖層裂隙水主要賦存于強(qiáng)-中風(fēng)化基巖中，其基巖節(jié)理、裂隙發(fā)育，接受大氣降水后形成豐富地下水，并沿裂隙發(fā)育方向排泄和徑流。K289+180右側(cè)有1處自然沖溝，旱季地表水滲透后形成泉水形式排出，但遇雨水天氣水流量顯著增加，溝內(nèi)形成小溪流過。

3 ?錨索鉆孔施工工藝探究

3.1 施工工法確定

自2017年8月中旬開始錨索鉆孔施工，由于現(xiàn)場富水，以及松散土質(zhì)易坍塌、巖石破碎帶、高強(qiáng)度微風(fēng)化孤石等復(fù)雜地質(zhì)的客觀存在，錨索成孔極為困難，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，不斷嘗試更換鉆機(jī)、鉆頭及鉆桿型號，最終確定采用MDL-150D以上大功率履帶式潛孔鉆機(jī)，現(xiàn)場對已開挖的Ⅱ區(qū)域第四級邊坡進(jìn)行半級回填以滿足該鉆機(jī)的使用要求。經(jīng)過幾個(gè)月的錨索成孔工法摸索，逐漸總結(jié)了一套成熟工藝，截至2018年2月底已完成Ⅱ區(qū)域第四級邊坡88束錨索、第三級邊坡錨索成孔注漿77束、第二級邊坡錨索成孔注漿1束。現(xiàn)已投入克勒姆180B型鉆機(jī)2臺(tái)、克勒姆215D型鉆機(jī)1臺(tái)、MLD-150D履帶式潛孔鉆機(jī)3臺(tái)，27m3/min柴油空壓機(jī)3臺(tái)、22m3/min柴油空壓機(jī)3臺(tái)、250kW發(fā)電機(jī)3臺(tái)，制漿及壓漿設(shè)備1套。

通過上述工藝試驗(yàn)摸索，結(jié)合現(xiàn)場富水、易坍塌松散土質(zhì)、巖石破碎帶、高強(qiáng)度微風(fēng)化孤石等復(fù)雜地質(zhì)，經(jīng)綜合分析確定最終成孔施工工法，即通過大鉆頭+麻花鉆桿成孔與雙鉆頭掃孔跟管臨時(shí)護(hù)壁，制作、安裝錨索后拔套管，完成錨索孔道注漿。針對各類問題，相應(yīng)處置措施如下。

（1）麻花鉆桿應(yīng)對富水、易坍塌土質(zhì)排渣，同時(shí)麻花鉆桿旋轉(zhuǎn)出渣過程有護(hù)壁作用。

（2）選擇大鉆頭的目的在于解決套管跟進(jìn)阻力大，易卡鉆、卡管問題。

（3）通過注漿封閉巖石破碎帶，解決孔內(nèi)漏風(fēng)問題，確保鉆渣有效排出。

（4）采用雙鉆頭，目的在于套管穿越土、石坍塌地層。利用中心鉆頭沖擊破碎孔內(nèi)掉落石塊，通過鉆機(jī)帶動(dòng)套管與同心套鉆頭一起旋轉(zhuǎn)掃孔跟管至設(shè)計(jì)深度。

（5）因地勘孔數(shù)量有限，無法全面揭露基巖實(shí)際埋深，若均按錨索設(shè)計(jì)錨固長度鉆孔存在錨索錨固力不足風(fēng)險(xiǎn)，對實(shí)際基巖深度差異較大時(shí)，建議錨索長度根據(jù)基巖實(shí)際埋置深度結(jié)合設(shè)計(jì)錨固長度要求確定最終孔深度。

3.2 施工工藝探究

錨索施工與高邊坡施工同步進(jìn)行，嚴(yán)格遵循“隨開挖、隨支護(hù)”的原則，考慮該段路塹地質(zhì)不良易發(fā)生邊坡滑塌，現(xiàn)結(jié)合設(shè)計(jì)要求每級邊坡錨索設(shè)置上下2排錨索（坡腳錨索可不考慮開挖深度），現(xiàn)場施工時(shí)采取每半級開挖進(jìn)行支護(hù)，開挖至第1排預(yù)應(yīng)力錨索施工位置后，設(shè)置臨時(shí)施工平臺(tái)鉆機(jī)就位進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔采用大鉆頭+麻花鉆桿鉆孔和雙鉆頭掃孔跟管護(hù)壁工藝配合跳倉法施工順序，避免對相鄰已注漿錨索漿體擾動(dòng)，影響施工效果。成孔后立即錨索安裝，隨即采用拔管機(jī)拔出鋼套管，并立即進(jìn)行錨孔注漿。為防止?jié){體收縮，建議摻配微膨脹外加劑，漿液一次灌注完成以保證成孔和錨索施工整體質(zhì)量。本級邊坡完成第1排錨索后，依此工序完成第2排錨索格梁施工，直至錨索全部完成。預(yù)應(yīng)力錨索注漿施工完成后，及時(shí)進(jìn)行格梁施工，錨索格梁達(dá)到一定強(qiáng)度，進(jìn)行錨索的張拉鎖定后封錨。施工工藝流程圖如圖3所示。

采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進(jìn)行施工，Ⅱ區(qū)域預(yù)應(yīng)力錨索框架梁采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁，地梁采用60×50cm矩形截面，外露10cm;錨孔孔徑φ150mm，錨孔下傾15°～30°，允許偏差±1°;錨索橫向間距3m，上下間距4m布置每級坡共設(shè)置2道（第2級坡坡腳增設(shè)1道，共設(shè)置3道除外），錨索材料選用高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力普通鋼鉸線，公稱直徑φ=15.20mm，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為Ryb=1860MPa，錨索采用六束錨索，對應(yīng)采用0VM15-6型錨具（包括配套的錨墊板、夾片和螺旋筋）;錨固段架線環(huán)與緊箍環(huán)每隔0.5m間隔設(shè)置，自由段每隔3m設(shè)置一道架線環(huán)，以保證鋼鉸線順直;注漿材料為M30水泥砂漿，水泥∶砂∶水=1∶0.4∶0.45，漿體強(qiáng)度≥30MPa，注漿方式為孔底返漿，注漿壓力不宜小于0.5～1.0 MPa。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

4 ?結(jié)語

本文以廣東省仁化（湘粵界）至博羅高速公路K288+850～K289+420段右側(cè)路塹邊坡為研究對象，基于工程概況、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，對防護(hù)錨索的施工工法和成孔工藝進(jìn)行探究，得到“大鉆頭+麻花鉆桿成孔與雙鉆頭掃孔跟管臨時(shí)護(hù)壁，制作、安裝錨索后拔套管，完成錨索孔道注漿”這一施工工法，并相應(yīng)給出施工工藝。所得結(jié)果為類似地質(zhì)條件下錨索施工提供借鑒。

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