深厚松散填石邊坡偏心潛孔錘及全套管跟管成錨綜合施工技術

李 凱，雷 斌

(深圳市工勘巖土集團有限公司，廣東 深圳 518063)

0 引言

預應力錨索在高邊坡防護中得到廣泛應用[1-5]。在深厚松散填石高邊坡上進行錨索鉆進施工時，主要遇到履帶式錨索鉆機自重大，普通腳手架作業平臺難以滿足作業需求；同時，填石分布多、塊度大、硬度高，普通的錨索鉆機成孔破巖效率低、鉆進速度慢、綜合成本高；另外，鉆進時邊坡的松散填土易發生塌孔，造成成孔困難，極大地影響成孔和錨體質量。

針對施工空間狹小、腳手架上作業的環境限制，以及填石鉆進困難、填土易塌孔等地質條件影響，結合設計要求，項目組對深厚松散填石高邊坡錨索鉆進技術進行研究，通過現場工藝試驗、優化，形成了松散填石邊坡錨索偏心潛孔錘全套管跟管成錨綜合施工技術，此工藝選擇輕便型錨固鉆機以適應狹小的工作平臺，采用偏心潛孔錘鉆進破巖，利用跟管管靴專利技術實施全套管同步跟管護壁鉆進，在注漿后使用專用拔管機拔除套管；該工藝充分發揮了風動潛孔錘的破巖效率與排渣功能，并在深厚松散填石地層鉆進時同步采用全套管跟進護壁成孔，大大提高了成孔效率和錨體質量，取得了滿意的施工效果。

近年來，對于數個填石邊坡支護工程，在進行預應力錨索鉆孔施工過程中，針對經常出現的填石地層鉆進困難、易塌孔等問題，結合設計要求和現場施工條件，通過實際工程的摸索、研究實踐，在傳統輕型鉆機不跟管施工的基礎上，采用偏心潛孔錘擴孔鉆進及跟管管靴實現全套管護壁施工，避免了鉆進過程中塌孔，施工高效經濟、質量可靠，達到了預期效果。

1 工程概況

1.1 工程位置及規模

鹽田區資源化利用環境園工程位于深圳市鹽田區鹽田坳，其北側為橫鹽公路，二者高差8～14m，涉及本項目邊坡長約96m，坡腳與在建環境園工程最小距離<4m。路堤邊坡下部采用漿砌石擋墻支擋，墻高6～8m。該路堤邊坡主要由開山填石、松散填土構成，處于欠穩定狀態，在現狀擋土墻段采用錨索+格構梁+擋板支護。錨索成孔直徑150mm，錨孔方向與水平面夾角為25°，最大設計孔深為28m。

1.2 現場施工情況

在進行下部擋土墻預應力錨索施工時，首先需破除外部砌石擋墻，然后再進行鉆進施工。由于本項目施工區域狹小，邊坡較高，需搭設腳手架施工，不適合履帶式錨索鉆機進入，且一般的回轉鉆機不適合填石邊坡鉆進，而勘察鉆機鉆探孔徑、深度均不滿足施工要求，且面對松散填石邊坡不能進行跟管鉆進，難以保證成孔質量和施工效率。項目部經過綜合考慮，選擇CSMG40型錨固鉆機進行鉆孔施工，并采用本工藝技術，有效解決了施工技術難題，保證了鉆進效率和成孔質量，形成了完備、可靠、成熟的施工方法。

2 深厚松散填石邊坡偏心潛孔錘及全套管跟管成錨綜合施工工藝

2.1 適用范圍

1)適用于施工場地狹小、在普通腳手架平臺上實施的高邊坡錨孔鉆進施工。

2)適用于穿越砌石擋墻、松散填石或硬巖地層的錨孔鉆進施工。

3)適用于鉆孔深度≤40m(跟管套管長度≤40m)、孔徑≤300mm的錨孔施工。

2.2 工藝原理

本技術針對松散填石邊坡錨索采用偏心潛孔錘全套管跟管成錨綜合施工技術，其施工關鍵技術主要包括3部分：①填石層潛孔錘破巖鉆進技術；②松散填土層全套管跟管鉆進技術；③跟管套管拔除技術。

