岩土锚固施工技术小议

解晓斌王丹

中图分类号：P634.2

：摘要：结合岩土锚固工程施工过程中遇到的特殊地质环境条件，分析工程措施对造成地层复杂的影响因素，提出了钻孔施工应采取的施工工艺方法和技术措施，介绍了选择施工设备及机具的一般原则，对岩土锚固工程施工具有一定的指导意义。

关键词：锚固工程 复杂地层 钻孔工艺 钻机 钻具

前 言

岩土锚固工程技术因其独特的对岩土体进行加固的力学形态和工艺特征，已被广泛地应用在基坑支挡、边坡加固、滑坡整治、结构抗浮抗倾、坝基稳定和悬索结构的锚碇基础等工程建设领域中。就岩土锚固工程技术本身而言，已在大量的工程实践中得到了长足的进步和发展。新材料、新机具、新工艺的应用，为岩土锚固工程技术的实施提供了有力的保障措施，也为工程建设的持续发展起到了积极地推动作用。

在具体的岩土锚固工程实事工程中，施工质量的优劣将直接影响到岩土锚固的效果和锚固能力；施工效率的高低，将影响到施工工期和经济效益。大量工程时间证明，钻孔作业是实施岩土锚固工程中费用最高，最费时间同时也是技术最复杂的施工工程。钻孔质量的优劣，不仅直接影响到锚固效果，而且影响到工程工期和工程造价。

1 岩土锚固工程施工中的地质条件和环境条件

我国地缘辽阔，具有地址和地形条件变化差异大的特点。各类地质灾害发生面广、量大，尤其是随着西部大开发计划的实施，由于水电站、公路、铁路等基础工程设施的施工，人为地对原有地质环境的改变造成了滑坡、泥石流及崩塌等地质灾害大量发生。在地质灾害预防和整治工程施工中遇到的地质条件和环境条件都十分复杂。因此在实施某一项具体的岩土锚固工程时，对地质条件和环境条件作全面的调查和了解是十分重要的。

2复杂地层中的岩土锚固工程施工

2.1复杂地层的概念

地层的构造及其物理化学特征是地层固有的，第四系地层中的破碎、松散脆性、层理、片理、裂隙及断层，雨水膨胀或溶解、遇水发生风化剥落或崩解现象，地层中洞隙、孔隙和溶洞及含水性；长期风化剥落或滑移、崩塌形成的填方堆积体等是构成复杂地层的基本因素。但是我们在进行具体的岩土锚固工程施工时，不能简单地将复杂地层与造成钻孔孔内复杂现象划等号。地层复杂并不是产生钻孔孔内复杂现象的唯一因素，相同的地层在不同的钻孔孔深、孔径、裸眼时间、细孔介质及钻孔工艺等工程措施下，其稳定程度是不相同的。如果工程措施应用不当，往往会造成孔钻坍塌或漏失等，钻孔复杂情况严重时会造成埋钻，使钻孔作业无法进行。反之如果工程措施得当，采用了正确的护壁、堵漏措施及配套的钻孔机具，即使在复杂地层中钻孔其孔内的复杂情况也会得到有效的抑制，甚至使钻孔变得不复杂。

2.2复杂地层中钻进因素对孔内复杂的影响

地层复杂是造成锚固钻孔孔内复杂的重要原因，而钻进因素（孔径、孔深、裸眼时间、洗井介质及工艺操作）对钻孔孔内复杂亦将产生极为重要的影响。

2.2.1钻孔孔径

钻孔孔径越大，孔壁越趋于不稳定。锚固钻孔的孔径一般由设计的锚固张拉吨位来确定，在满足锚固段锚固力要求的前提下，从维护钻孔孔壁稳定出发，应尽可能地缩小钻孔设计孔径。对于一些钻孔特别困难的复杂地层，甚至可以从设计的角度出发，降低单索锚固设计吨位，从而减少钻孔孔径，或采用端部扩大型锚固段，来减少钻孔孔径。

2.2.2钻孔孔深

孔越深、孔壁越不稳定。一是深部地层具有较大的内应力，当地层被钻穿后，可能发生崩解或塑性形变。二是因为大多数锚固钻孔呈水平或水平倾倒，随着孔深的加深，钻孔容易发生弯曲，容易发生掉快和塌落，钻具在弯曲钻孔中对孔壁的撞击和扰动会加重这种现象的发生。

2.2.3钻孔的裸眼时间

地层中钻孔孔壁的破坏，是需要一定时间的变化过程的，在水溶分解性地层、溶胀性地层及水化剥落地层中，裸眼浸泡时间越长，孔壁的破坏越严重，越容易出现孔内复杂问题。因此在锚固钻孔过程中应尽量缩短钻进周期，采用高效钻孔设备和机具，迅速地将地层钻穿，或者采用套管护壁的跟管钻进方法来保护钻孔孔壁。

