碎石土层全套筒钢筋锚杆钢管可回收施工技术研究

罗仲亚

（广州市第二建筑工程有限公司广州510045）

1 概述

在基坑工程、边坡防护中，常采用钢筋锚杆支护方式，在锚杆成孔施工过程中，当场地存在较厚碎石土层时，按常规钻孔成孔方法容易塌孔，危害支护安全；此外，注浆时因碎石土层孔隙率高、连通性好，渗透系数高，容易出现“跑浆”现象，导致浆体流失严重，材料损耗大且造成施工困难。这种情况下，目前普遍采用的处理方案是使用全套筒钢管辅助成孔施工，即在成孔时边钻孔边顶进钢管，防止成孔过程中遇碎石层塌孔。然而这种方法中钢管套筒不再取出，导致工程成本大幅增加，且钢套筒降低了锚杆与土层的粘结力、一定程度会影响锚杆整体的抗拔能力［1］。为了保证施工效果，控制工程成本，下文就如何改良全套筒钢筋锚杆施工技术、实现钢套筒可回收、提高注浆质量进行简要阐述。

2 案例背景

某施工项目位于广州市黄埔区，边坡支护设计主要采用钢筋锚杆+喷射混凝土面，场地存在较厚碎石土层，按常规方法钻孔成孔时出现塌孔、卡钻等现象，注浆时因碎石层孔隙连通性较好，出现明显的“跑浆”现象，导致浆体流失，浪费材料，且造成施工困难。如何有效地解决碎石土层成孔难、容易跑浆的问题，并能有效控制施工成本，成为该项目急需解决的问题。

对于此类情况，目前普遍采用的处理方案是使用全钢管套筒成孔施工［2］，防止遇碎石层塌孔，钢套筒不再取出。然而，这种方法导致增加工程成本，且降低了锚杆与土层的粘结、一定程度影响锚杆的抗拔能力。经研究决定采用一种碎石土层可回收全套筒钢筋锚杆施工技术，以解决本工程的实际问题。该技术施工效果良好，具有不卡钻、钢套筒可回收等优点。

3 施工工艺原理及技术特点

3.1 施工工艺原理

本施工技术将传统的钻孔成孔改良为采用潜孔锤冲击成孔，配合全套筒护壁跟进，能避免出现卡钻、塌孔现象，有效成孔。成孔后在套筒内放入直径相接近的波纹管套管（管壁预钻多个出浆孔），用钻机反向旋转拉拔取出钢套筒实现套筒可回收。制作及安放钢筋锚杆、多根注浆管，锚杆端部包裹砂浆块（用于减少注浆体初凝前在孔底的渗流）。注入纯水泥浆，若注入的水泥浆量已大于成孔容积的1.2 倍以上仍未见浆体溢出，立即采用同时注入水泥浆和水玻璃的方法加强浆体固化效果，直至浆体从孔口溢出为止，并实施二次灌浆施工工艺［3］。

3.2 技术特点

本施工技术具有如下特点：

⑴ 采用潜孔锤冲击成孔，避免卡钻的问题，同时压入钢套管，通过钢套管支撑着孔壁防止塌孔，安装波纹管后通过反向旋转拉拔的方式拔出钢套管，实现钢套管的重复利用。

⑵ 采用波纹管套管（管壁预钻多个出浆孔）置换钢套管，其优点是比钢管价格便宜、便于加工、摩擦力大、抗压能力好，能有效防止塌孔。

⑶ 通过粘结性高、低流动性的砂浆包裹锚杆底端后再注入水泥浆，使锚杆于波纹管内末端形成一定的封堵效果，降低锚杆注浆时浆体在孔底的流失速度，提高注浆质量，节约工程材料；根据注浆情况选择性使用水玻璃改善水泥浆的渗流情况，可以起到一定的速凝作用，减少浆体在碎石层之间的流失，节约工程材料。

⑷ 当孔底的注浆管出现堵塞的情况时，采用中部的备用注浆管注浆，避免由于注浆管堵塞造成额外损失。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程（见图1）

图1 工艺流程Fig.1 Flow Chart of Construction Process

4.2 主要实施步骤

⑴ 施工准备：具备锚杆施工作业面，施工机械设备、材料准备就绪。

⑵ 采用潜孔锤冲击成孔并压入钢套管：采用潜孔锤冲击成孔，避免卡钻，成孔同时压入钢套管，通过钢套管支撑孔壁防止塌孔（见图2）。

图2 潜孔锤成孔并压入钢套筒示意图Fig.2 The Hammer Struck a Hole and Pressed into the Steel Pipe

⑶ 安放波纹套管：移除钻机，取出潜孔锤，安装波纹管至设计深度，波纹管管壁预钻多个出浆孔，波纹管外径略小于钢套筒内径（见图3）。

图3 放置波纹管剖面示意图Fig.3 Schematic Diagram of Placing Bellows

⑷ 反向旋转拉拔取出钢套筒，实现钢套筒可回收（见图4）。

图4 波纹管置换钢套筒示意图Fig.4 Replace the Steel Pipe with a Bellows

⑸ 制作锚杆钢筋及注浆管：按设计及规范要求制作锚杆钢筋，钢筋四侧采用细钢丝固定4 根注浆软管，其中2 根软管安装深度到达孔底（用于注水泥浆、水玻璃各1根），另外2根软管安装深度为成孔中部位置（用于注水泥浆、水玻璃各1根），当出现深管堵管时作为备用（见图5）。

