路基高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索跟管施工技術(shù)探討

盧治松

（福建省第一公路工程公司，福建 泉州362000）

1 工程概況

某工程路基高邊坡高度約為63m，地形起伏較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，其上部為淺層殘積粘性土，中部為坡積碎石土，且覆蓋層較厚，下部主要為中、強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，地下水發(fā)育。從地質(zhì)鉆探資料推斷該邊坡存在滑動(dòng)面，滑動(dòng)面位于原地面以下約20m處位置，穩(wěn)定性差。共設(shè)計(jì)七級(jí)邊坡，三級(jí)以上邊坡均采用預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)，三級(jí)平臺(tái)處設(shè)計(jì)錨索抗滑樁25根。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)為拉壓復(fù)合型，由四個(gè)單元組成，每個(gè)單元錨的索都分為自由段和錨固段，單孔孔徑為165mm。采用8根直徑為15.24mm、強(qiáng)度為1 860MPa的高強(qiáng)度低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線編制而成，錨索長(zhǎng)度為32～44m，單孔設(shè)計(jì)拉力為900kN，錨固段要求進(jìn)入中、強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，且長(zhǎng)度不小于14m。

2 錨索鉆孔現(xiàn)場(chǎng)施工概況

該工程邊坡主要由坡積碎石土組成，坡體整體結(jié)構(gòu)松散破碎，開(kāi)挖高度大、地下水發(fā)育且邊坡存在滑動(dòng)面，開(kāi)挖后須及時(shí)施做錨索。因此，錨索成孔速度是有效提高預(yù)應(yīng)力錨索施工進(jìn)度的關(guān)鍵，有利于坡體穩(wěn)定。在施工過(guò)程中采用成孔施工工藝進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，按常規(guī)方法進(jìn)行錨索鉆孔，其多數(shù)孔均無(wú)法按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度成孔，少數(shù)孔成孔時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。另外，由于該邊坡地下水發(fā)育，使用固結(jié)灌漿后漿液流失較為嚴(yán)重，因此，也不宜采用。

預(yù)應(yīng)力錨索施工主要包括施工準(zhǔn)備、錨孔鉆造、錨筋制安、錨孔注漿、混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋制安、混凝土澆灌、錨孔張拉鎖定和驗(yàn)收封錨等工作流程。其中有兩個(gè)主要環(huán)節(jié):一是錨孔成孔，其技術(shù)關(guān)鍵是如何防止孔壁坍塌、卡鉆；二是錨孔注漿，注漿的技術(shù)關(guān)鍵是如何將孔底的空氣、巖（土）沉渣和地下水排出孔外，保證注漿飽滿密實(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)采用偏心跟套管成孔法進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，一個(gè)錨索孔平均1.5d即可成孔，成孔率可達(dá)95%，錨索成孔速度和成功率都大大提高。

錨索跟管施工時(shí)采用錨固鉆機(jī)和鋼套管結(jié)合的跟管鉆進(jìn)成孔工藝。在進(jìn)行實(shí)體錨索施工前應(yīng)先行施工試驗(yàn)孔，并進(jìn)行錨索破壞性抗拔試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)采用的工作錨索的性質(zhì)和性能、施工工藝、設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)合理性及所提供的安全儲(chǔ)備，同時(shí)考慮有關(guān)搬運(yùn)、儲(chǔ)存、安裝和施工過(guò)程中的抗物理破壞能力。因此，在選用鉆孔方法和機(jī)械時(shí)即可在施工試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行。

3 錨索跟管施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工前應(yīng)做好施工組織安排、人材機(jī)的配備、相關(guān)材料試驗(yàn)和設(shè)備機(jī)具的標(biāo)定工作。在實(shí)體錨索鉆孔前應(yīng)先進(jìn)行錨索基本試驗(yàn)，即抗拔破壞試驗(yàn)，該試驗(yàn)須在錨固漿體達(dá)到28d齡期且錨墩砼強(qiáng)度達(dá)到80%后進(jìn)行。此外，因地下水發(fā)育，邊坡刷坡后需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行排水孔的布置和施做，為預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔施工做準(zhǔn)備。

