高邊坡預應力錨索鋼套管跟進成孔技術研究與應用

那 稱 劉 波 李 東

云南建投第五建設有限公司 云南 昆明 650106

1 工藝原理

在預應力錨索成孔過程中，有的地區地質條件復雜，土層較為松散，地層孔隙水較為豐富，在成孔過程中由于受到鉆機的擾動，極易出現邊鉆邊坍孔的現象，導致成孔難度加大。為此，在復雜地質條件下預應力錨索成孔常采用跟管施工工藝，主要方法為錨索鉆孔過程中在容易坍孔的部位采用套管跟進施工，后使用回旋鉆取芯成孔，直至穿越容易坍孔部位，利用套管在薄弱土層形成護壁支護體系，從而有效避免了成孔段坍塌。目前錨索鉆孔跟進套管施工常用方法分為鋼套管跟進與UPVC套管跟進2種，前者主要適用于邊坡地下水豐富及濕法成孔作業，后者主要適用于邊坡無地下水系存在以及干法成孔施工[1-2]。本文將結合工程實例，對預應力錨索鋼套管跟進施工工藝進行研究分析，優化施工工藝，提高成孔質量，加快施工速度。

2 工程概況

云南省貢山縣2018年城鎮化集中安置項目幸福新區為坡地建筑，按照設計要求，高邊坡支護采用預應力錨索＋格構梁和抗滑樁板墻體系，其中抗滑樁支護體系錨孔直徑為200 mm，單根錨索長度最長達35 m；格構梁支護體系錨孔直徑為150 mm，單根錨索長度最長達35 m；兩者錨孔垂直布孔2～5排不等，經統計，本工程錨索成孔總長10 826 m。現場邊坡高度達10 m，自然坡率陡，現場地勘報告顯示，該段坡體均為強風化砂巖，坡面巖體存有潛在滑移面（圖1），邊坡滑動面分布于粉質黏土層和碎石層之間，所有錨索錨固段均進入碎石層，由于碎石層土層質地不均，結構松散，以強風化砂巖為主，沖擊或輕微擾動后容易垮塌且碎石不能被鉆頭沖擊成粉狀碎塊后排出，導致孔內鉆機所受到的摩擦阻力增大，鉆頭旋轉受阻，若強行鉆進或撤回，極易造成已成孔段坍塌，鉆桿彎曲折斷，鉆具卡死報廢。項目部通過對鋼套管跟進成孔工藝技術進行研究分析，利用鋼套管與鉆機同時跟進施工，在碎石層形成鋼套管護壁，再進行錨索施工，從而有效避免了成孔坍塌，大大提高了成孔率。

圖1 潛在滑動面示意

3 施工工藝技術

3.1 施工工藝流程

放線定錨索孔位置→鉆機就位→調整鉆機滑倒角度→固定鉆機→開孔→跟管鉆進（安裝管靴、鋼套管）→退鉆、接管、接桿→繼續鉆進達到孔深（記錄巖性和鉆進情況，確保錨索錨固段錨入滑動面以下取芯）→退鉆、卸桿、卸鉆具→終孔驗收→清孔→錨索制作與安裝→注漿→張拉、鎖定

3.2 主要技術要點

3.2.1 定孔位

邊坡開挖平整完成后，利用水準儀測放出每排錨索水平標高，利用鋼尺測放出錨孔水平間距。孔定位完成后需使用紅油漆做好孔位標記，一孔一記。

3.2.2 鉆機就位

鉆機進場后按照先前測量放線放出的孔位位置就位后，調整角度，成孔孔位水平向的距離誤差不應大于50 mm，垂直向的距離誤差不應大于100 mm。當錨索很長時，允許誤差宜控制在±1°內。

3.2.3 鉆頭和鋼套管選型

本工程設計預應力錨索成孔直徑分別為2 0 0、150 mm。根據不同成孔直徑分別采用如下鉆頭和鋼套管：200 mm孔徑采用50型錨桿鉆機，擴孔直徑不小于214 mm的偏心鉆頭，長1 500 m的φ80 mm鉆桿，跟進管靴內徑194 mm、壁厚10 mm，單節長度1 000 mm，跟進套管內徑194 mm、壁厚10 mm，單節長度1 000 mm；150 mm孔徑采用50型錨桿鉆機，擴孔直徑不小于164 mm的偏心鉆頭， 長1 500 m的φ80 mm鉆桿，跟進管靴內徑146 mm、壁厚10 mm，單節長度1 000 mm，跟進套管內徑146 mm、壁厚10 mm，單節長度1 000 mm。