图5 钢筋锚杆与注浆管安装剖面示意图Fig.5 Installation Drawings of Reinforced Anchor Rod and Grouting Pipe

⑹ 制作端头、安放锚杆

采用砂浆（水泥∶砂= 1∶2～1∶1.5）包裹锚杆端头，其目的是减少注浆时浆体在孔底渗流过大，提高注浆效果［4］，锚杆安放在波纹管内（见图6）。

图6 钢筋锚杆端部包裹砂浆及放入孔内示意图Fig.6 Schematic Diagram of Mortar Wrapped at the end of the Anchor Rod and Placed in the Hole

⑺ 注浆：注入纯水泥浆，水灰比为0.8～0.9，注浆压力2.0～3.0 MPa。浆体设计强度不低于25 MPa。若注浆量大于1.2 倍孔道容积仍未见浆体溢出，同时注入水泥浆和水玻璃（水∶水玻璃=1∶0.4～0.6），直至浆体从孔口溢出［4-6］。

⑻ 二次注浆：在第1次注浆后水泥浆初凝24 h后进行劈裂注浆（二次注浆）。注浆使用预留在孔内的注浆管，将注浆泵管接在外露的注浆管上，压入水泥浆进行劈裂注浆，使前期注浆锚固体和地层在高压下产生裂缝并再次被水泥浆填充。由于劈裂作用使浆液向周围地层挤压渗透，形成直径较大的锚固体并提高了锚杆周围地层的力学性能，大大提高锚杆的承载能力［7-9］。

4.3 操作要点

⑴ 潜孔锤开孔直径需略小于钢套管，潜孔锤冲击成孔，同时压入钢套管。此法可避免卡钻，通过钢套管支撑孔壁，有效防止塌孔。

⑵ 波纹管外径略小于钢套筒内径，方可实现置换钢套筒。

⑶ 拉拔钢套筒时应反向旋转，缓缓拔出。

⑷ 为防止出现堵管，安放锚杆钢筋同时安装4根注浆软管（2用2备）。

⑸ 注浆。若注浆量大于1.2 倍孔道容积仍未见浆体溢出，同时注入水泥浆和水玻璃，能起到一定的速凝作用，直至浆体从孔口溢出。

5 技术关键点与技术创新点

5.1 技术关键点

5.1.1 安装注浆软管

注浆软管分布在锚杆钢筋四侧采用细钢丝固定，其中孔底的水玻璃、水泥浆注浆管为主用，中部的水玻璃、水泥浆注浆管为备用，注浆时先用主用注浆管注浆，如果注浆顺利，备用注浆管无需使用，当出现注浆管堵塞的情况，采用中部的备用注浆管注浆。为了保证注浆效果，注浆管应先安装在锚杆钢筋上，再与锚杆钢筋一同伸入到钢管套内，到达设计位置。

5.1.2 反向旋转拉拔钢套筒

本技术采用光滑的钢套筒，钢套筒以一定稳定速率缓慢地通过反向旋转拉拔的方式拔出，防止置换其的波纹管被带出。

5.1.3 砂浆包裹

通过砂浆包裹锚杆端部塞入波纹管中，防止后期水泥浆注浆时浆体的流失，保证了注浆效果。

5.2 技术创新点

⑴ 采用潜孔锤冲击成孔，避免卡钻的问题，同时压入钢套管，通过钢套管支撑着孔壁防止塌孔，安装波纹管后通过反向旋转拉拔的方式拔出钢套管，实现钢套管的重复利用。

⑵ 通过低流动性的砂浆包裹锚杆后再注入水泥浆，使锚杆端部与碎石层之间形成包裹物，减少注浆时浆体在碎石层之间的流失，提高注浆质量，节约工程材料。根据注浆情况选择性使用水玻璃改善水泥浆的渗流情况，可以减少浆体在碎石层之间的流失，提高注浆质量，节约工程材料。

⑶ 当孔底的注浆管出现堵塞的情况，采用中部的备用注浆管注浆，避免由于注浆管堵塞造成额外损失。

6 结语

我国幅员辽阔，在建筑工程施工过程中会遇到各种不同的恶劣地质环境，常规施工技术时常难以满足施工环境要求，需要我们不断得更新技术以适应施工环境，并推动我国工程建设的发展。本文以工程项目在基坑工程的边坡防护中，钢筋锚杆支护成孔施工遇到较厚碎石土层的情况为例，按常规钻孔成孔方法容易塌孔，危害支护安全且注浆时容易出现“跑浆”现象［10］。本文详细介绍了改良全套筒钢筋锚杆施工技术、实现钢套筒可回收施工工艺、保证支护安全。在我国的现代化建设过程中，工程难题会不断地涌现，但在广大工程技术人员的不懈努力下，终究会被克服。