中空自钻式注浆锚杆在边坡支护中的应用

杨 波, 贺 波

(中国水利水电第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)

1 工程概况

溪古水电站库区公路复建工程位于四川省甘孜州九龙县境内,工程规模为山岭重丘区三级公路,全长约 13.257km,宽 7.5m,沥青混凝土路面。起点位于原省道 215线 K243+100处,距离县城外胜利桥约 600m,沿九龙河向下游布线,在出隆沟下游约 1km处跨越大坝后再逐渐降坡,在扎日村接省道 215线。

2 边坡设计支护型式及地质情况

省道 215线在大坝上游 K252+200～K252+280段为卸荷严重的山脊梁路段,边坡开挖最大高度达百余米(高程 2860.00～2960.00m)。其中在公路边坡高程 2884.00～2932.00m范围内开挖后揭示的地质情况属强风化及松动、倾斜岩体,断层裂隙均较发育,且裂隙多拉张、架空,存在层面、缓倾角及陡倾角组合,边坡岩体整体为镶嵌破碎结构。开挖后边坡受上述地质缺陷的影响多处形成不稳定块体。该范围边坡前期设计支护型式为每层马道范围内(各层高度为 8m)设置一排3φ32锁口锚筋桩(间距 3m,长度为 12m,深入岩面 11.8m,孔内灌注砂浆)和三排 φ25普通钢筋锚杆(间排距2m,成梅花型布置,锚杆长度为 4.5 m,深入岩面 4.3m,孔内灌注砂浆)+坡面设 φ50排水孔(间排距 4m,深入岩面 3m,i=0.05,孔口埋 0.5mPVC管)+喷 C20混凝土(厚 10cm并挂设钢筋网 φ6.5@15cm×15cm)。在实际施工中,边坡支护的锚筋桩、锚杆及坡面排水孔的造孔出现了严重的诸如塌孔、卡钻等现象,无法保证各类造孔的入孔深度,且造孔作业中大多数钻机冲击器及钻杆无法取出,致使边坡及时支护受到影响。如要在此断层破碎带继续实施该项支护型式,其锚筋桩的造孔需要采用跟管钻进或灌浆固壁,锚杆及排水孔的成孔需要采用花管冲击成孔。这样做将额外增加埋入钢管及灌浆水泥的用量,使工程建设成本及施工成本上升。

3 边坡支护型式的调整

为了边坡支护施工的正常进行,同时节约工程投资,经业主、设计及监理多次现场勘查,依据设计单位提供的库区段公路复建工程中的边坡防护工程设计图中提到的“当边坡基岩十分破碎,且成孔困难时采用中空自钻式注浆锚杆进行支护”,同时,结合库区段改线公路所存在的特殊地质构造情况,将该范围路段边坡的支护型式调整为:取消边坡锚筋桩和锚杆,坡面锚杆系统改为ZB32/20中空自钻式注浆锚杆:每层马道均设置三排自钻式锚杆,排间距 4m,锚杆长度从上往下分别为 15m、12m、9m,外露岩面 0.2m,孔内灌注水泥砂浆,坡面排水孔及挂网喷护混凝土维持原设计不变。

4 中空自钻式注浆锚杆的施工

4.1 原材料要求

(1)锚杆体:中空自钻式注浆锚杆为专业厂家采用防腐防锈材料所生产的定型成套产品(外径 32mm,壁厚 6mm,内空 φ20),锚杆设计荷载为125kN;

(2)水泥:注浆锚杆的水泥砂浆采用新鲜的、强度等级不低于 42.5的普通硅酸盐水泥;

(3)砂:采用最大粒径小于 2.5mm的中细砂;

(4)水泥砂浆:砂浆标号为 M30。

本工程边坡支护施工中选用的自钻式锚杆主要技术性能参数见表 1。

表 1 自钻式锚杆主要技术性能参数表

4.2 锚杆施工准备

锚杆钻孔前,对边坡危石进行安全处理,及时清除松动石块和碎石,避免在施工过程中坠落伤人。同时,准备施工材料和钻孔、注浆机具设备;敷设施工用风水电管路。边坡锚杆依据现场情况搭设双层钢管脚手架进行施工。

锚杆施工工艺流程:边坡危石处理→搭设脚手架→挂安全网→岩面清理→钻孔孔位布设→钻具及风水电准备→钻孔→注浆→杆体紧固及保护→喷护混凝土及养护。

4.3 钻孔施工

(1)孔位确定。

采用测量全站仪测放各主要控制点线,然后在坡面用红油漆将各孔位标示清楚。

(2)钻孔施工。

钻孔采用 YG40型轨道式凿岩机造孔,锚杆为专业厂家所生产的定型成套产品。

施工脚手架靠近开挖边坡搭设,排架固定牢固,排架外侧随层挂水平安全网。在钻架部位铺设 5cm厚竹制马道板以形成操作平台,并用铅丝将马道板与排架绑扎牢固,操作人员系安全带。

