小型長螺旋施工深孔入巖錨桿技術(shù)

柯永猴 忽智敏

（湖北省城市地質(zhì)工程院，湖北 武漢 430061）

1 工程概況

鄂州恒大童世界樂園入口城堡及地下室位于湖北省鄂州市華容區(qū)。入口主城堡緊鄰紅蓮湖大道，地上三層，地下二層。其中，一層15943m2，二層13223m2，三層5150m2，地下一層61628m2，地下二層60820m2，地下室埋深為16.5m 左右。本工程設計錨桿18323 根為永久性抗拔錨桿，錨桿直徑200mm，錨桿有效長度12.5m～18.6m，要求入強風化泥質(zhì)粉砂巖3.5m～8.5m。錨桿桿體為HRB400 3Φ28mm，單根軸向拉力特征值330kN。錨桿注漿體為M30 水泥砂漿，灰砂比0.8～1.5，水灰比0.38～0.5，使用普通硅酸鹽水泥，其強度不低于42.5MPa，拌合水水質(zhì)應符合現(xiàn)行行業(yè)標準JGJ 63《混凝土拌合用水標準》，砂的含泥量按重量計不得大于3%，砂中云母、有機物、硫化物、硫酸鹽等有害物質(zhì)的含量按重量計不得大于1%，最大水膠比不超過0.5。

本工程是少見的大體量抗浮錨桿施工工程，項目施工場地大，工程設備多，勞務隊伍多，管理難度很大。本工程錨桿為永久性抗拔錨桿，桿體需入強風化泥巖或強風化泥質(zhì)粉砂巖，鉆孔困難，鉆孔施工時間長、功效低。采用長螺旋與潛孔錘配合使用鉆進成孔，長螺旋鉆進土層，潛孔錘施工巖層，工程機械配合難度大，前后銜接不緊密，效率低下。

2 工程技術(shù)難點

2.1 地質(zhì)條件

在勘探深度范圍內(nèi)，主要根據(jù)各巖土層的物理力學性質(zhì)，結(jié)合地層的沉積時代、成因，將場地土劃分五大層9亞層。各巖土層具體特征描述如下：

①-1層素填土（Qml）：灰黃色，松散，可塑，上部多為耕土含植物根，下部為回填黏性土，強度低。場區(qū)林地和荒地大部分分布，層厚在0.5m～5.9m之間。

①-2層雜填土（Qml）：顏色雜，松散。主要成分為黏性土、少量碎石、建筑垃圾等，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，強度低。位于道路和村莊的少量鉆孔分布，層厚在0.6m～3.1m之間。

①-3 層淤泥質(zhì)黏土（Q4al）：灰褐色，軟流塑狀態(tài)，局部可塑，強度低。分布沖溝處的少部分鉆孔中，層厚在1.2m～3.3m之間。

②層黏土（Q3al+pl）：黃褐色，硬塑狀態(tài)，局部可塑，含鐵錳氧化物、鐵錳結(jié)核及灰白色高嶺土團塊，切面較光滑，干強度高、韌性中等，土質(zhì)均勻。具中高強度，中低壓縮性。該層空間分布均勻，層厚在3.3m～14.0m之間。

③層殘積土（Q2el）：褐紅色，淺灰色，硬塑～堅硬狀態(tài)，由基巖風化殘積形成。含F(xiàn)e-Mn質(zhì)結(jié)核，局部富含高嶺土，呈灰白色。該層土質(zhì)細膩，切面光澤，韌性強，干強度高。具中高強度，中低壓縮性。該層空間分布穩(wěn)定，層厚在4.0m～21.6m之間。

④-1強風化泥巖（N）：淺黃色為主，局部混暗紅色，巖芯長柱狀，呈堅硬黏土狀。標準貫入試驗擊數(shù)N 大于40擊。該層場區(qū)南部分布，鉆探未揭穿，揭露厚度介于7.8m～13.5m之間。

④-2中風化泥巖（N）：淺黃色，灰色，巖芯長柱狀擊聲啞、易敲斷，黏土巖。單軸抗壓強度frk小于5MPa，屬極軟巖。

⑤-1強風化泥質(zhì)粉砂巖（N）：褐紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎呈塊狀，短柱狀。泥質(zhì)膠結(jié)呈半成巖狀，易敲碎成砂土，干鉆困難，標準貫入試驗擊數(shù)N大于50擊。該層場區(qū)北部分布，層厚介于6.1m～19.5m之間。

