复杂岩溶地质锚索(杆)施工方法改进分析★

王泽琨 赖咸根 周伏良 赵俊逸 唐 勇 刘运思

(1.中国建筑第五工程局土木工程有限公司，湖南 长沙 410075；2.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201； 3.湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室，湖南 湘潭 411201)



·施工技术·

复杂岩溶地质锚索(杆)施工方法改进分析★

王泽琨1赖咸根1周伏良1赵俊逸1唐 勇1刘运思2,3*

(1.中国建筑第五工程局土木工程有限公司，湖南 长沙 410075；2.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201； 3.湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室，湖南 湘潭 411201)

以长沙市岳麓区冰雪世界项目为例，阐述了复杂岩溶地质条件下锚索(杆)的施工工艺流程，并探讨了钻杆注浆加止浆塞的技术要点，有利于提高锚索(杆)的成孔率，确保工程的施工质量。

岩溶地质，锚索，钻杆注浆，溶洞

1 工程概况

冰雪世界项目位于长沙市岳麓区坪塘镇山塘村—狮峰山地段，坪塘大道东侧、清风南路南侧，原湖南省新生水泥厂采石厂桐溪湖矿坑[1]。拟建的冰雪世界位于采石形成的矿坑上，矿坑为经人工采石而成似椭圆形的岩质矿坑，其长直径约230 m、短直径约180 m。坑壁边坡坡度一般在70°以上，一般高度70 m以上，最高有近100 m，整个坑壁边坡长度约600 m，边坡大部分基岩裸露，坑壁顶部有土层覆盖。

冰雪世界主体结构主要通过位于坑底的柱子支撑，部分荷载落在坑壁岩质边坡平台上，为保证边坡开挖以及上部结构施工期间边坡的安全，确保冰雪世界主体建筑在设计使用年限内边坡的稳定，需对边坡进行加固设计。

2 矿坑岩质边坡

2.1 工程地质条件

冰雪世界项目工程场地原始地貌单元为湘江河流冲积堆积阶地，岩石为古生代泥盆系中统棋梓桥组浅灰色～深灰色薄层～厚层灰岩，厚度大于210 m。矿坑西、北多为一级边坡，东南运输通道形成2级～3级边坡，呈棱状至坑底。

边坡岩体表面见裂隙性溶蚀风化现象，沿断层、裂隙及层面等结构面溶蚀风化现象较普遍，风化裂隙发育，结构面胶结物蚀变明显或溶蚀充泥现象普遍，溶蚀风化张开宽度一般3 mm～10 mm不等；结构面间的岩石组织结构无变化，保持原始完整结构，岩石表面或裂隙面风化蚀变或褪色明显；岩体完整性受结构面溶蚀风化影响明显，岩体强度下降，边坡主要见溶蚀裂隙、溶蚀沟槽和溶洞。结合矿坑周边钻孔已揭露的主要溶洞在空间的分布情况，分为溶穴、槽状溶洞、溶蚀破碎带和溶蚀裂隙发育带。

2.2 岩质边坡锚索(杆)施工情况

该岩质边坡采用预应力锚索、全长粘结锚杆加格构的加固形式，预应力锚索采用12股φ15.2的1860级无粘结环氧涂层预应力钢绞线，轴向拉力为1 000 kN，孔深25 m～45 m，孔径165 mm，严格要求锚固段深入微风化完整岩，锚索纵横向间距均为3 m；全长粘结锚杆杆体为φ32 HRB400钢筋，孔深9 m，孔径130 mm。

3 矿坑岩质边坡锚索(杆)施工工艺

不同地质条件下，锚索成孔所采用的施工工艺、钻孔设备、注浆设备不同，针对岩溶发育的高陡边坡，采用的钻孔设备主要为YG-80轻型锚固钻机以及英格索兰电动空压机。

在锚索钻孔过程中，成孔后塌孔，串、漏风甚至不返风，卡钻、掉钻，以及打断钻杆和套管等问题经常出现。其原因主要是矿坑所处地质环境复杂，岩石破碎、岩溶裂隙发育，各溶洞串通。在解决上述问题时，主要思路是提高岩体的完整性及避开不良地质现象，具体办法就是进行偏心跟管钻进和固壁灌浆[2]。