自钻式锚杆的孔轴方向垂直于坡面或与可能发生的主拉应变方向大体一致,接近水平并向下呈较小的倾角进行。

(3)施工工艺。

①钻进:采用轨道式凿岩机将安装好钻头的锚杆钻进至设计深度(锚杆加长采用联接套进行连接)。

②卸下钻机,安装止浆塞,将其安装在锚孔内离孔口 25cm处。特殊情况如注浆压力较大或围岩太破碎,也可用锚固剂封孔。

③通过快速注浆接头将锚杆尾端与注浆机相连。

④开动机器注浆,待注浆饱满且压力达到设计值时停机。

⑤根据设计需要,在锚杆尾部安装垫板和螺母并喷护于混凝土内。

(4)特殊部位及排水孔造孔施工。

对于部分边坡岩体相对较好时,采用了普通钻杆(俗称高强光圆钻杆)造孔,然后再安插螺纹杆体的施工方法。如边坡排水孔即选用高强光圆钻杆及高强度合金钻头进行造孔施工,实施情况良好。

4.4 注浆施工

(1)锚杆注浆的水泥砂浆配合比在设计及规范要求的范围内通过试验选定。

(2)自钻式锚杆钻设完成并经验收合格后,用挤压式注浆泵进行注浆,保证注浆饱满密实。

(3)锚杆安装时技术员、质检员和监理工程师实行旁站,检查锚杆的长度、砂浆拌制以及注浆实施情况等。

(4)锚杆注浆后,在砂浆凝固前不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。

(5)锚杆注浆注意事项:

①孔内管路要通畅,孔口堵塞要牢靠。从注浆管注浆直到孔口冒浆为止。

②灌浆过程中,若发现有浆液从岩石锚杆附近流出应堵填,以免继续流浆。

③浆液一经拌和应尽快使用,拌和后超过 1 h的浆液不得投入使用。

④注浆完毕,在浆液终凝前不得敲击、碰撞或施加任何其它荷载。

4.5 主要机具

(1)钻机:选用价格相对便宜、单位耗风量较小的 YG40型轨道式凿岩钻机。最大钻孔深度大于 15m,孔径为 φ50,满足要求。

(2)灌浆设备:采用 JZB-2型挤压式注浆泵。

5 边坡施工期的观测

边坡正式施工前,在边坡坡顶及附近边坡适当部位设置表面位移观测点并结合顶部永久变形观测墩,由专人定期利用全站仪并结合人工巡视、肉眼观测对边坡进行安全监测,及时作好记录和数据对比。前期和雨天加密观测次数。观测数据表明,高边坡经自钻式锚杆及挂网喷护混凝土封闭后,边坡整体稳定,满足设计支护效果。

6 锚杆施工质量的保证措施

(1)按机高及轨高架设并加固于操作平台,将钻机的导轨牢固安装于操作平台;

(2)钻机就位对准孔位后,用量角器测量立轴倾角,要求倾角为 10°～15°;

(3)开钻时轻压、慢转;

(4)采用干钻或清水钻进;

(5)锚杆杆体及配件、水泥质量应符合设计要求,应有材质证明和合格证、复检单;

(6)严格按设计水灰比配制水泥浆,按要求添加外加剂并充分搅拌;

(7)锚杆体钻进至设计深度后,应用水和空气洗孔,直至孔口返水或返气方可将钻机和连接套卸下,并及时安装垫板及螺母,临时固定杆体。

7 结 语

(1)在断层破碎带岩石边坡地段采用中空自钻式注浆锚杆具有较好的操作性,能够较好的解决塌孔、插杆困难、注浆堵塞等施工过程中的难点问题。

(2)视边坡岩层破碎情况,可先喷护一层素混凝土进行封闭。

(3)由于用于自进式螺纹锚杆施工的钻头为一次性,因此,其质量不如普通钻头,在进行钻进施工时,为了降低钻孔过程中摩擦发热对钻头的损耗,可加水冷却打“水钻”,同时也可采用普通钻杆先行钻孔一定深度(即使岩石不好、塌孔也无妨),再利用螺纹锚杆钻至设计深度,这样实施可加快施工进度。

(4)自进式锚杆一般用于岩石较差的边坡面。本工程有部分边坡岩石较好,针对这种情况,在实施中采用了普通大直径的光圆锚杆先行钻孔,然后安插螺纹锚杆的施工方法进行施工,以满足边坡设置长锚杆的需要。

(5)为了节约螺纹钻杆连接套(纤维套)的费用,若施工条件允许,还可采用较长的锚杆(若 12 m孔深,若采用 3m+3m+3m+3m接长,可比现在采用的 2m×6m节约两个联接套)。