小型长螺旋施工深孔入岩锚杆技术

柯永猴 忽智敏

（湖北省城市地质工程院，湖北 武汉 430061）

1 工程概况

鄂州恒大童世界乐园入口城堡及地下室位于湖北省鄂州市华容区。入口主城堡紧邻红莲湖大道，地上三层，地下二层。其中，一层15943m2，二层13223m2，三层5150m2，地下一层61628m2，地下二层60820m2，地下室埋深为16.5m 左右。本工程设计锚杆18323 根为永久性抗拔锚杆，锚杆直径200mm，锚杆有效长度12.5m～18.6m，要求入强风化泥质粉砂岩3.5m～8.5m。锚杆杆体为HRB400 3Φ28mm，单根轴向拉力特征值330kN。锚杆注浆体为M30 水泥砂浆，灰砂比0.8～1.5，水灰比0.38～0.5，使用普通硅酸盐水泥，其强度不低于42.5MPa，拌合水水质应符合现行行业标准JGJ 63《混凝土拌合用水标准》，砂的含泥量按重量计不得大于3%，砂中云母、有机物、硫化物、硫酸盐等有害物质的含量按重量计不得大于1%，最大水胶比不超过0.5。

本工程是少见的大体量抗浮锚杆施工工程，项目施工场地大，工程设备多，劳务队伍多，管理难度很大。本工程锚杆为永久性抗拔锚杆，杆体需入强风化泥岩或强风化泥质粉砂岩，钻孔困难，钻孔施工时间长、功效低。采用长螺旋与潜孔锤配合使用钻进成孔，长螺旋钻进土层，潜孔锤施工岩层，工程机械配合难度大，前后衔接不紧密，效率低下。

2 工程技术难点

2.1 地质条件

在勘探深度范围内，主要根据各岩土层的物理力学性质，结合地层的沉积时代、成因，将场地土划分五大层9亚层。各岩土层具体特征描述如下：

①-1层素填土（Qml）：灰黄色，松散，可塑，上部多为耕土含植物根，下部为回填黏性土，强度低。场区林地和荒地大部分分布，层厚在0.5m～5.9m之间。

①-2层杂填土（Qml）：颜色杂，松散。主要成分为黏性土、少量碎石、建筑垃圾等，结构松散，均匀性差，强度低。位于道路和村庄的少量钻孔分布，层厚在0.6m～3.1m之间。

①-3 层淤泥质黏土（Q4al）：灰褐色，软流塑状态，局部可塑，强度低。分布冲沟处的少部分钻孔中，层厚在1.2m～3.3m之间。

②层黏土（Q3al+pl）：黄褐色，硬塑状态，局部可塑，含铁锰氧化物、铁锰结核及灰白色高岭土团块，切面较光滑，干强度高、韧性中等，土质均匀。具中高强度，中低压缩性。该层空间分布均匀，层厚在3.3m～14.0m之间。

③层残积土（Q2el）：褐红色，浅灰色，硬塑～坚硬状态，由基岩风化残积形成。含Fe-Mn质结核，局部富含高岭土，呈灰白色。该层土质细腻，切面光泽，韧性强，干强度高。具中高强度，中低压缩性。该层空间分布稳定，层厚在4.0m～21.6m之间。

④-1强风化泥岩（N）：浅黄色为主，局部混暗红色，岩芯长柱状，呈坚硬黏土状。标准贯入试验击数N 大于40击。该层场区南部分布，钻探未揭穿，揭露厚度介于7.8m～13.5m之间。

④-2中风化泥岩（N）：浅黄色，灰色，岩芯长柱状击声哑、易敲断，黏土岩。单轴抗压强度frk小于5MPa，属极软岩。

⑤-1强风化泥质粉砂岩（N）：褐红色，节理裂隙发育，岩芯破碎呈块状，短柱状。泥质胶结呈半成岩状，易敲碎成砂土，干钻困难，标准贯入试验击数N大于50击。该层场区北部分布，层厚介于6.1m～19.5m之间。

⑤-2 中风化泥质粉砂岩（E）：褐红色，岩芯柱状。粉砂粒结构，中厚层状构造，泥质胶结，锤击声哑、易碎。单轴抗压强度frk小于5MPa，属极软岩。该层场区北部分布，钻探未揭穿，揭露厚度介于1.2m～8.3m之间。

2.2 现场施工条件

本工程场地较地下室设计抗浮锚杆建筑面积大约15943m2，工期要求90d 完成，因此，需要投入大量的设备、材料、人员进行施工，对于场地规划、施工部署等都提出了较高的要求。

本工程前期进场只完成了土方的开挖未进行垫层施工，场地为黄土地平，场地几经降雨积水，导致场地内泥泞，高低不平，给放点工作带来了很大的麻烦，需逐根测量孔口高程，施工时很难统一锚杆标高，减缓了施工进度。后期更改为先进行土方开挖及时浇筑混凝土垫层，待混凝土垫层强度达到设计值后进行锚杆施工。解决了锚杆预约高度的问题，以及场地清洁和设备移动速度等问题，加快了锚杆施工进度，保证了锚杆施工质量。

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2.3 需解决的技术难点

本工程锚杆为永久性抗拔锚杆，杆体需入强风化泥岩或强风化泥质粉砂岩，钻孔困难，钻孔施工时间长、功效低。若采用长螺旋与潜孔锤配合使用钻进成孔施工方法，即长螺旋钻进土层，潜孔锤施工岩层，必然造成工程机械配合难度大，前后衔接不紧密，效率低下。为提高工作效率需解决两个施工技术难题：解决用小型长螺旋成孔超过设备自身钻杆长度的深孔施工技术难题；解决小型长螺旋钻进强风化泥质粉砂岩的施工技术难题。

