復(fù)雜地層下邊坡錨固成孔技術(shù)

劉學(xué)師

(中國(guó)有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710054)

1 工程實(shí)例

東北某新廠區(qū)邊坡處理項(xiàng)目，位于遼寧省撫順市東洲區(qū)低山丘陵地區(qū)，在進(jìn)行場(chǎng)地整平的過(guò)程中，形成的邊坡需進(jìn)行永久性支護(hù)處理，以保證建設(shè)場(chǎng)地的安全穩(wěn)定性。根據(jù)勘察報(bào)告，本場(chǎng)地覆蓋層較薄，為0 m～5 m左右，該山體邊坡高度為15 m～35 m，基巖巖性復(fù)雜，風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，且局部有大沖溝，溝中存在相當(dāng)厚度的軟土，地質(zhì)條件非常復(fù)雜。

本工程地質(zhì)勘察提供的資料結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定邊坡采用錨桿框架梁聯(lián)合護(hù)坡，錨桿間距2.5 m，梅花形布設(shè)，錨桿頭焊接十字架。錨桿、錨索施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。

2 鉆孔設(shè)備選擇

由于本邊坡比較高，大型設(shè)備很難調(diào)運(yùn)到腳手架上，且鉆機(jī)移位非常麻煩，綜合考慮，選用SK100輕型潛孔鉆機(jī)，與之相配7/12的中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)，該鉆機(jī)優(yōu)點(diǎn)是輕便，在邊坡腳手架上移位非常方便。孔深為3 m～15 m，可采用φ50 mm鉆桿，孔深為25 m～30 m，需采用φ60 mm鉆桿，因?yàn)棣?0 mm鉆桿雖然較輕便，但是強(qiáng)度較低，如孔深超過(guò)15 m，反而影響鉆進(jìn)速度。以在撫順工地同一地層(中風(fēng)化安山質(zhì)斑巖)試驗(yàn)25 m錨索成孔為例，采用φ60 mm鉆桿，4 h可以成一個(gè)孔，采用φ50 mm鉆桿，5.5 h才成一個(gè)孔，一個(gè)孔可以節(jié)省1.5 h，大大提高了成孔效率。

3 邊坡錨固各種地層中的成孔方法

3.1 含水巖層

鉆進(jìn)這種巖層，排渣困難，大量的巖粉附著在沖擊器和孔壁上，極易使沖擊器堵塞和孔壁縮徑，導(dǎo)致吸附鉆桿和埋鉆事故。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)隨時(shí)向孔內(nèi)注水，隨著鉆孔加深逐漸加大注水量，并采用高壓風(fēng)力將水混合粉渣排出。

3.2 破碎巖層

破碎巖層應(yīng)嚴(yán)格控制低于正常壓力鉆進(jìn)，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速和鉆速。

1)如巖層破碎漏風(fēng)嚴(yán)重，發(fā)生起鉆塌孔，拔出鉆具后，孔壁巖塊垮塌，堵塞孔道。需重新破碎后方可朝前鉆進(jìn)，多次反復(fù)進(jìn)行，進(jìn)度慢、效率低，鉆具磨損亦嚴(yán)重。

2)此類(lèi)巖層在鉆進(jìn)過(guò)程中容易塊石塌落造成卡鉆，處理卡鉆事故一般緊貼孔的正下方打一引孔，到達(dá)卡鉆位置石塊一般會(huì)松動(dòng)，或脫落至引孔，卡住的鉆頭即可提出。

3)如巖層特別破碎無(wú)法成孔，需用煤炭鉆先成細(xì)孔，注入水泥砂漿，對(duì)破碎巖層進(jìn)行整體加固，水泥砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后再鉆進(jìn)成孔。

3.3 粘土夾層

鉆進(jìn)遇粘土夾層最容易出現(xiàn)糊鉆，形成泥包或泥環(huán)，以致造成卡、埋鉆事故。此時(shí)應(yīng)采用向孔內(nèi)注水，反復(fù)抽拉，同時(shí)高壓送風(fēng)措施，可有效的解除泥包或泥環(huán)問(wèn)題。