2.2.1填石層潛孔錘破巖鉆進技術

潛孔錘是以壓縮空氣作為動力，壓縮空氣由空氣壓縮機提供，經鉆機、鉆桿進入潛孔沖擊器，推動潛孔錘工作，利用潛孔錘對鉆頭的往復沖擊作用，以達到破巖目的；通過鉆機和鉆桿的回轉驅動，形成對巖石的連續破碎，被破碎的巖屑隨潛孔錘高風壓攜帶出孔；潛孔錘鉆進時，由于沖擊頻率高(可達60Hz)、沖程低，破碎的巖屑顆粒小，便于壓縮空氣攜帶，孔底清潔，巖屑在鉆桿與套管間隙中上升過程中不易形成堵塞，整體工作效率高，經常用于硬巖地層鉆進[6-7]。

本技術采用與錨孔直徑相匹配的普通潛孔錘鉆頭進行擋墻破除，隨后換用偏心潛孔錘鉆頭(見圖1)進行填石層全套管跟管鉆進，發揮了潛孔錘在硬巖中鉆進的優勢，獲得了良好鉆進效果。

圖1 普通潛孔錘鉆頭與偏心潛孔錘鉆頭

2.2.2松散填土層全套管跟管鉆進技術

在采用普通潛孔錘破除擋墻后，為防止松散填土地層鉆進過程中塌孔，保證錨索成孔和注漿效果，本技術采用偏心潛孔錘全套管跟管鉆進成孔，通過錘體的偏心旋轉，在護壁套管前鉆出大于套管外徑的孔，為套管跟進提供了空間。

套管跟管鉆進通過專門設計的管靴凸出結構，與偏心潛孔錘鉆頭的凸出結構相配合來實現。跟管套管外徑與管靴一致，之間通過絲扣連接合為一體，偏心潛孔錘鉆進過程中，通過鉆頭上的凸出結構向管靴的凸出結構傳遞沖擊力，使鉆頭在鉆進過程中保持管靴同步，從而實現全套管與偏心潛孔錘同步跟管鉆進。

管靴結構如圖2所示，跟管原理如圖3所示。

圖2 管靴

圖3 全套管跟管原理示意

2.2.3跟管套管拔除技術

當跟管鉆進至設計深度后，將偏心潛孔錘反轉收攏，使偏心潛孔錘的外徑小于管靴、套管的內徑，從而取出偏心潛孔錘鉆頭，跟管套管則留在錨孔內護壁；待安放錨索、一次注漿完成后，采用專用拔管機拔除跟管套管。

拔管采用專門的拔管機完成，拔管過程由液壓泵提供動力驅動拔管機實現。拔管機由拔管油缸、底座、卡座、卡瓦等部件組成，具體如圖4所示。

圖4 跟管套管拔管原理

拔管時用卡瓦將待拔套管夾持固定在拔管機卡座上，將底座支承于砌石擋墻或其他固定物上提供反力，利用液壓泵為拔管油缸提供動力，油缸通過活塞桿推動抱緊套管的卡座向外運動，從而將套管拔出；拔出一段套管后，液壓泵提供反向壓力使活塞桿反向運動(收縮)，卡瓦自動脫落，重復拔管過程，直至該錨孔的套管完全拔出。

2.3 工藝流程

松散填石邊坡錨索偏心潛孔錘全套管跟管成錨綜合施工工藝流程如圖5所示。

圖5 施工工藝流程

2.4 操作要點

1)預應力錨索孔定位 ①依照施工圖要求，測放出錨索孔位，做出明顯標記；②遇坡面不平順或特殊困難場地時，經設計監理單位確認，在確保坡體穩定和結構安全的前提下，適當放寬定位精度或調整錨孔定位；③錨索孔測量定位后報監理工程師復核。

2)搭設腳手架與工作平臺 ①根據工程現場條件及設計要求，沿坡面搭設配合高邊坡支護施工的腳手架操作平臺，如圖6所示；②采用的腳手架鋼管尺寸、腳手架間距(本項目中采用雙排落地式扣件φ48×3鋼管，立桿縱距2m、橫距2.2m、步距2m)滿足鉆機、拔管機和人員操作所需的強度與作業面空間要求；③工作平臺滿鋪模板，模板與腳手架用鐵絲綁扎牢固，具體如圖7所示；④腳手架外側搭設防護欄桿，采用密目式安全網做全封閉，不留空隙；⑤搭設施工人員上下的鋼管腳手架人行爬梯。

