松散地層地下結構抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆進成孔施工技術

鮑萬偉，雷 斌，申小平

(深圳市工勘巖土集團有限公司,廣東 深圳 518063)

0 引言

地下結構抗浮設計中，抗浮錨桿因其施工簡單、快速、經濟等特點而被廣泛應用，當錨桿成孔遇填土、淤泥質土、粉土等松散易塌地層時，由于抗浮錨桿成孔通常采用潛孔錘鉆機鉆進，孔底巖層受沖擊成粉狀后與水經高風壓空氣混合成漿液向孔外噴出，對孔壁產生較大沖刷，容易造成孔壁坍塌，導致錨桿成孔困難。本文結合具體工程實例，對松散地層地下結構抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆進成孔施工工藝進行詳細闡述。

1 工程概況

1.1 工程位置及規模

華僑城大廈位于深圳市南山區華僑城片區雕塑公園內，場地南臨深南大道，東接漢唐大廈和華僑城集團總部大樓，北靠沃爾瑪商業廣場，總用地面積約14 119.07m2。塔樓為辦公樓，裙房為2層商業用房，地上65層，地下5層，基坑支護深度為22.86～27.16m，部分基礎設計采用抗浮錨桿基礎形式。

1.2 工程地質與水文地質條件

場地地下水穩定水位埋深在1.10～5.30m，標高7.400～12.310m。

1.3 抗浮錨桿設計要求及現場施工情況

項目抗浮錨桿單根抗拔承載力特征值為430kN，錨桿孔徑150mm，采用2根φ36鋼筋，注漿體采用M30水泥砂漿，錨桿進入中風化巖深度暫定≥8.0m。

針對錨桿孔壁易坍塌、錨桿成孔困難等問題，采用公司自主創新研發的松散地層地下結構抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆進成孔施工技術得到有效解決。設計采用內外直徑不同的鉆頭、鉆桿依次進行鉆進。外鉆頭將鉆進巖層，在鉆進過程中外鉆頭不破碎地層，主要為內鉆頭鉆進時起到成孔護壁作用。內鉆頭為全合金潛孔錘鉆頭，其在空壓機的作用下起鉆進破碎渣土及入巖的作用。該方法有效解決了成孔難題，形成了完備、可靠、成熟的抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆處理技術。

2 松散地層地下結構抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆進成孔施工工藝

2.1 工藝原理

抗浮錨桿雙鉆頭施工的關鍵技術主要分兩部分，即：①外鉆頭(套管)護壁、內鉆頭(內管)鉆進雙層鉆頭封閉鉆進成孔技術；②內外鉆頭嵌套式排渣頭連接和排渣技術。

2.1.1鉆進成孔工藝

1)外鉆頭(套管)、內鉆頭結構

本技術使用頂驅動力頭，使內、外直徑不同的鉆頭依次鉆進，外鉆頭為筒式鉆頭帶套管護壁鉆進，內鉆頭為全合金潛孔錘鉆頭破碎鉆進，內、外鉆頭承擔不同的鉆進功能和作用。

外鉆頭為敝開式筒式帶套管鉆頭，前端為合金環狀鉆頭，鉆頭與護筒相連，外鉆頭是外套管的一部分，主要承擔前端先導鉆進作用，外鉆頭將鉆進巖層，在鉆進過程中外鉆頭不破碎地層，主要為內鉆頭鉆進時起到成孔護壁作用。外鉆頭外徑150mm、內徑130mm，壁厚10mm，套管間用絲扣連接。內鉆頭外徑70mm、內徑50mm，壁厚10mm，內管鉆桿接φ115mm全合金潛孔錘鉆頭，其在空壓機的作用下起鉆進破碎渣土及入巖的作用。

外鉆頭(套管)、內管鉆頭依次與動力頭端裝設的排渣頭相連。內、外鉆頭及與排渣頭連接如圖1,2所示。

圖1 外鉆頭(套管)排渣頭連接示意

圖2 內鉆頭(套管)排渣頭連接示意

2)外鉆頭(套管)鉆進工藝

鉆進前，先將第1節外鉆頭(套管)通過與動力頭連接的排渣頭前端絲扣連接上。開動鉆機，外鉆頭(套管)先行開始環向鉆進；如遇地下水豐富，地下水由外套管底部上至排渣口，攜帶鉆渣由排渣頭排出。隨著鉆進孔深增加，松開排渣頭處第1節外套管，不斷加長外套管的長度，循環鉆進直至巖面。

外鉆頭(套管)鉆進及排渣情況如圖3所示。

圖3 外鉆頭(套管)鉆進排渣示意

3)內鉆頭鉆進工藝

松開外套管與排渣頭處的連接，將內鉆頭(內管)與排渣頭連接，并開動鉆機同時注入清水開始內鉆頭的鉆進。

內管鉆頭在外鉆頭護壁作用下進行環向破碎鉆進，高壓清水由內鉆頭鉆桿的內管進入至孔底，并攜帶鉆渣由內管與外套管間空腔上返，由外套管管口排出。隨著鉆進孔深加長，松開排渣頭處第1節內管，不斷增加內管長度，循環鉆進直至鉆至設計需入巖的深度。