⑤-2 中風化泥質(zhì)粉砂巖（E）：褐紅色，巖芯柱狀。粉砂粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，錘擊聲啞、易碎。單軸抗壓強度frk小于5MPa，屬極軟巖。該層場區(qū)北部分布，鉆探未揭穿，揭露厚度介于1.2m～8.3m之間。

2.2 現(xiàn)場施工條件

本工程場地較地下室設計抗浮錨桿建筑面積大約15943m2，工期要求90d 完成，因此，需要投入大量的設備、材料、人員進行施工，對于場地規(guī)劃、施工部署等都提出了較高的要求。

本工程前期進場只完成了土方的開挖未進行墊層施工，場地為黃土地平，場地幾經(jīng)降雨積水，導致場地內(nèi)泥濘，高低不平，給放點工作帶來了很大的麻煩，需逐根測量孔口高程，施工時很難統(tǒng)一錨桿標高，減緩了施工進度。后期更改為先進行土方開挖及時澆筑混凝土墊層，待混凝土墊層強度達到設計值后進行錨桿施工。解決了錨桿預約高度的問題，以及場地清潔和設備移動速度等問題，加快了錨桿施工進度，保證了錨桿施工質(zhì)量。

ICR小鼠64只，5周齡，在標準小鼠籠內(nèi)飼養(yǎng)，給予標準食物和水，飼養(yǎng)溫度（22±2）℃。動物由北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司提供，醫(yī)學動物合格證書號：SCXK（京2012-0001）。

2.3 需解決的技術(shù)難點

本工程錨桿為永久性抗拔錨桿，桿體需入強風化泥巖或強風化泥質(zhì)粉砂巖，鉆孔困難，鉆孔施工時間長、功效低。若采用長螺旋與潛孔錘配合使用鉆進成孔施工方法，即長螺旋鉆進土層，潛孔錘施工巖層，必然造成工程機械配合難度大，前后銜接不緊密，效率低下。為提高工作效率需解決兩個施工技術(shù)難題：解決用小型長螺旋成孔超過設備自身鉆桿長度的深孔施工技術(shù)難題；解決小型長螺旋鉆進強風化泥質(zhì)粉砂巖的施工技術(shù)難題。

3 技術(shù)措施

3.1 解決用小型長螺旋成孔超過鉆桿長度的深孔施工技術(shù)難題

該項目錨桿施工是在土建單位已經(jīng)完成C15混凝土墊層及承臺、積水井磚胎模砌筑的基礎(chǔ)上進行的，墊層的強度和厚度限制了錨桿成孔設備不能是大型長螺旋設備（塔高16m），塔高16m的鉆機只能成14m孔深以下的錨桿。本項目有近2/3 的錨桿孔深設計長度大于14m，因此，必須解決用小型長螺旋成孔超過設備自身鉆桿長度的深孔施工技術(shù)難題。長螺旋的鉆桿一般為與設備配套的固定長度的桿且鉆桿連接方式為法蘭接頭，這就需要在原鉆桿的基礎(chǔ)上加一節(jié)能夠快速裝拆的短鉆桿。

接長鉆桿連接方式可采用法蘭連接、螺紋連接、承插連接等。法蘭連接就是把兩個管道、管件或器材，先各自固定在一個法蘭盤上，然后在兩個法蘭盤之間加上法蘭墊，最后用螺栓將兩個法蘭盤拉緊使其緊密結(jié)合起來的一種可拆卸的接頭。法蘭連接的主要優(yōu)點是拆卸方便、強度高、密封性能好，主要缺點是拆卸和安裝時間長。螺紋連接是指利用螺紋的相互纏繞，使兩個或多個部件之間緊密連接的方法。螺紋連接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，具有結(jié)構(gòu)簡單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點。螺紋連接與其他的連接方法相比，連接力較弱，容易松動，因此，不適用于承受大力的連接。承插連接分為接剛性承插連接和柔性承插連兩種。剛性承插連接是用管道的插口插入管道的承口內(nèi)，對位后用插銷把兩個桿體連接成一個整體。

錨桿成孔使用長螺旋鉆孔施工的優(yōu)點在于施工速度較快，因此選擇接長鉆桿的方式不僅需要接頭牢固可靠，還需要能夠快速完成鉆桿接頭的安裝和拆卸。通過對法蘭連接、螺紋連接、承插連接等接頭的現(xiàn)場施工過程中基于對接時間、桿體穩(wěn)定、材料消耗等進行對比（表1），最終選擇承插連接作為本項目鉆機鉆桿接長的連接方式。