圖6 腳手架搭設

圖7 工作平臺搭設

3)潛孔錘鉆機就位 ①選用CSMG40型錨固鉆機，鉆機技術參數為：鉆孔直徑90～160mm，碎擊方式為沖擊回轉式，最大鉆孔深度60m，鉆桿規格為φ1 500×76，φ1 500×89，動力頭最大輸出轉速為80r/min，動力頭最大行程1 800mm，電動機功率15kW，鉆機總重900kg，鉆機外形尺寸為2 800mm×800mm×1 400mm，液壓泵站外形尺寸為1 400mm×730mm×1 200mm。②為確保錨索的施工角度，安裝時鉆機底座固定于利用腳手架鋼管和扣件搭設的固定架上，固定架初始傾斜角度與錨孔設計傾角(本項目錨孔傾角為25°)相一致。③在工作平面上部腳手架尚未拆除時，鉆機通過懸掛在工作平臺上方的數個起吊能力為2t的手拉葫蘆和人工配合進行起吊移位；若上部腳手架已拆除完畢，則利用塔式起重機吊裝及人工輔助的方式移位。起吊移位過程中保持鉆機平穩，控制鉆機下放速度。④調整導桿或立軸與鉆桿傾角一致，使鉆桿對準孔位，方位和傾角符合設計要求；同時，將鉆機用緊固件固定在腳手架工作平臺上，安裝穩固，連接牢靠。

4)擋墻潛孔錘破除 ①擋墻破除采用普通潛孔錘，錘頭外徑146mm，與錨孔設計直徑(150mm)相匹配；②將潛孔錘錘頭置于鉆機導向架內，啟動空壓機開始鉆進，巖屑、灰塵由孔口排出；③潛孔錘鉆進高壓空氣由KSDY-15/17型空壓機提供。該型號空壓機排氣壓力為1.7MPa，排氣量為17m3/min。

5)填石地層偏心潛孔錘跟管鉆進 ①擋土墻鉆穿后，將普通潛孔錘及鉆桿退出，然后進行偏心潛孔錘跟管鉆具安裝。②本工程使用外徑146mm的套管進行跟管鉆進，管靴外徑與套管外徑一致，選擇的偏心鉆頭擴孔直徑為163mm。③在第1節套管前端安裝管靴，管靴與套管端部通過絲扣連接，如圖8所示。④將首節前端裝有管靴的套管放入孔內，然后將第1節裝有潛孔錘偏心鉆頭的鉆桿從尾部伸進首節套管，確保鉆頭的凸出結構與管靴的凸出結構配合。⑤錨孔鉆進采用機械干成孔，鉆進過程中遵循“小鉆壓、低轉速、短回次、多排粉”原則，發現有突進、卡鉆現象，查明原因，排除故障后繼續施工。⑥鉆進中發現鉆桿抖動、滯轉現象時，使鉆具稍微回撤，再緩慢向前鉆進，以較低鉆壓通過該區；發現孔口不返氣、進尺緩慢時，使鉆具往復移動碎巖和吹孔，保持孔內順暢。⑦鉆進過程中，如發現空壓機氣壓急劇上升或下降，立即回鉆檢查，排除故障；停風時緩慢關閉送風閥，不可突然中斷供風，防止潛孔錘倒吸巖粉造成通道堵塞。⑧鉆進時邊回轉邊給壓向前鉆進，當鉆具接近孔底時，控制壓力、放慢鉆進速度。⑨每完成1根鉆桿(套管與鉆桿等長)的鉆進深度，則進行加接鉆桿及套管；接長時，鉆桿及套管用扳手擰緊連接絲扣，防止在鉆進或拔除過程中脫落。⑩鉆進結束時，先將孔底殘渣吹盡，緩慢提升；當偏心鉆頭被巖渣卡住無法收攏時，開動空壓機重新清孔，并使潛孔錘短時間工作后試提，反復嘗試直至鉆具提出。

圖8 套管前端安裝管靴

6)預應力錨索制作與安放 ①單根錨索最大長度28m，鋼絞線按長度采用砂輪切割機下料。②錨索按要求放置支撐環，并用細鐵絲綁扎固定，注漿管與鋼絞線一起編入索體。③本工程為永久性邊坡支護，錨索安放前進行防腐蝕處理，在錨索自由段鋼絞線除銹后涂防銹漆2遍，然后外套PVC軟管，軟管內注油脂充填，外繞扎工程膠布。④安放錨索體前核對錨孔編號，確認無誤后下放錨索。⑤由于腳手架空間有限、錨索較長，采用多人抬放錨索，緩慢均勻推入套管內；錨索穿進孔內時，保持索體平順不扭絞，同時避免支撐環脫落；下放至設計孔深，孔口按要求預留一定的張拉長度。⑥錨索安裝完畢后，對外露鋼絞線進行臨時防護。

