路基高边坡预应力锚索跟管施工技术探讨

卢治松

（福建省第一公路工程公司，福建 泉州362000）

1 工程概况

某工程路基高边坡高度约为63m，地形起伏较大，地质条件复杂，其上部为浅层残积粘性土，中部为坡积碎石土，且覆盖层较厚，下部主要为中、强风化凝灰熔岩，地下水发育。从地质钻探资料推断该边坡存在滑动面，滑动面位于原地面以下约20m处位置，稳定性差。共设计七级边坡，三级以上边坡均采用预应力锚索框架防护，三级平台处设计锚索抗滑桩25根。预应力锚索设计为拉压复合型，由四个单元组成，每个单元锚的索都分为自由段和锚固段，单孔孔径为165mm。采用8根直径为15.24mm、强度为1 860MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线编制而成，锚索长度为32～44m，单孔设计拉力为900kN，锚固段要求进入中、强风化凝灰熔岩，且长度不小于14m。

2 锚索钻孔现场施工概况

该工程边坡主要由坡积碎石土组成，坡体整体结构松散破碎，开挖高度大、地下水发育且边坡存在滑动面，开挖后须及时施做锚索。因此，锚索成孔速度是有效提高预应力锚索施工进度的关键，有利于坡体稳定。在施工过程中采用成孔施工工艺进行试验时发现，按常规方法进行锚索钻孔，其多数孔均无法按设计长度成孔，少数孔成孔时间长，无法满足现场需要。另外，由于该边坡地下水发育，使用固结灌浆后浆液流失较为严重，因此，也不宜采用。

预应力锚索施工主要包括施工准备、锚孔钻造、锚筋制安、锚孔注浆、混凝土结构钢筋制安、混凝土浇灌、锚孔张拉锁定和验收封锚等工作流程。其中有两个主要环节:一是锚孔成孔，其技术关键是如何防止孔壁坍塌、卡钻；二是锚孔注浆，注浆的技术关键是如何将孔底的空气、岩（土）沉渣和地下水排出孔外，保证注浆饱满密实。现场采用偏心跟套管成孔法进行试验后发现，一个锚索孔平均1.5d即可成孔，成孔率可达95%，锚索成孔速度和成功率都大大提高。

锚索跟管施工时采用锚固钻机和钢套管结合的跟管钻进成孔工艺。在进行实体锚索施工前应先行施工试验孔，并进行锚索破坏性抗拔试验，以验证设计采用的工作锚索的性质和性能、施工工艺、设计质量、设计合理性及所提供的安全储备，同时考虑有关搬运、储存、安装和施工过程中的抗物理破坏能力。因此，在选用钻孔方法和机械时即可在施工试验时进行。

3 锚索跟管施工工艺

3.1 施工准备

进行预应力锚索施工前应做好施工组织安排、人材机的配备、相关材料试验和设备机具的标定工作。在实体锚索钻孔前应先进行锚索基本试验，即抗拔破坏试验，该试验须在锚固浆体达到28d龄期且锚墩砼强度达到80%后进行。此外，因地下水发育，边坡刷坡后需根据现场实际情况进行排水孔的布置和施做，为预应力锚索钻孔施工做准备。

3.2 钻孔设备的选择

钻孔设备主要包括钻机、套管、偏心跟管钻具及套管靴。

1）该边坡地质条件较为复杂且存在滑动面，在设备选用时应选择钻进速度快，移动和安装较为方便的钻机，最终采用CSJ－70锚固钻机，一般钻孔深度为30～80m时可采用。

2）为确保在锚孔钻进过程中套管不易变形和折断，且孔径满足设计孔径的要求和跟管钻进的需要，跟管套管选择外径为φ168、壁厚为10mm、每节长度为1.5m的套管，且每节之间用管靴相连。

3）偏心跟管钻具由偏心扩孔钻头和潜孔冲击器等组成，潜孔冲击器发出的冲击力以带动钻具钻进和套管跟进。此外，钻机回转带动偏心跟管的钻头对孔内土体形成辅助性切削以及挤扩效应，使用潜孔冲击器与套管靴共同工作，以使套管同步跟进。为带动套管跟进，首节管靴一端管口较窄，方便偏心钻头的携带，其他均为普通管靴（见图1）。