3.4 粉細(xì)砂或中粗砂或粉土等土層

在這種地層成孔(一般在基坑支護(hù)中遇到這種地層)應(yīng)注意護(hù)壁，通常通過(guò)調(diào)節(jié)泥漿性能、向孔內(nèi)注濃泥漿(由市場(chǎng)上購(gòu)進(jìn)的普通膨潤(rùn)土配制而成，密度1.30 m左右，粘度30 s左右)。鉆速40 r/min～55 r/min，0.4 MPa風(fēng)壓低壓力鉆進(jìn)，循環(huán)水量約為25 L/min，孔內(nèi)水壓力為0 MPa～0.1 MPa即可成孔。泥漿護(hù)壁會(huì)因形成泥皮而影響錨固力，通過(guò)多個(gè)工程實(shí)例總結(jié)，泥漿護(hù)壁的鉆孔，在錨桿(索)下入孔內(nèi)后，注漿前往孔內(nèi)注入清水，用空壓機(jī)通過(guò)注漿管高壓送風(fēng)，反復(fù)洗孔5 min～10 min，基本可以將泥皮消除，而對(duì)于軟弱地層及細(xì)砂層，通過(guò)高壓灌漿，亦可取得較理想的錨固力。

3.5 砂礫、卵石層

由于砂礫、卵石層容易塌孔(一般在基坑支護(hù)中遇到這種地層)，綜合考慮，選用MD60全液壓潛孔鉆機(jī)，與之相配7/12的中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)，該鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是扭矩大，液壓推進(jìn)，不易卡鉆，成孔采用偏心錘跟管鉆進(jìn)工藝(見(jiàn)圖2)，由于偏心跟管鉆進(jìn)負(fù)荷較大，對(duì)管靴、套管絲扣要求較高，每鉆進(jìn)0.3 m～0.5 m應(yīng)強(qiáng)風(fēng)吹孔排渣一次，以保持孔內(nèi)清潔。鉆進(jìn)結(jié)束或需更換偏心鉆具時(shí)，先將孔底殘?jiān)当M，脫開(kāi)偏心鉆具的回轉(zhuǎn)動(dòng)力，停止回轉(zhuǎn)，緩慢提升偏心鉆具至偏心鉆頭后背與套管靴前端接觸為止，用管子鉗卡持鉆桿，作逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，同時(shí)緩慢試提偏心鉆具，當(dāng)偏心鉆具可順利提升時(shí)，表明偏心鉆頭已順利收攏，這時(shí)可按照常規(guī)方法提升偏心鉆具，直至全部提出偏心鉆具。

圖1 錨桿、錨索施工現(xiàn)場(chǎng)

圖2 偏心錘跟管鉆進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)

待孔內(nèi)殘?jiān)祪?，需及時(shí)安裝錨索，檢查合格后進(jìn)行注漿，并一邊注漿一邊拔出套管。

4 拔管過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

4.1 套管拔管過(guò)慢會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題

1)水泥砂漿在初凝期前后(約45 min)，此時(shí)拔管容易對(duì)水泥砂漿擾動(dòng)，破壞了水泥砂漿的強(qiáng)度，從而降低了錨索的抗拔力，給工程留下質(zhì)量隱患。

2)水泥砂漿已經(jīng)過(guò)了初凝期，產(chǎn)生了一定的強(qiáng)度，拔管過(guò)程中水泥砂漿連同錨索一同帶出，造成錨索報(bào)廢。

3)水泥砂漿凝固在套管中，套管無(wú)法拔出，套管報(bào)廢，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且可能因套管將錨固段砂漿與土層隔離開(kāi)來(lái)而影響了錨固效果。

4.2 套管拔管過(guò)快會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題

1)套管拔出，注漿沒(méi)能及時(shí)跟上，造成塌孔，泥土等雜質(zhì)覆蓋在錨索上，在隨后的注漿過(guò)程中水泥砂漿不能充分的和錨索表面結(jié)合，造成錨索和水泥砂漿之間的抗拔力降低，從而影響了工程質(zhì)量。

2)套管拔出，注漿沒(méi)能及時(shí)跟上，造成塌孔，泥土等雜質(zhì)填塞在孔里，使水泥砂漿不能充分的接觸下部孔壁，造成錨索孔壁和水泥砂漿之間的接觸面積減少，孔壁和水泥砂漿之間的摩擦力降低，從而影響了工程質(zhì)量。