3 技术措施

3.1 解决用小型长螺旋成孔超过钻杆长度的深孔施工技术难题

该项目锚杆施工是在土建单位已经完成C15混凝土垫层及承台、积水井砖胎模砌筑的基础上进行的，垫层的强度和厚度限制了锚杆成孔设备不能是大型长螺旋设备（塔高16m），塔高16m的钻机只能成14m孔深以下的锚杆。本项目有近2/3 的锚杆孔深设计长度大于14m，因此，必须解决用小型长螺旋成孔超过设备自身钻杆长度的深孔施工技术难题。长螺旋的钻杆一般为与设备配套的固定长度的杆且钻杆连接方式为法兰接头，这就需要在原钻杆的基础上加一节能够快速装拆的短钻杆。

接长钻杆连接方式可采用法兰连接、螺纹连接、承插连接等。法兰连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，然后在两个法兰盘之间加上法兰垫，最后用螺栓将两个法兰盘拉紧使其紧密结合起来的一种可拆卸的接头。法兰连接的主要优点是拆卸方便、强度高、密封性能好，主要缺点是拆卸和安装时间长。螺纹连接是指利用螺纹的相互缠绕，使两个或多个部件之间紧密连接的方法。螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。螺纹连接与其他的连接方法相比，连接力较弱，容易松动，因此，不适用于承受大力的连接。承插连接分为接刚性承插连接和柔性承插连两种。刚性承插连接是用管道的插口插入管道的承口内，对位后用插销把两个杆体连接成一个整体。

锚杆成孔使用长螺旋钻孔施工的优点在于施工速度较快，因此选择接长钻杆的方式不仅需要接头牢固可靠，还需要能够快速完成钻杆接头的安装和拆卸。通过对法兰连接、螺纹连接、承插连接等接头的现场施工过程中基于对接时间、杆体稳定、材料消耗等进行对比（表1），最终选择承插连接作为本项目钻机钻杆接长的连接方式。

表1 三种连接方式时间对比表

3.2 解决小型长螺旋钻进强风化泥质粉砂岩的施工技术难题

鄂州恒大童世界抗浮锚杆设计为要求入强风化泥质粉砂岩3.5m～8.5m。该工程地勘报告显示，强风化泥质粉砂岩（N）呈褐红色，节理裂隙发育，岩芯破碎呈块状，短柱状；泥质胶结呈半成岩状，易敲碎成砂土，干钻困难，标准贯入试验击数N大于50 击。该层场区分布层厚介于6.1m～19.5m之间。

由于强风化泥质粉砂岩强度较大、干钻困难，长螺旋钻进困难导致施工效率非常低，因此，拟采用长螺旋钻机、潜孔锤配合钻进成孔。先用长螺旋钻机钻进至在长螺旋钻机难以施工的强风化岩层时，更换设备改用潜孔锤施工，钻孔深度超过锚杆设计长度不小于0.5m。但是在实际施工的过程中仍遇到诸多难题：①潜孔锤钻进时孔位周边冒出气泡，原因为先行引孔的长螺旋钻机钻头尺寸磨损较大，引孔口径小于200mm，且该施工区域土体含水量较大，潜孔锤成孔过程中出现包钻现象，导致高压气体无法从孔壁周围顺利卸渣排除，孔内形成高压气体，通过残积土裂隙向周边扩散排出至地面所致；②长螺旋施工至岩面后，需移出设备腾出工作面，潜孔锤钻机进行入岩钻进施工成孔。由于潜孔锤钻机无法完成长锚杆下锚工作，需再进长螺旋或借助其他设备才能进行下锚，导致一根锚杆需要更换三次设备才能完成成孔及下锚工作，工作效率低；③上部土层、下部岩层成孔及下锚都存在较长的时间间隔，且该施工区域土体含水量较大，易导致垮孔，从而影响锚杆的施工质量。

采用长螺旋钻机、潜孔锤配合钻进成孔实际工作效率低、施工成本高、施工质量不可控。解决长螺旋钻进强风化岩成为该项目提高施工效率、减少施工成本、增加经济效益和社会效益的关键技术难题。经项目部管理人员与锚杆劳务分包人员的讨论，最终决定尝试将普通长螺旋的钻具更改为可以入岩的钻具。

项目部决定设计多种不同的改进钻具，分别编号为：1#、2#、3#钻具，如图1～图4 所示，三种钻具施工时间对比见表2。通过现场施工对比效果最终决定推广使用3#钻具。

图1 普通钻具

图2 1#钻具

图3 2#钻具

图4 3#钻具

4 结语

用抗浮锚杆施工工艺取代传统桩基施工工艺，节约了资源，降低了成本。锚杆作为一种抗浮措施，充分体现了绿化建筑的概念，是一种因地制宜，符合“节水、节能、节地、节材”的四节一环保及绿色施工要求的抗浮措施，相比其他方案，具有显著的成本和环保优势。

鄂州恒大童世界入口主城堡抗浮锚杆工程是难得一见的大体量抗浮锚杆施工项目，施工难度大，施工设备多，涉及交叉施工、暴雨坑内积水、赶工期等诸多不利影响。通过接长钻杆、更改钻具等技术措施，有效地减少了机械设备的投入，增加了长螺旋在岩体中成孔的施工效率，加快施工进度，缩短了施工周期，保证锚杆的施工质量。根据项目部与劳务队伍签订的劳务施工协议：长螺旋施工41元/m，潜孔锤入岩施工53元/m，本项目入岩约90000m，可节约直接成本90000×（53-41）=1080000元。