3.2 鉆孔設(shè)備的選擇

鉆孔設(shè)備主要包括鉆機(jī)、套管、偏心跟管鉆具及套管靴。

1）該邊坡地質(zhì)條件較為復(fù)雜且存在滑動(dòng)面，在設(shè)備選用時(shí)應(yīng)選擇鉆進(jìn)速度快，移動(dòng)和安裝較為方便的鉆機(jī)，最終采用CSJ－70錨固鉆機(jī)，一般鉆孔深度為30～80m時(shí)可采用。

2）為確保在錨孔鉆進(jìn)過(guò)程中套管不易變形和折斷，且孔徑滿足設(shè)計(jì)孔徑的要求和跟管鉆進(jìn)的需要，跟管套管選擇外徑為φ168、壁厚為10mm、每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m的套管，且每節(jié)之間用管靴相連。

3）偏心跟管鉆具由偏心擴(kuò)孔鉆頭和潛孔沖擊器等組成，潛孔沖擊器發(fā)出的沖擊力以帶動(dòng)鉆具鉆進(jìn)和套管跟進(jìn)。此外，鉆機(jī)回轉(zhuǎn)帶動(dòng)偏心跟管的鉆頭對(duì)孔內(nèi)土體形成輔助性切削以及擠擴(kuò)效應(yīng)，使用潛孔沖擊器與套管靴共同工作，以使套管同步跟進(jìn)。為帶動(dòng)套管跟進(jìn)，首節(jié)管靴一端管口較窄，方便偏心鉆頭的攜帶，其他均為普通管靴（見(jiàn)圖1）。

圖1 偏心鉆頭跟管原理

3.3 錨索鉆孔施工工藝流程

測(cè)量放樣錨索孔位→搭設(shè)施工平臺(tái)→鉆機(jī)就位→常規(guī)鉆頭開(kāi)孔→換跟管鉆具→跟管鉆進(jìn)→反復(fù)提鉆清孔→拔鉆→下錨索→注漿和拔套管。

3.4 施工工藝

3.4.1 錨索跟管鉆進(jìn)原理

錨索偏心跟管鉆進(jìn)施工技術(shù)是指在松散破碎巖體采用套管加固施工，根據(jù)松散破碎巖體孔隙率高、不容易成孔的特點(diǎn)，利用偏心鉆旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔的原理，結(jié)合潛孔沖擊裝置的優(yōu)點(diǎn)，將鉆具與套管通過(guò)鉆桿等連為一體，在通過(guò)偏心鉆頭研磨、沖擊、擠密巖體成孔，實(shí)現(xiàn)套管與成孔同步完成的施工技術(shù)。

3.4.2 錨索跟管鉆進(jìn)施工方法

1）在進(jìn)行錨索跟管施工前應(yīng)檢查空壓機(jī)、鉆機(jī)和鉆頭等設(shè)備是否正常，鉆機(jī)設(shè)備間連接應(yīng)可靠，防脫銷及限位鍵機(jī)構(gòu)牢固。正常情況偏心鉆頭張開(kāi)時(shí)偏心錘頭應(yīng)大于套管靴外徑，且能正常張開(kāi)和收縮。

2）為確保跟管定位準(zhǔn)確，并提供導(dǎo)向作用，先造一個(gè)約2m左右的孔，進(jìn)行錨索開(kāi)孔時(shí)，盡量采用同徑或略大口徑的常規(guī)鉆頭鉆進(jìn)。

3）在進(jìn)行跟管鉆孔前應(yīng)將鉆具套入帶有套管靴的套管中，鉆具套入時(shí)應(yīng)確保鉆頭露出套管靴外。張開(kāi)偏心鉆頭使用正轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)，在確認(rèn)鉆頭到達(dá)孔底后，進(jìn)行回轉(zhuǎn)并正常后再打開(kāi)空壓機(jī)沖孔。

4）隨著錨索孔的鉆進(jìn)并加深，須及時(shí)接長(zhǎng)鉆桿和套管。由于鉆桿與套管的長(zhǎng)度相近，有可能發(fā)生退桿不便或無(wú)法退桿的現(xiàn)象，可以加工一根較短的鉆桿，錯(cuò)開(kāi)鉆桿與套管的接頭位置，以方便退桿。

