復雜巖溶地質錨索(桿)施工方法改進分析★

王澤琨 賴咸根 周伏良 趙俊逸 唐 勇 劉運思

(1.中國建筑第五工程局土木工程有限公司，湖南 長沙 410075；2.湖南科技大學土木工程學院，湖南 湘潭 411201； 3.湖南科技大學巖土工程穩定控制與健康監測省重點實驗室，湖南 湘潭 411201)

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·施工技術·

復雜巖溶地質錨索(桿)施工方法改進分析★

王澤琨1賴咸根1周伏良1趙俊逸1唐 勇1劉運思2,3*

(1.中國建筑第五工程局土木工程有限公司，湖南 長沙 410075；2.湖南科技大學土木工程學院，湖南 湘潭 411201； 3.湖南科技大學巖土工程穩定控制與健康監測省重點實驗室，湖南 湘潭 411201)

以長沙市岳麓區冰雪世界項目為例，闡述了復雜巖溶地質條件下錨索(桿)的施工工藝流程，并探討了鉆桿注漿加止漿塞的技術要點，有利于提高錨索(桿)的成孔率，確保工程的施工質量。

巖溶地質，錨索，鉆桿注漿，溶洞

1 工程概況

冰雪世界項目位于長沙市岳麓區坪塘鎮山塘村—獅峰山地段，坪塘大道東側、清風南路南側，原湖南省新生水泥廠采石廠桐溪湖礦坑[1]。擬建的冰雪世界位于采石形成的礦坑上，礦坑為經人工采石而成似橢圓形的巖質礦坑，其長直徑約230 m、短直徑約180 m?？颖谶吰缕露纫话阍?0°以上，一般高度70 m以上，最高有近100 m，整個坑壁邊坡長度約600 m，邊坡大部分基巖裸露，坑壁頂部有土層覆蓋。

冰雪世界主體結構主要通過位于坑底的柱子支撐，部分荷載落在坑壁巖質邊坡平臺上，為保證邊坡開挖以及上部結構施工期間邊坡的安全，確保冰雪世界主體建筑在設計使用年限內邊坡的穩定，需對邊坡進行加固設計。

2 礦坑巖質邊坡

2.1 工程地質條件

冰雪世界項目工程場地原始地貌單元為湘江河流沖積堆積階地，巖石為古生代泥盆系中統棋梓橋組淺灰色～深灰色薄層～厚層灰巖，厚度大于210 m。礦坑西、北多為一級邊坡，東南運輸通道形成2級～3級邊坡，呈棱狀至坑底。

邊坡巖體表面見裂隙性溶蝕風化現象，沿斷層、裂隙及層面等結構面溶蝕風化現象較普遍，風化裂隙發育，結構面膠結物蝕變明顯或溶蝕充泥現象普遍，溶蝕風化張開寬度一般3 mm～10 mm不等；結構面間的巖石組織結構無變化，保持原始完整結構，巖石表面或裂隙面風化蝕變或褪色明顯；巖體完整性受結構面溶蝕風化影響明顯，巖體強度下降，邊坡主要見溶蝕裂隙、溶蝕溝槽和溶洞。結合礦坑周邊鉆孔已揭露的主要溶洞在空間的分布情況，分為溶穴、槽狀溶洞、溶蝕破碎帶和溶蝕裂隙發育帶。

2.2 巖質邊坡錨索(桿)施工情況

該巖質邊坡采用預應力錨索、全長粘結錨桿加格構的加固形式，預應力錨索采用12股φ15.2的1860級無粘結環氧涂層預應力鋼絞線，軸向拉力為1 000 kN，孔深25 m～45 m，孔徑165 mm，嚴格要求錨固段深入微風化完整巖，錨索縱橫向間距均為3 m；全長粘結錨桿桿體為φ32 HRB400鋼筋，孔深9 m，孔徑130 mm。

3 礦坑巖質邊坡錨索(桿)施工工藝

不同地質條件下，錨索成孔所采用的施工工藝、鉆孔設備、注漿設備不同，針對巖溶發育的高陡邊坡，采用的鉆孔設備主要為YG-80輕型錨固鉆機以及英格索蘭電動空壓機。

在錨索鉆孔過程中，成孔后塌孔，串、漏風甚至不返風，卡鉆、掉鉆，以及打斷鉆桿和套管等問題經常出現。其原因主要是礦坑所處地質環境復雜，巖石破碎、巖溶裂隙發育，各溶洞串通。在解決上述問題時，主要思路是提高巖體的完整性及避開不良地質現象，具體辦法就是進行偏心跟管鉆進和固壁灌漿[2]。