3.2.4 跟管鉆進技術

1）當鉆機進入碎石層后，采用鋼套管跟進工藝施工，在土質薄弱易坍孔部位采取鋼套管逐節跟進，第1節鉆桿和第1節套管的前端鑲有鉆頭，后端為絲扣，將鉆桿插入套管中，置于鉆臂架上，前端對準坑壁，開動鉆機，動力頭正轉，先安裝第一節鉆桿，再安裝第一節套管。當第一節鉆桿和套管鉆到位后，將套管與動力頭旋松脫開，用水清渣，繼續安裝以后各節鉆桿和套管，直至鉆到設計要求深度。

2）在施工過程中要隨時觀察鉆孔出土樣品，等待鋼套管鉆進且穿越易坍孔部位后，再利用口徑比鋼套管內徑小10 mm的鉆筒進行取芯。

3）在鋼套管跟進鉆孔施工過程中，因為鉆具會受重力影響向下傾斜，從而導致鉆機上翹，而且隨著鉆孔長度的增加，傾斜現象會越明顯。因此，鉆機就位前應做適當調整，其傾斜角度應該比設計傾斜角度偏小。并且為保證施工過程中偏心跟管鉆具工作正常，在施工前應對鉆具、鉆頭、鋼套管、導向帽、沖擊器進行檢查維護，確保偏心錘頭轉動靈活，鉆頭、鉆桿連接牢固，鋼套管無變形、破裂出現。

4）施工過程中保證護筒有足夠的埋深，盡量讓護筒埋置在穩定的土層中。嚴禁將鉆機與護筒相連接，以防止由于振動引起的孔口坍塌，造成大的坍孔事故。

5）在鋼套管跟進鉆孔施工作業時，需要時刻關注鉆孔出土樣品，在確認鉆頭到達碎石土層時，先不要盲目鉆進，正確做法為先回轉鉆機，確認鉆機無異常后，再進行風沖動鉆進，每隔1 000 mm加接鋼套管，且每鉆進5 000 mm應使用強風吹孔排粉一次，確保孔內清潔。若出現卡死現象，要重新對鉆孔進行清理作業，然后再進行鉆具試提。

3.2.5 清孔

鉆孔作業完成后，應對孔內沉渣進行清理，否則會導致預應力錨索錨固力大幅降低，無法滿足設計要求。因此孔內沉渣清理在鉆孔完成后顯得極其重要，必須要保證成孔孔壁垂直，不出現松動、塌陷，孔內無殘留沉渣。鉆孔作業完成后，需向孔內注入新鮮泥漿，將孔內的沉渣排出孔外，直至孔口返出新鮮泥漿為止。清孔作業完成后，需通知監理進行驗孔，驗收通過后方可進行下道工序。

3.2.6 錨索制作

錨索索體采用1860級φ15.2 mm鋼絞線，使用前應對錨索材料進行檢測，只有通過力學性能試驗，且質檢報告合格的鋼絞線才能投入使用。制作應在專設的工作平臺進行，下料長度應根據終孔后的孔深決定，鋼絞線及鋼筋應平直排列。制作過程中確保鋼絞線表面清潔、無污染，最后仔細核對錨索長度與孔深一致無誤后再進行編號（編號同樁編號）。安裝就位前，要認真清除鋼絞線表面的污物，每隔1.5 m設置一個擴張環，每隔1.5 m設置一個箍筋環，用12#鉛絲捆扎3道，并且箍筋環和擴張環間隔設置。錨索端部需按設計安裝導向帽，材料選用φ48 mm× 3.5 mm的鋼管，長度200 mm，其作用為方便錨索下放。

3.2.7 錨索安裝

錨索制作完成后需沿鋼套管內壁緩慢下放至設計位置，過程中不得出現索體旋轉、扭曲，錨索安放完成后不能隨意移動。錨索應置于孔內中心位置，因此鋼絞線下放前，需要裝上鋼筋托架（圖2），對鋼絞線在孔內位置進行定位，方便調整，確保鋼絞線處于鉆孔的中心位置，定位托架沿拉筋每隔1 000 mm設置1個，托架材料選用鋼筋制作而成，托架的構造不得妨礙漿體自由流動。