3.1 偏心跟管钻进施工工艺

采用YG-90型锚索钻机，冲击器前套管靴及同芯钻头带钢管钻进，钻至锚固段深度并确定是完整岩层后更换普通钻杆继续钻进，如仍出现不良地质钻进情况，或孔内泥浆填充物涌出量未明显减少，则继续采用带套管的钻杆钻进。但由于矿坑岩质边坡所处的工程地质和水文地质条件复杂，岩溶、裂隙极其发育，在跟管钻进过程中施工平台摆动幅度大，致使成孔孔壁不规整，跟管下放摩擦力大，造成卡钻现象，并且由于钻头在穿过溶洞时因重量问题有下倾现象，钻杆与跟管卡死等原因，跟管钻进成孔率极低。

3.2 不跟管钻进(普通钻进)后固壁灌浆工艺

其基本施工流程为：不跟管钻进→遇不良地质(溶洞、裂隙等)→注浆→浆液强度达到钻进条件→不跟管钻进→成孔。

由于偏心跟管钻进不适合矿坑现场实际施工环境，只能对其采用不跟管钻进，但由于矿坑岩质边坡内部溶洞众多，裂隙发育串通，导致成孔率低，针对此问题多采取固壁注浆的方法进行处理，但不同类型的注浆工艺所表现出来的固壁效果差异较大，这就对注浆工艺提出了新的要求[3-5]。

3.2.1 采用直接洗孔、注浆工艺

基本施工工艺流程为：钻机钻进→遇不良地质退杆→注浆管注水洗孔→孔口返出泥浆较为稀释→利用洗孔管进行注浆固结→孔口返浆后终止注浆。由于工程所处的地质条件复杂，岩溶裂隙发育，溶洞上下串通且内部含有大量填充物，导致注浆效果不佳，成孔率极低，而且在洗孔过程中，还造成上部土质边坡局部沉陷。故此注浆工艺不适合运用在复杂岩溶地质的锚索施工。

3.2.2 采用镀锡钢管插入溶洞处注双液浆工艺、干钻法施工

主要施工工艺流程为：钻机钻进→遇不良地质退杆→放镀锡钢管至溶洞处注浆→掺入一定比例的水玻璃→通过三通阀门注入孔底溶洞处→孔口返浆后终止注浆。

考虑普通浆液凝固时间长，如提前复钻易造成孔内浆体强度不足导致塌孔，结合此种情况，遇溶洞退杆后下放镀锡钢管至溶洞处注双液浆，由孔底返浆后终止注浆。通过试验确定水泥浆与双液浆的比例为1∶0.8，浆体在6 h～8 h后能达到90%强度，即6 h～8 h可以对锚索孔进行复钻，加快了处理的速度，但此种工艺有它不足之处，其适合处理孔洞内有小溶洞的情况，若孔洞内存在较大直径的溶洞且上下串通的情况，在复钻过程中，极易塌孔。

3.2.3 采用镀锡钢管插入溶洞处注水泥浆+早强剂工艺技术

主要工艺流程为：钻机钻进→遇不良地质退杆→放镀锡钢管至溶洞处注浆→掺入一定比例的水玻璃→孔口返浆后终止注浆。

考虑普通浆液凝固时间长，如提前复钻易造成孔内浆体强度不足导致塌孔，在采用添加水玻璃注双液浆的同时，水泥浆体中掺入一定比例的早强剂同步进行试验，以达到浆体凝固时间短，早期强度高的要求，早强剂比例为水泥用量的2.5%～3.5%，浆体24 h能达到90%强度，从而加快处理进度，这种处理工艺与前一种工艺相同，有它不足之处。

3.2.4 采用改进的钻头，通过钻杆注浆，加压的施工工艺

1)第一种施工工艺流程：钻至溶洞处无法继续钻进时，退杆更换三叶合金钻头后重新装入钻杆伸至溶洞位置，利用钻杆孔底注浆，孔口返浆后终止注浆。

结合现场实际情况，考虑常规固结注浆无法有效的填充溶洞，采用钻杆注浆，钻至溶洞后退杆，将冲击器钻头更换为三叶合金钻头后伸入溶洞处注浆，确保浆体直接填充入溶洞，后由于钻杆难以加压，浆体压力不足，实际复钻效果不佳。

2)第二种施工工艺流程：钻至溶洞处无法继续钻进时，退杆更换三叶合金钻头后重新装入钻杆穿过溶洞位置，利用钻杆加压孔底注浆，孔口返浆后终止注浆。再在孔口放入止浆塞加压二次注浆，待注浆压力达到5 MPa后终止注浆，稳压0.5 h。待24 h～36 h后复钻。