3.1 偏心跟管鉆進施工工藝

采用YG-90型錨索鉆機，沖擊器前套管靴及同芯鉆頭帶鋼管鉆進，鉆至錨固段深度并確定是完整巖層后更換普通鉆桿繼續鉆進，如仍出現不良地質鉆進情況，或孔內泥漿填充物涌出量未明顯減少，則繼續采用帶套管的鉆桿鉆進。但由于礦坑巖質邊坡所處的工程地質和水文地質條件復雜，巖溶、裂隙極其發育，在跟管鉆進過程中施工平臺擺動幅度大，致使成孔孔壁不規整，跟管下放摩擦力大，造成卡鉆現象，并且由于鉆頭在穿過溶洞時因重量問題有下傾現象，鉆桿與跟管卡死等原因，跟管鉆進成孔率極低。

3.2 不跟管鉆進(普通鉆進)后固壁灌漿工藝

其基本施工流程為：不跟管鉆進→遇不良地質(溶洞、裂隙等)→注漿→漿液強度達到鉆進條件→不跟管鉆進→成孔。

由于偏心跟管鉆進不適合礦坑現場實際施工環境，只能對其采用不跟管鉆進，但由于礦坑巖質邊坡內部溶洞眾多，裂隙發育串通，導致成孔率低，針對此問題多采取固壁注漿的方法進行處理，但不同類型的注漿工藝所表現出來的固壁效果差異較大，這就對注漿工藝提出了新的要求[3-5]。

3.2.1 采用直接洗孔、注漿工藝

基本施工工藝流程為：鉆機鉆進→遇不良地質退桿→注漿管注水洗孔→孔口返出泥漿較為稀釋→利用洗孔管進行注漿固結→孔口返漿后終止注漿。由于工程所處的地質條件復雜，巖溶裂隙發育，溶洞上下串通且內部含有大量填充物，導致注漿效果不佳，成孔率極低，而且在洗孔過程中，還造成上部土質邊坡局部沉陷。故此注漿工藝不適合運用在復雜巖溶地質的錨索施工。

3.2.2 采用鍍錫鋼管插入溶洞處注雙液漿工藝、干鉆法施工

主要施工工藝流程為：鉆機鉆進→遇不良地質退桿→放鍍錫鋼管至溶洞處注漿→摻入一定比例的水玻璃→通過三通閥門注入孔底溶洞處→孔口返漿后終止注漿。

考慮普通漿液凝固時間長，如提前復鉆易造成孔內漿體強度不足導致塌孔，結合此種情況，遇溶洞退桿后下放鍍錫鋼管至溶洞處注雙液漿，由孔底返漿后終止注漿。通過試驗確定水泥漿與雙液漿的比例為1∶0.8，漿體在6 h～8 h后能達到90%強度，即6 h～8 h可以對錨索孔進行復鉆，加快了處理的速度，但此種工藝有它不足之處，其適合處理孔洞內有小溶洞的情況，若孔洞內存在較大直徑的溶洞且上下串通的情況，在復鉆過程中，極易塌孔。

3.2.3 采用鍍錫鋼管插入溶洞處注水泥漿+早強劑工藝技術

主要工藝流程為：鉆機鉆進→遇不良地質退桿→放鍍錫鋼管至溶洞處注漿→摻入一定比例的水玻璃→孔口返漿后終止注漿。

考慮普通漿液凝固時間長，如提前復鉆易造成孔內漿體強度不足導致塌孔，在采用添加水玻璃注雙液漿的同時，水泥漿體中摻入一定比例的早強劑同步進行試驗，以達到漿體凝固時間短，早期強度高的要求，早強劑比例為水泥用量的2.5%～3.5%，漿體24 h能達到90%強度，從而加快處理進度，這種處理工藝與前一種工藝相同，有它不足之處。

3.2.4 采用改進的鉆頭，通過鉆桿注漿，加壓的施工工藝

1)第一種施工工藝流程：鉆至溶洞處無法繼續鉆進時，退桿更換三葉合金鉆頭后重新裝入鉆桿伸至溶洞位置，利用鉆桿孔底注漿，孔口返漿后終止注漿。

結合現場實際情況，考慮常規固結注漿無法有效的填充溶洞，采用鉆桿注漿，鉆至溶洞后退桿，將沖擊器鉆頭更換為三葉合金鉆頭后伸入溶洞處注漿，確保漿體直接填充入溶洞，后由于鉆桿難以加壓，漿體壓力不足，實際復鉆效果不佳。