圖2 錨桿框架節點

3.2.8 注漿

注漿管頭部距離孔底50～100 mm，錨索成孔完成后立即清孔并注漿，采用孔口壓力反向注漿，孔口加止漿塞，灌注漿液必須飽滿密實。注漿過程應連續，注漿從孔底開始，將泥漿頂出孔外，同時壓住地下水頭。注漿時需緩慢拔出注漿管，但不得全部抽出，需保持注漿管不小于500 mm的長度浸沒于注漿液中，直至注滿。

3.2.9 張拉鎖定

錨索采取分級張拉法，先對錨索進行單根張拉2次，以提高錨索各鋼絞線的受力均勻度，張拉時，加載速度要緩慢，速率每分鐘不宜超過設計值的1/10。卸荷速率每分鐘不宜超過設計應力值的1/5，每級張拉穩定時間為5 min，最后一級張拉穩定時間不少于10 min，壓力表穩定后方能鎖定錨索。

4 與當前國內外同類研究、同類技術的綜合比較

1）房建深基坑支護工程應用預應力錨索支護工程已較為廣泛，但本項目在當前國內房建工程中幾乎沒有案例可借鑒。

2）房建深基坑工程中幾乎無該施工技術的借鑒案例，多為基坑支護傳統預應力成孔錨固技術。

3）本項目的順利實施，從根本上解決了在地基土層復雜的邊坡支護預應力錨索成孔施工中坍孔卡鉆、鉆不到設計深度、強行換位布孔的問題，較傳統預應力錨索成孔工藝提高了錨孔成孔率，縮短了施工周期，節約了施工成本，確保了施工質量。

4）我國預應力錨索鋼套管跟進施工技術起步較晚，研究成果和國外發達國家相比較少，并且絕大多數應用于公路、水利、鐵路工程中，但至今國家或行業仍未頒布相關標準、規范指導設計和施工，錨索孔徑設計模數沒有規定的規范標準，施工用鋼套管也沒有標準模數，需要專門由廠家定制生產。

5 技術創新點及推廣應用情況

本工程通過對鋼套管跟進成孔技術進行深究分析，分別采用壁厚10 mm，內徑194、146 mm的2種鋼套管跟進成孔，在易坍孔部位形成鋼套管護壁，有效解決了預應力錨索成孔施工中坍孔卡鉆、鉆不到設計深度、強行換位布孔的問題，大大提高了復雜地質條件下錨孔成孔率。 通過采用預應力錨索鋼套管跟進成孔技術施工，共計完成440束預應力錨索成孔施工，成孔總長達10 826 m。

施工結果證明了該施工方法在復雜地質環境條件下錨孔成孔質量好，施工速度快，能夠有效解決鉆孔坍塌、鉆具卡死報廢、無法成孔的難題，大大提高了錨孔成孔率，節約了施工周期，應用前景可觀，值得推廣應用。

6 效益情況

6.1 社會效益

通過本工程440束錨索成孔的成功應用，在保證了施工質量的前提下，提高了施工效率，所有成孔一次性驗收合格，得到了監理方、建設方和貢山縣質監站一致好評。為公司和社會培養了技術人才，為今后類似工程的施工提供了一定借鑒經驗。

6.2 經濟效益

同傳統預應力錨索施工工藝相比，鋼套管跟進施工工藝技術有效規避了成孔段坍孔的風險，提高了錨孔成孔率，避免了二次換位布孔帶來的人、材、機的浪費，且鋼套管在錨索固定后還可以進行回收，多次周轉利用，大大節約了施工成本。經統計，本項目鋼套管跟進施工，共配置鋼套管4套（內徑194、146 mm各2套），成孔長度總長10 826 m，共計節約施工成本20萬元。

7 結語

通過對預應力錨索鋼套管跟進成孔工藝的研究以及在工程中的實際應用，從施工質量、施工成本、施工安全等多方面考慮，均比傳統錨索施工方法有所改進。特別是在高邊坡支護工程中，不受地質條件影響，能夠有效避免鉆孔坍塌，使得錨孔成孔率大為提高，施工效益明顯，具有較高的研究意義。