解析在砂卵石地層錨桿鉆進成孔困難的問題

董 博, 王 輝

(1. 中鐵二局新運公司, 四川成都 610000; 2. 四川交通職業技術學院, 四川成都 610000)

錨桿施工是基坑支護方案中常見的一種施工工藝，在復雜地層條件下的深厚砂卵石地層中鉆進成孔一直是錨桿成孔技術的難點問題，尤其是斜孔鉆進，難度更大。本文就峨眉至米易段EMZQ-13標段黃水塘車站路塹邊坡錨桿鉆進施工成孔困難的情況進行分析，采取將原設計普通錨桿鉆進施工工藝變更為導管跟進錨桿鉆進成孔施工工藝的處理措施，解決因地下水豐富造成錨桿成孔困難的問題。

1 工程概況

峨眉至米易段EMZQ-13標段黃水塘南站原設計為挖方路基，中心挖方深3.0～14.2 m。左側路塹邊坡高度為3.0～16.1 m，右側路塹邊坡高度為2～13.2 m。該段路塹位于安寧河階地之上，上覆粉質黏土、粗圓礫土，下伏卵石土 。該段路塹原設計處理措施為：路塹坡腳設置4 m重力式路塹混凝土擋土墻，一級、二級邊坡設置錨桿框架梁內灌草護坡防護和部分設置人字形漿砌片石截水骨架。錨桿設計長度12 m，鉆孔直徑110 mm，與水平成20 °或25 °。孔內灌注M35水泥砂漿或凈漿，注漿壓力不小于0.4 MPa。

根據鉆探揭露，場地巖層由上覆由<10-3>粉質黏土(硬塑)、<10-7-2>粗圓礫土(稍密)，下伏由<10-8-2>卵石土(中密～密實)構成。與設計基本一致。層間砂卵石分布不均。地下水位高，地下水極為豐富(圖1)。

圖1 現場地質情況及地下水情況

2 錨桿施工工藝流程

測量定位 → 鉆機就位 → 錨桿鉆進成孔 → 錨桿制作 → 錨桿安裝 → 注漿或二次注漿

3 現場施工情況

本段路塹開挖揭示該段路塹邊坡地層情況與原設計基本一致，原施工圖設計采用普通錨桿實心吹砂鉆進成孔的施工工藝。由于本段路塹屬于深厚砂卵石地層并且地下水水位高，水量極為豐富，鉆進過程中形成的巖粉及粉細砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固體團塊,難以吹出,造成包鉆現象,無法繼續鉆進。并且在砂卵石土層中實施錨桿鉆孔時,鉆進過程中擾動較大,易出現垮孔、卡鉆現象。兩側邊坡開挖形成后，地下水沿坡面滲出，滲水量較大。因此現場采用普通錨桿實心吹砂鉆進成孔的施工工藝在鉆進過程中無法成孔或成孔困難，造成現場施工進度緩慢和工期延誤。

4 錨桿成孔困難的主要原因

4.1 塌孔原因分析

本地段地質情況主要是砂卵石地層，地下水極為豐富。在鉆進成孔過程中，土層和砂卵石層透水后孔壁都是極易坍塌，尤其是砂卵石層含水層，地下水處于飽和狀態，受鉆進過程中機械振動后更容易加速塌孔。

(1) 成孔時鉆機鉆速過快。錨桿施工的鉆進速度如果過快，鉆機空鉆的時間就相對較長，產生的泥漿在孔壁內高速度流動，對孔內壁產生沖刷，如時間過長，也可能引起坍孔。因此在鉆進過程中，鉆進速度不宜過快。

(2) 錨桿鉆孔通過的地層為粉質黏土、粗圓礫土，下伏卵石土，并且地下水位高、地下水豐富。當鉆孔中的水含量積累到一定程度時，鉆孔孔壁就可能被泡塌,容易坍孔。

(3) 成孔機械選擇不當。在砂卵石層選擇普通鉆機螺旋鉆進，履帶式液壓潛孔鉆機(JK610型)，成孔質量不好控制，容易坍孔。

(4) 施工工藝選擇不當。在深厚砂卵石地層采用普通錨桿鉆進成孔工藝，鉆進過程中擾動較大,易出現垮孔現象。

4.2 偏孔原因分析

工程設計標準較高，錨桿長度12 m，鉆孔直徑110 mm，與水平成20 °。孔內灌注M35水泥砂漿或凈漿，注漿壓力不小于0.4 MPa。造孔難度較一般工程大。在施工過程中容易偏孔，主要原因分析：