2)第二種施工工藝流程：鉆至溶洞處無法繼續鉆進時，退桿更換三葉合金鉆頭后重新裝入鉆桿穿過溶洞位置，利用鉆桿加壓孔底注漿，孔口返漿后終止注漿。再在孔口放入止漿塞加壓二次注漿，待注漿壓力達到5 MPa后終止注漿，穩壓0.5 h。待24 h～36 h后復鉆。

針對前一種施工工藝做了一定改進，即先鉆至溶洞后退桿，將沖擊器鉆頭更換為三葉合金鉆頭后，穿過溶洞后加壓注漿，確保孔內漿體完全填充后退桿，退桿時利用三葉鉆頭進行二次攪拌，退桿后再在孔口加設止漿塞套注漿管加壓注漿，待注漿壓力達到1.5 MPa后終止穩壓注漿，該注漿工藝，對孔洞內溶洞處理起到了一定的效果。

4 鉆桿注漿加止漿塞施工工藝

工藝流程：鉆機鉆進→鉆至溶洞退桿→更換三葉鉆頭→重新安裝鉆桿下至溶洞處→鉆桿注漿→退桿后安裝孔口止漿塞→連接注漿管加壓注漿。

1)鉆機鉆進至溶洞退桿。利用現有鉆機對錨索孔位進行鉆進，遇溶洞、裂隙等不良地質無法繼續鉆進時，退出鉆桿、鉆頭。

2)更換鉆頭安裝鉆桿重新下放至溶洞處。退桿后將原沖擊器、合金鉆頭更換為三葉鉆頭(見圖1)，重新安裝鉆桿，通過鉆機將三葉鉆頭伸入溶洞位置。

3)安裝接頭及注漿管進行鉆桿注漿。鉆桿端部安裝自制接頭，保證鉆桿與注漿管有效連接，注漿管與接頭另一端鍍錫鋼管相連，通過鉆桿直接將漿體注入溶洞位置，待孔口返漿后停止注漿。

4)退桿孔口設置止漿塞加壓注漿。待孔口返漿后，停止鉆桿注漿。退出鉆桿及鉆頭后在孔口位置安設止漿塞(灌漿膠塞)(見圖2)，止漿塞周邊采用水泥編織袋填充密實，架體加設2根立桿對止漿塞進行主動固定，防止注漿加壓過程止漿塞沖出孔外。止漿塞外露管與注漿管連接固定，采用BW-250型大功率泥漿泵將水泥漿輸送至孔內，輸送壓力控制在4 MPa，待壓力表上升至5 MPa后穩壓10 min后(或漿體從12 m平臺涌出)終止注漿，漿體初凝前拔出止漿塞，待48 h以上方可復鉆。

5 結語

整套工藝針對現場復雜地質情況較為有效，關鍵在于通過有效的注漿對所遇的不良地質進行妥善處理，防止二次鉆進過程時原處理部分坍塌，從而影響錨索成孔進度。但此工藝只能對已鉆進所遇的單個溶洞進行有效處理，并對溶洞處孔壁起到一定的護壁作用，防止已處理區域反復坍塌，由于現狀地質情況溶洞極其發育，且呈串珠形，仍需多次反復處理方可成孔。在工程施工中,條件是很有限的,利用有限的條件去處理工程實際中出現的問題是符合現實的[6]。

[1] 陳 駿,羅光財,譚 博.復雜巖溶坑壁超長錨索成孔技術研究[J].施工技術,2015,44(S2):573-575.

[2] 張德圣.松散堆積體邊坡錨索鉆孔施工關鍵技術[J].施工技術,2013,42(19):92-94.

[3] 高小魚,許水潮.松散堆積體預應力錨索鉆孔施工措施[J].土工基礎,2009,23(1):1618.

[4] 李海民,鐘瑞輝,劉 成.小彎電站引水溝堆積體錨索施工技術與改進設計的探討[J].預應力技術,2005,49(2):33-34.

[5] 李立剛.小灣水電站松散堆積體鉆孔施工工藝[J].水利水電科技進展,2007,27(1):68-70.

[6] 王 偉,汪友平.錨索施工中的事故處理與注漿改進[J].探礦工程,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★:湖南省自然科學基金(項目編號：2015JJ6038)；湖南省教育廳一般項目(項目編號：15C0555)

王澤琨(1991- )，男，在讀碩士

劉運思(1985- )，男，博士，講師

TU745

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