2.2.4洗井介质

应用洗井介质的目的主要是为了清除钻孔过程中孔内的岩屑，其次可以平衡地层中的压力，借以稳定钻孔孔壁。锚固钻孔的洗井介质主要是水和空气。当用水基介质作为冲洗液时，泥浆的性能（失水及泥皮厚度、比重、粘度及携带岩粉能力）优劣对孔壁的稳定与否会产生较大的影响，在水敏性地层中钻孔时，应采用具有相应抑制性能的优质泥浆作为洗井介质，或者采用空气作为洗井介质。

2.2.5工艺操作

钻孔过程中操作不当，往往会引起或加重孔内复杂现象。（1）当长时间地在钻孔的易坍塌孔段冲孔时，极易把该段地层掏空形成大肚子。（2）在松软破碎地层中如果钻进速度太快，大量岩渣不能得到有效清除而在钻孔内形成堆积时，会造成埋钻、卡铅事故。（3）当钻遇大的断层或溶洞时，钻具回转速度过快，会引起钻具的折断。（4）在层理、片理等节理发育地层及软硬互层地层中钻进时，如果钻进压力过大，不仅会引起钻孔严重弯曲，还会因钻具的负荷太大造成孔内复杂现象。

3提高复杂地层锚固钻孔质量的技术措施

岩土锚固工程施工中对钻孔质量有一定的指标要求，其中最重要的指标是钻孔轴线的倾斜度。钻孔弯曲对锚固质量造成直接的危害，一方面它会降低锚索预应力的有效传递，使一部分锚固预应力损失在弯曲孔壁的摩擦上；有时当两孔之间的锚固端因钻孔轴线的弯曲而产生交叉重叠或距离很近时，将会使锚固端局部地层的应力过于集中，对岩体的整体稳定产生不利的影响。在复杂地层中钻凿锚固钻孔难度大还体现在钻孔精度不容易保证，如果采用的施工方法及技术措施不当造成钻孔严重弯曲时，不仅会降低锚固效果，给工程埋下隐患，还会加重施工过程中钻孔内的复杂现象，使钻进效率降低，增加了施工成本。

3.1钻孔设备

应尽可能地选用稳定性能和导向性能好，钻进能力大、功能多的专用锚固钻机，便于在不同的地层复杂情况下选择不同的锚固钻孔方法。设备的输出扭矩和提升能力是衡量设备钻进能力的重要指标，如此之外设备的给进行程要大，在可能的情况下应尽量配套双动力头的锚固钻机。

3.2钻孔机具

一方面应选用可靠性高的优质钻孔机具。钻具在复杂地层中受力情况十分复杂，钻杆、套管及其连接接头、钻头、冲击器等钻具要求具备有较高的强度和刚度。此外钻孔机具的合理组配也应引起足够的重视，在钻头或冲击器位置增加粗径导向钻具，在钻杆的适当位置设置扶正接头，在可能的情况下尽量采用刚性好的粗直径钻杆，这些都能有效地预防或减少钻孔弯曲。

3.3工艺操作

3.3.1 锚固钻机的定位、安装以及钻孔开孔时的导向非常重要，钻机的定位、安装要准确、稳固，开孔时除导向器准确对准对准方位之外，应采用轻压，慢转控制钻机速度。

3.3.2 钻进过程中钻遇破碎、松散及断层时，要放慢转速、给进压力和给进速度。降低转速能有效抑制钻孔超径，维持孔壁的稳定，对防止钻孔弯曲非常有利；给进压力大时，孔底钻具的倾斜角加大，造斜力增大，极易造成钻孔上浮，若钻压过小，在钻具重力作用下，钻头克取孔内下部底缘的时间和作用力相对上部边缘要大，会导致钻孔“下垂”，在钻进过程中应结合测斜情况及时加大或减小给进压力。

3.3.3 应尽量使用空气作为洗孔循环介质，少用或不用水冲洗钻孔，这样可以避免水对地层及钻孔孔壁稳定性产生的破坏性影响。

结语：

（1） 钻孔作业是岩土锚固工程施工过程中的一个重要技术环节，影响到工程施工质量和效益，应在具体的锚固工程施工中引起我们足够重视并且加以严格的控制。

（2） 合理的施工工艺是建立在对工程的地质条件和环境条件的全面调查和试验研究基础上的，制订的施工工艺正确，也就掌握了工程施工的主动。

（3） 采用的施工设备和机具对锚固工程施工质量和效益会产生重要的影响，在设备和机具的选型配套方面同样应力求科学、经济、合理。

（4）随着岩土锚固技术的进一步发展和广泛应用，今后还要进一步加强研究开发系列化和在特定地形、地质条件下使用的岩土锚固设备和施工工艺技术。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。