(1) 在砂卵石地層中鉆進時，由于砂卵石分布不均，大小不一，不能很好地約束鉆頭，鉆頭的擺動容易偏向其中一側。如果鉆進成孔過程中鉆孔偏斜時，可反復多次提起鉆頭，上上下下掃鉆多次削去硬土或砂卵石。如果糾正沒有效果，可在鉆孔中局部回填黏土，再重新進行錨桿鉆進。

(2) 由于鉆孔安裝在腳手架平臺上，安裝就位穩定性較差，容易使其在傾斜狀態下工作，會造成偏孔。預防措施就是必須將場地土夯實并保持平整，腳手架鉆機平臺必須搭設牢固；在不均勻地層中鉆孔時，盡量采用重量大的鉆頭進行鉆進成孔。

4.3 成孔困難原因分析

在復雜的砂卵石地層進行錨桿鉆進施工卡鉆現象較多，成孔較困難。主要原因分析：

(1) 地下水水量較豐富，鉆進過程中形成的巖粉及粉細砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固體團塊,難以吹出,造成包鉆現象,無法繼續鉆進，形成卡鉆。鉆進過程中，增加套管跟進的措施，并經常測定孔內的“涌砂”高度，以此高度來決定套管的拔起高度(拔起速度不應太快)，使鉆頭深度大于套管底端深度，就可以很好地避免“卡鉆”事故。

(2) 在這種特殊復雜砂卵石地層中，由于砂石大小不均，在鉆進過程中因擾動大，造成坍孔后出現卡鉆現象。遇大粒徑漂石時，將普通鉆頭變換成螺旋鉆頭。對卵石層結合緊密的地層，可采用筒式取芯鉆頭將卵石層松動后，再采用螺旋鉆頭進行鉆進。

5 錨桿成孔施工工藝選擇與優缺點分析

5.1 兩種工藝選擇

5.1.1 普通錨桿實心吹砂鉆進成孔

設備配置為履帶式液壓潛孔鉆機(JK610型)1臺、螺桿空壓機(KSZJ-18/17，18 m3/min，功率191 kW)1臺，灌漿機(工作壓力0～10 MPa)1臺?，F場實際平均進度情況每臺班成孔3～5根(36～60 m)。工藝原理:普通錨桿鉆機實心吹砂鉆進直接成孔。

5.1.2 導管跟進錨桿鉆進成孔

設備配置為電動潛孔鉆機(SKD100型)1臺，螺桿空壓機(KSZJ-18/17，18 m3/min，功率 191 kW)1臺，50 kW發電機1臺，拔管機(功率5.5 kW)1臺，灌漿機(工作壓力0～10 MPa)1臺，φ108 mm導管若干?，F場實際平均進度每臺班8～10根(96～120 m)。工藝原理導管跟進成孔施工方法是錨桿鉆機成孔采用外套管先打進,然后用接有高壓水泵的內鉆桿將套管內土體通過機器鉆進壓力和水壓力將土體稀釋成泥漿并且排出孔外的方法成孔。

5.2 兩種工藝的優缺點

5.2.1 普通錨桿實心吹砂鉆進成孔的缺點

在本地段復雜的砂卵石地層中采用普通鉆機螺旋鉆進直接成孔方法, 因地下水水量較豐富，鉆進過程中形成的巖粉及粉細砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固體團塊,難以吹出,造成包鉆現象,無法繼續鉆進,在砂卵石土層中實施錨桿鉆孔時,鉆進過程中擾動較大,易出現垮孔、卡鉆現象，成孔比較困難。

5.2.2 導管跟進成孔的優點

采用套管跟進成孔方法與普通鉆機螺旋鉆進直接成孔方法相比,能較好地解決在砂卵石地層地質條件下錨桿施工的技術難題,成孔速度快,一般成孔時間為45 min(鉆孔12 m深),大大降低了施工難度;不會造成塌孔,錨桿施工一次驗收合格率能達到100 %,保證錨桿施工質量;不會因錨桿施工質量不合格造成返工,確保工程工期按計劃進行。套管跟進成孔錨桿施工技術可使路塹施工全過程處于安全、穩定、優質的可控狀態,具有良好的社會效益和經濟效益。

6 結束語

針對本段路塹邊坡錨桿成孔困難形成的原因和工藝選擇方面進行分析后，經設計、業主、監理共同研究確認后，決定對原設計錨桿成孔采用的實心吹砂鉆進工藝進行了變更，采用導管跟進的施工工藝，解決了現場錨桿成孔困難的問題。

對變更施工工藝后施工的2 778根錨桿進行了跟蹤檢查，未發現達不到要求的錨桿，合格率100 %。結果表明，采取變更施工工藝的措施后，增加了錨桿一次成孔的成功率，為深厚砂卵石地層錨桿鉆進施工提供了很好的借鑒經驗。