表1 三種連接方式時間對比表

3.2 解決小型長螺旋鉆進強風化泥質(zhì)粉砂巖的施工技術(shù)難題

鄂州恒大童世界抗浮錨桿設計為要求入強風化泥質(zhì)粉砂巖3.5m～8.5m。該工程地勘報告顯示，強風化泥質(zhì)粉砂巖（N）呈褐紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎呈塊狀，短柱狀；泥質(zhì)膠結(jié)呈半成巖狀，易敲碎成砂土，干鉆困難，標準貫入試驗擊數(shù)N大于50 擊。該層場區(qū)分布層厚介于6.1m～19.5m之間。

由于強風化泥質(zhì)粉砂巖強度較大、干鉆困難，長螺旋鉆進困難導致施工效率非常低，因此，擬采用長螺旋鉆機、潛孔錘配合鉆進成孔。先用長螺旋鉆機鉆進至在長螺旋鉆機難以施工的強風化巖層時，更換設備改用潛孔錘施工，鉆孔深度超過錨桿設計長度不小于0.5m。但是在實際施工的過程中仍遇到諸多難題：①潛孔錘鉆進時孔位周邊冒出氣泡，原因為先行引孔的長螺旋鉆機鉆頭尺寸磨損較大，引孔口徑小于200mm，且該施工區(qū)域土體含水量較大，潛孔錘成孔過程中出現(xiàn)包鉆現(xiàn)象，導致高壓氣體無法從孔壁周圍順利卸渣排除，孔內(nèi)形成高壓氣體，通過殘積土裂隙向周邊擴散排出至地面所致；②長螺旋施工至巖面后，需移出設備騰出工作面，潛孔錘鉆機進行入巖鉆進施工成孔。由于潛孔錘鉆機無法完成長錨桿下錨工作，需再進長螺旋或借助其他設備才能進行下錨，導致一根錨桿需要更換三次設備才能完成成孔及下錨工作，工作效率低；③上部土層、下部巖層成孔及下錨都存在較長的時間間隔，且該施工區(qū)域土體含水量較大，易導致垮孔，從而影響錨桿的施工質(zhì)量。

采用長螺旋鉆機、潛孔錘配合鉆進成孔實際工作效率低、施工成本高、施工質(zhì)量不可控。解決長螺旋鉆進強風化巖成為該項目提高施工效率、減少施工成本、增加經(jīng)濟效益和社會效益的關(guān)鍵技術(shù)難題。經(jīng)項目部管理人員與錨桿勞務分包人員的討論，最終決定嘗試將普通長螺旋的鉆具更改為可以入巖的鉆具。

項目部決定設計多種不同的改進鉆具，分別編號為：1#、2#、3#鉆具，如圖1～圖4 所示，三種鉆具施工時間對比見表2。通過現(xiàn)場施工對比效果最終決定推廣使用3#鉆具。

圖1 普通鉆具

圖2 1#鉆具

圖3 2#鉆具

圖4 3#鉆具

4 結(jié)語

用抗浮錨桿施工工藝取代傳統(tǒng)樁基施工工藝，節(jié)約了資源，降低了成本。錨桿作為一種抗浮措施，充分體現(xiàn)了綠化建筑的概念，是一種因地制宜，符合“節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材”的四節(jié)一環(huán)保及綠色施工要求的抗浮措施，相比其他方案，具有顯著的成本和環(huán)保優(yōu)勢。

鄂州恒大童世界入口主城堡抗浮錨桿工程是難得一見的大體量抗浮錨桿施工項目，施工難度大，施工設備多，涉及交叉施工、暴雨坑內(nèi)積水、趕工期等諸多不利影響。通過接長鉆桿、更改鉆具等技術(shù)措施，有效地減少了機械設備的投入，增加了長螺旋在巖體中成孔的施工效率，加快施工進度，縮短了施工周期，保證錨桿的施工質(zhì)量。根據(jù)項目部與勞務隊伍簽訂的勞務施工協(xié)議：長螺旋施工41元/m，潛孔錘入巖施工53元/m，本項目入巖約90000m，可節(jié)約直接成本90000×（53-41）=1080000元。