3)孔內(nèi)部分區(qū)域水泥砂漿不能充分填充，注漿質(zhì)量不能保證，在后面的錨索張拉過(guò)程中水泥砂漿易發(fā)生破壞，給工程留下質(zhì)量隱患。

此道工序最為關(guān)鍵，技術(shù)員要旁站并做好詳細(xì)的施工記錄，施工要安排連貫緊湊，嚴(yán)格控制，一定要由有經(jīng)驗(yàn)的技工來(lái)完成。

5 效果對(duì)比分析

以延安市某辦公樓基坑支護(hù)為例，據(jù)勘察報(bào)告可知，地貌單元屬延河左岸一級(jí)階地，各層地基土巖性特征及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 地基土巖性特征及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

基坑總深度－14.0m。進(jìn)行基本試驗(yàn)的錨索主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:護(hù)坡樁及冠梁:樁頂標(biāo)高－1.0 m，樁徑800 mm，樁長(zhǎng)17 m，間距1 600 mm，樁身混凝土強(qiáng)度 C30，冠梁頂標(biāo)高 －0.5 m，尺寸為800 mm×500 mm，混凝土強(qiáng)度C30。

錨索:共設(shè)置兩道錨索，第一道錨索索頭位于－5.0 m，錨索總長(zhǎng)18.0 m，其中錨固段長(zhǎng) 13.0 m，自由段長(zhǎng) 5.0 m，孔徑 150 mm。第二道錨索索頭位于－9.0 m處，錨索總長(zhǎng)20.0 m，其中錨固段長(zhǎng)15.0 m，自由段長(zhǎng)5.0 m，孔徑為150 mm。鋼絞線采用4×φ15.2(1 860級(jí))，鎖定力 290 kN。錨索傾角 15°，位于兩樁之間水平間距1 600 mm。錨固材料為P.O42.5R水泥漿，水灰比0.5，注漿壓力0.6 MPa。設(shè)計(jì)要求錨索軸向抗拉極限承載力為450 kN。采用2［25b槽鋼背靠背鎖定錨索和護(hù)坡樁。

錨索成孔試驗(yàn)采取兩種辦法:

1)用煤炭鉆先成細(xì)孔，注入水泥砂漿，對(duì)卵石層進(jìn)行整體加固，水泥砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后再鉆進(jìn)成孔。2)采用偏心錘跟管鉆進(jìn)工藝。

兩種工藝實(shí)施情況比較表見(jiàn)表2。

表2 兩種工藝實(shí)施情況比較表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)成孔試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論:

1)對(duì)卵石層注入水泥砂漿整體加固后再鉆進(jìn)成孔，由于注漿量無(wú)法控制，多個(gè)孔出現(xiàn)注漿水泥超過(guò)2 t的現(xiàn)象，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值0.5 t/孔，整體工程造價(jià)風(fēng)險(xiǎn)很大，砂卵礫石層較厚，在造孔過(guò)程中，土層和砂卵礫石層遇水后孔壁都極易坍塌尤其是砂卵礫石層為含水層，地下水處于飽和狀態(tài)，受機(jī)械振動(dòng)后更易加速塌孔卡鉆事故，正常條件下18 m錨索成孔需3.5 h，如出現(xiàn)塌孔卡鉆事故，可能一天都無(wú)法處理好，對(duì)工程質(zhì)量及工期都無(wú)法保證。

2)采用偏心錘跟管鉆進(jìn)工藝，18 m錨索成孔需4.0 h，但一般不會(huì)出現(xiàn)塌孔卡鉆事故，錨索注漿量穩(wěn)定，整體工程造價(jià)可控，由于鉆孔非常穩(wěn)定，工程質(zhì)量及工期都能保證，在后面的錨索成孔時(shí)選用偏心錘跟管鉆進(jìn)工藝。

6 結(jié)語(yǔ)

鉆孔作業(yè)是巖土錨固工程施工中的重要一步，一定要認(rèn)真對(duì)待，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。只要我們通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)備機(jī)具的選型配置和采取切實(shí)可行的成孔工藝，就能克服錨固成孔困難，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］陳祖煜.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理 方法 程序［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［2］蘇自約，陳 謙，徐禎祥，等.錨固技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］余志成，施文華.深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［4］JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.