图1 偏心钻头跟管原理

3.3 锚索钻孔施工工艺流程

测量放样锚索孔位→搭设施工平台→钻机就位→常规钻头开孔→换跟管钻具→跟管钻进→反复提钻清孔→拔钻→下锚索→注浆和拔套管。

3.4 施工工艺

3.4.1 锚索跟管钻进原理

锚索偏心跟管钻进施工技术是指在松散破碎岩体采用套管加固施工，根据松散破碎岩体孔隙率高、不容易成孔的特点，利用偏心钻旋转扩孔的原理，结合潜孔冲击装置的优点，将钻具与套管通过钻杆等连为一体，在通过偏心钻头研磨、冲击、挤密岩体成孔，实现套管与成孔同步完成的施工技术。

3.4.2 锚索跟管钻进施工方法

1）在进行锚索跟管施工前应检查空压机、钻机和钻头等设备是否正常，钻机设备间连接应可靠，防脱销及限位键机构牢固。正常情况偏心钻头张开时偏心锤头应大于套管靴外径，且能正常张开和收缩。

2）为确保跟管定位准确，并提供导向作用，先造一个约2m左右的孔，进行锚索开孔时，尽量采用同径或略大口径的常规钻头钻进。

3）在进行跟管钻孔前应将钻具套入带有套管靴的套管中，钻具套入时应确保钻头露出套管靴外。张开偏心钻头使用正转进行钻进，在确认钻头到达孔底后，进行回转并正常后再打开空压机冲孔。

4）随着锚索孔的钻进并加深，须及时接长钻杆和套管。由于钻杆与套管的长度相近，有可能发生退杆不便或无法退杆的现象，可以加工一根较短的钻杆，错开钻杆与套管的接头位置，以方便退杆。

5）在钻机钻进过程中，每钻进0.5m左右进行一次吹孔。在进行吹孔时，应注意控制中心钻具和向上提动距离，再进行吹孔。在需更换钻具或钻进结束时，先将孔底沉淀的渣吹干净，停止回转后缓慢提升钻具至钻头后端与套管靴前端的接触为止，固定住钻杆并作逆时针方向转动，然后试提钻具。在施工过程中，可能会因孔内遗留的残渣，致使钻头卡住造成无法收缩。若试提无法解决时，应重新进行清孔后再试提，如此反复，直至将钻具提出。

4 施工注意事项

1）施工前应做好孔口临时排水工作，按照设计桩号采用拉线尺量，结合水准测量进行放线，并用铁钎和油漆标记，准确定位锚孔位置，钻孔纵横误差不超过±5cm，高程误差不超过±10cm。施工脚手架应满足相应承载能力和稳固条件，根据测放孔位准确安装钻机，使钻机固定牢固，同时钻机应严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位，采用测角量具控制角度，确保开孔钻具轴线与设计锚孔轴线保持一致。

2）在钻进过程中要及时用高压空气将孔渣吹出，也可以在孔深适当位置时退1～2根钻杆，重新缓慢推进，这样有助于将锚孔内水和渣屑吹出，特别是在粘性岩层和终孔时。应在接长钻杆和钢套管时在接口处涂润滑油，使退管时更易拆卸。

3）钻进过程中严禁用开水冲钻并冲洗孔壁，同时应严格控制钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。在钻孔施工过程中要加强钻机的导向作用，及时检测孔斜误差，合理纠偏，并认真做好施工记录，如钻压、钻速、地层和地下水情况等。孔径、孔深不得小于设计值，并超钻50cm，钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2min，并及时使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清出孔外。

4）若地下水发育，应根据现场情况判断是否需施打仰斜排水孔，数量及间距应根据实际地质水文情况及坡体渗水量大小确定。一般情况下排水孔径为φ110mm，间距为5m可基本满足要求。

5）排水后钻机采用小风量低速钻进，如遇塌孔时应进行固壁灌浆处理后，再重新钻进。在钻进过程中遇地下水量较大时，可能造成孔内渣粉不容易排出，此时可加入一定量的泡沫剂并增大吹孔风压力。排渣时施工人员严禁站在孔口前方，以免造成安全事故。成孔后应在24h内及时进行锚索安装和注浆等后续工作，以保证锚孔质量。

6）在施工过程中应加强坡体位移监测、深部位移监测和地下水位的检测，直至坡体稳定、变形终止或在安全的限值范围内。

5 结束语

采用预应力锚索偏心跟管成孔工艺可有效提高锚索钻孔的速度和成孔率，减少塌孔发生率，并且锚索卡阻问题也得到了有效解决，锚孔成孔时间大大缩短，且锚索可以顺利地推送到孔底，对后续类似工程施工具有较好的参考价值。

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