针对前一种施工工艺做了一定改进，即先钻至溶洞后退杆，将冲击器钻头更换为三叶合金钻头后，穿过溶洞后加压注浆，确保孔内浆体完全填充后退杆，退杆时利用三叶钻头进行二次搅拌，退杆后再在孔口加设止浆塞套注浆管加压注浆，待注浆压力达到1.5 MPa后终止稳压注浆，该注浆工艺，对孔洞内溶洞处理起到了一定的效果。

4 钻杆注浆加止浆塞施工工艺

工艺流程：钻机钻进→钻至溶洞退杆→更换三叶钻头→重新安装钻杆下至溶洞处→钻杆注浆→退杆后安装孔口止浆塞→连接注浆管加压注浆。

1)钻机钻进至溶洞退杆。利用现有钻机对锚索孔位进行钻进，遇溶洞、裂隙等不良地质无法继续钻进时，退出钻杆、钻头。

2)更换钻头安装钻杆重新下放至溶洞处。退杆后将原冲击器、合金钻头更换为三叶钻头(见图1)，重新安装钻杆，通过钻机将三叶钻头伸入溶洞位置。

3)安装接头及注浆管进行钻杆注浆。钻杆端部安装自制接头，保证钻杆与注浆管有效连接，注浆管与接头另一端镀锡钢管相连，通过钻杆直接将浆体注入溶洞位置，待孔口返浆后停止注浆。

4)退杆孔口设置止浆塞加压注浆。待孔口返浆后，停止钻杆注浆。退出钻杆及钻头后在孔口位置安设止浆塞(灌浆胶塞)(见图2)，止浆塞周边采用水泥编织袋填充密实，架体加设2根立杆对止浆塞进行主动固定，防止注浆加压过程止浆塞冲出孔外。止浆塞外露管与注浆管连接固定，采用BW-250型大功率泥浆泵将水泥浆输送至孔内，输送压力控制在4 MPa，待压力表上升至5 MPa后稳压10 min后(或浆体从12 m平台涌出)终止注浆，浆体初凝前拔出止浆塞，待48 h以上方可复钻。

5 结语

整套工艺针对现场复杂地质情况较为有效，关键在于通过有效的注浆对所遇的不良地质进行妥善处理，防止二次钻进过程时原处理部分坍塌，从而影响锚索成孔进度。但此工艺只能对已钻进所遇的单个溶洞进行有效处理，并对溶洞处孔壁起到一定的护壁作用，防止已处理区域反复坍塌，由于现状地质情况溶洞极其发育，且呈串珠形，仍需多次反复处理方可成孔。在工程施工中,条件是很有限的,利用有限的条件去处理工程实际中出现的问题是符合现实的[6]。

[1] 陈 骏,罗光财,谭 博.复杂岩溶坑壁超长锚索成孔技术研究[J].施工技术,2015,44(S2):573-575.

[2] 张德圣.松散堆积体边坡锚索钻孔施工关键技术[J].施工技术,2013,42(19):92-94.

[3] 高小鱼,许水潮.松散堆积体预应力锚索钻孔施工措施[J].土工基础,2009,23(1):1618.

[4] 李海民,钟瑞辉,刘 成.小弯电站引水沟堆积体锚索施工技术与改进设计的探讨[J].预应力技术,2005,49(2):33-34.

[5] 李立刚.小湾水电站松散堆积体钻孔施工工艺[J].水利水电科技进展,2007,27(1):68-70.

[6] 王 伟,汪友平.锚索施工中的事故处理与注浆改进[J].探矿工程,2006(9):43-45.

Construction method and improvement design of cable(rod) in complex karst geology★

Wang Zekun1Lai Xiangen1Zhou Fuliang1Zhao Junyi1Tang Yong1Liu Yunsi2,3*

(1.Civil Engineering Co., Ltd, China Construction Fifth Engineering Bureau, Changsha 410075, China;2.School of Civil Engineering, Hunan University of Science & Technology, Xiangtan 411201, China; 3.Provincial Key Laboratory of Geotechnical Engineering Stability Control and Health Monitoring, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China)

Taking ice-snow world project in Yuelu district of Changsha city as an example, the paper describes anchor cable(rod) construction technology procedures under complicated karst geology condition, and explores the technical points of drilling pile grouting adding grout-proofing, which will be good for improving anchor cable(rod) hole-forming rate and to guarantee engineering construction quality.

karst geology, anchor cable, drilling pile grouting, karst cave

1009-6825(2016)34-0090-02

2016-09-23★:湖南省自然科学基金(项目编号：2015JJ6038)；湖南省教育厅一般项目(项目编号：15C0555)

王泽琨(1991- )，男，在读硕士

刘运思(1985- )，男，博士，讲师

TU745

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