7)拌制水泥漿 ①注漿材料采用P·O42.5R普通硅酸鹽水泥凈漿，水灰比為0.4～0.5，按規定配合比稱量材料，水泥采用袋裝標準稱量法，水采用體積換算質量稱量法；②使用JW900型灰漿攪拌機，其攪拌量為900L，轉速為54r/min。按配合比先將計量好的水加入攪拌機，再將袋裝水泥倒入，攪拌均勻，攪拌時間≥3min。

8)套管內一次常壓注漿 ①后臺水泥漿制備完成后，即在套管內進行一次注漿。②用膠管從注漿泵出漿口連接孔口注漿管，控制后臺與注漿孔位的距離≤50m。③注漿前，檢查制漿設備電源線路、注漿泵活塞、壓力表等是否正常，檢查送漿及注漿管路連接是否暢通；檢查合格后，開啟注漿泵，將水泥漿注入孔內，一次注漿采用常壓注漿。④當孔口溢出漿液濃度與注入漿液濃度一致時停止注漿。

9)拔除套管 ①一次注漿完成后，采用ZSB-80型專用拔管機拔除跟管套管，拔管機最大拔管直徑為168mm，最大拔管深度為60m，額定起拔力為800kN；②拔管機安裝時，先使孔口部位平整，使孔口巖面與套管軸線垂直，用手拉葫蘆輔助定位，拔管機通孔中心線與套管軸線重合，以防套管因受力不均而斷裂；③拔管前，使液壓油缸的活塞桿處于壓縮位置，通過卡瓦將套管夾持在卡座上，人工鐵錘敲擊使卡瓦將套管緊固在卡座上；④拔管機由專人操作控制臺作業，采用液壓千斤頂緩慢頂升，保持頂力均勻；拔出1節套管后，由油泵提供反向壓力，使活塞桿收縮，卡瓦自動松開，再將拔出的套管卸下；重復拔管過程，直至該段套管完全拔出。

10)二次高壓注漿 ①錨孔一次注漿完成、拔除套管，孔內水泥漿養護4～6h后，對孔內進行二次高壓注漿。②二次注漿過程中，保持連續注漿；當遇松散填石層快速漏漿時，則采用間歇停泵2h后再行注漿，反復循環直至壓力滿足設計要求。

11)張拉鎖定、封錨 ①待注漿體的強度達到設計強度的80%以上或灌漿28d后，對錨索進行張拉及鎖定；②錨索采取分步張拉，分5級按設計荷載的25%，50%，75%，100%，110%進行施拉，每次持荷時間2～5min，最后一級持荷穩定觀測10min后按設計要求鎖定；③鎖定后48h內未出現明顯的應力松弛現象，即可進行封錨。

2.5 施工工藝特點

1)破巖效率高 采用潛孔錘鉆進，對填石進行高頻往復沖擊，破巖效率高，并由高風壓攜帶鉆渣出孔，避免重復破碎，鉆進速度快，大大提高施工工效。

2)錨固質量好 采用偏心潛孔錘全套管護壁鉆進施工，在提升破巖效率的同時，有效防止了松散填土成孔過程中的塌孔，并在一次注漿后拔除護壁套管，確保了成孔和錨固體質量。

3)操作簡便 采用輕型錨固鉆機施工，可在通常的腳手架平臺上作業，只需將鉆機在工作平臺上簡單固定，在傳統施工成孔工藝基礎上使用潛孔錘鉆進，并在套管端部增加管靴，操作簡便；同時，采用專用的拔管機液壓操作，套管拔管速度快。

4) 綜合成本低 對施工平臺要求低，且鉆進效率高，施工工期大大縮短，總體綜合施工成本低。

3 結語

松散填石邊坡錨索偏心潛孔錘全套管跟管成錨綜合施工技術在施工效率、成本控制上都突顯出優越性，解決了狹小施工空間松散填石高邊坡鉆進困難、易塌孔的關鍵技術難題，提供了一種錨索潛孔錘全套管跟管鉆進技術，充分發揮了潛孔錘的破巖效率與排渣功能，大大提高了成孔效率與成孔質量，取得了良好的社會和經濟效益。