5）在鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，每鉆進(jìn)0.5m左右進(jìn)行一次吹孔。在進(jìn)行吹孔時(shí)，應(yīng)注意控制中心鉆具和向上提動(dòng)距離，再進(jìn)行吹孔。在需更換鉆具或鉆進(jìn)結(jié)束時(shí)，先將孔底沉淀的渣吹干凈，停止回轉(zhuǎn)后緩慢提升鉆具至鉆頭后端與套管靴前端的接觸為止，固定住鉆桿并作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，然后試提鉆具。在施工過(guò)程中，可能會(huì)因孔內(nèi)遺留的殘?jiān)?，致使鉆頭卡住造成無(wú)法收縮。若試提無(wú)法解決時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行清孔后再試提，如此反復(fù)，直至將鉆具提出。

4 施工注意事項(xiàng)

1）施工前應(yīng)做好孔口臨時(shí)排水工作，按照設(shè)計(jì)樁號(hào)采用拉線尺量，結(jié)合水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行放線，并用鐵釬和油漆標(biāo)記，準(zhǔn)確定位錨孔位置，鉆孔縱橫誤差不超過(guò)±5cm，高程誤差不超過(guò)±10cm。施工腳手架應(yīng)滿足相應(yīng)承載能力和穩(wěn)固條件，根據(jù)測(cè)放孔位準(zhǔn)確安裝鉆機(jī)，使鉆機(jī)固定牢固，同時(shí)鉆機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)孔位、傾角和方位準(zhǔn)確就位，采用測(cè)角量具控制角度，確保開(kāi)孔鉆具軸線與設(shè)計(jì)錨孔軸線保持一致。

2）在鉆進(jìn)過(guò)程中要及時(shí)用高壓空氣將孔渣吹出，也可以在孔深適當(dāng)位置時(shí)退1～2根鉆桿，重新緩慢推進(jìn)，這樣有助于將錨孔內(nèi)水和渣屑吹出，特別是在粘性巖層和終孔時(shí)。應(yīng)在接長(zhǎng)鉆桿和鋼套管時(shí)在接口處涂潤(rùn)滑油，使退管時(shí)更易拆卸。

3）鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)禁用開(kāi)水沖鉆并沖洗孔壁，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，防止鉆孔偏斜、扭曲或變徑。在鉆孔施工過(guò)程中要加強(qiáng)鉆機(jī)的導(dǎo)向作用，及時(shí)檢測(cè)孔斜誤差，合理糾偏，并認(rèn)真做好施工記錄，如鉆壓、鉆速、地層和地下水情況等。孔徑、孔深不得小于設(shè)計(jì)值，并超鉆50cm，鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1～2min，并及時(shí)使用高壓空氣（風(fēng)壓0.2～0.4MPa）將孔內(nèi)巖粉及水體全部清出孔外。

4）若地下水發(fā)育，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷是否需施打仰斜排水孔，數(shù)量及間距應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)水文情況及坡體滲水量大小確定。一般情況下排水孔徑為φ110mm，間距為5m可基本滿足要求。

5）排水后鉆機(jī)采用小風(fēng)量低速鉆進(jìn)，如遇塌孔時(shí)應(yīng)進(jìn)行固壁灌漿處理后，再重新鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中遇地下水量較大時(shí)，可能造成孔內(nèi)渣粉不容易排出，此時(shí)可加入一定量的泡沫劑并增大吹孔風(fēng)壓力。排渣時(shí)施工人員嚴(yán)禁站在孔口前方，以免造成安全事故。成孔后應(yīng)在24h內(nèi)及時(shí)進(jìn)行錨索安裝和注漿等后續(xù)工作，以保證錨孔質(zhì)量。

6）在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)坡體位移監(jiān)測(cè)、深部位移監(jiān)測(cè)和地下水位的檢測(cè)，直至坡體穩(wěn)定、變形終止或在安全的限值范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用預(yù)應(yīng)力錨索偏心跟管成孔工藝可有效提高錨索鉆孔的速度和成孔率，減少塌孔發(fā)生率，并且錨索卡阻問(wèn)題也得到了有效解決，錨孔成孔時(shí)間大大縮短，且錨索可以順利地推送到孔底，對(duì)后續(xù)類似工程施工具有較好的參考價(jià)值。

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