錨桿雙鉆頭帶水鉆進返渣如圖4所示。

圖4 內鉆頭鉆進返渣示意

2.1.2內鉆頭、外鉆頭排渣原理

本工藝設計了專門的嵌套式排渣頭，采用排渣頭將內鉆頭、外鉆頭依次內外層連接。排渣頭長60cm，周身局部開有小口作為排渣出口；排渣頭內設絲扣，一端連接動力頭，一端依次連接外鉆頭(套管)、內鉆頭(內管)。

外鉆頭(套管)和內鉆頭鉆桿兩端均設有絲扣，一端與排渣頭連接，一端與相對應鉆桿連接。外鉆頭(套管)工作時，如有地下水，水由外套管底部上返至排渣口，攜帶鉆渣由排渣頭排出。內鉆頭(內管)破碎鉆進時，水由內管鉆桿進入，上返攜帶出的鉆渣由內管鉆桿與外套管間間隙返回，從外套管管口排出。排渣頭外鉆頭(套管)連接如圖5所示。

圖5 排渣頭外鉆頭(套管)連接示意

2.2 工藝流程

松散地層地下結構抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆進成孔施工工藝流程如圖6所示。

圖6 施工工藝流程

2.3 操作要點

1)施工工作面開挖及孔位定位 ①準備進行抗浮錨桿施工前，利用挖機對即將施工的場地進行開挖、整平，根據施工需要，施工工作面需高于底板標高面0.2～0.3m，測量員利用水準儀控制工作面標高；②修整工作面的同時需在無錨桿區域挖出一個集水池并沿錨桿水平方向挖出一段溝槽，利于錨桿施工時的水循環使用；③測量員定出錨桿施工孔位。

2)施工鉆機就位、安裝外套管鉆具 ①采用BHD-150型多功能全液壓錨桿鉆機；②鉆機到達指定位置后，將排渣頭連接于鉆機動力頭位置，將第1節外套管(帶外鉆頭)連接至排渣頭。③調整鉆機機架臂的豎向位置，使外套管和套管夾具對準孔位，調整方位和垂直度符合設計要求。

3)雙鉆頭依次鉆進成孔 ①開動鉆機，外鉆頭先行鉆進，外鉆頭(套管)鉆頭環向鉆進。如遇地下水豐富，地下水由外套管底部上至排渣口，攜帶鉆渣由排渣頭排出。②如鉆進成孔遇塊石，則根據塊石大小調整鉆進方式，對于較小的塊石直接用合金環狀鉆頭進行破碎處理；對于較大的塊石，則采用潛孔錘引孔。③隨著鉆進孔深增加，松開排渣頭處第1節外鉆頭(套管)，不斷加長外套管的長度，循環鉆進直至設計巖面，松開排渣頭處與外套管連接。④將內鉆頭鉆桿與排渣頭連接，開動鉆機同時注入清水進行內鉆頭(內管)破碎鉆進，高壓清水由內管進入排至孔底，攜帶鉆渣由內管與外套管間空腔返回，由外套管管口排出。⑤隨著鉆進孔深增加，松開排渣頭處第1節內管，不斷加長內管的長度，循環鉆進直至鉆至設計需入巖的深度。

4)清孔 ①當鉆進達到設計錨桿深度時，高壓水泵繼續泵水，將上下抽動內管(鉆桿)用水清渣，水清后停止泵水，并將內管(鉆桿)全部取出。

5)下放錨桿 ①清孔完成后立即將按設計要求制作好的錨桿下放入孔內，安放時防止桿體扭轉、彎曲，并下放至設計孔深，孔口預留0.6m長度；②鋼筋上若粘有泥塊或鐵銹要清理干凈后再放入孔內；③下放錨桿時通知監理工程師及業主旁站。

6)注漿 ①一次常壓注漿 錨桿下放完成后，開動注漿泵，通過一次注漿管向孔內注入拌制好的水泥漿。②水泥采用P·O42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.45～0.50，注漿壓力約0.8MPa，待返出漿液濃度與拌制漿液濃度相同時停止一次注漿，完成后拔出外套管；待外套管全部拔出后，通過一次注漿管對孔內進行補漿，直至孔口返漿；③二次高壓劈裂注漿 在一次注漿體初凝后、終凝前(常溫下約2.5～3h)，對孔內進行二次高壓劈裂注漿，以便能沖開一次常壓灌漿所形成的具有一定強度的錨固體，使漿液在高壓下被壓入孔內壁的土體中，二次注漿壓力2.0～3.0MPa。

2.4 施工工藝特點

1)高效成孔 采用外鉆頭(套管)全套管鉆進護壁，外套管進入巖面，可在內鉆頭鉆進過程中提供全套管護壁，確保松散地層的穩定，可以快速成孔，確保成孔質量。

2)工藝操作簡單、安全 采用排渣頭將外鉆頭、內鉆頭依次連接于一端，可快速進行內外鉆頭的施工轉換，連接、拆卸鉆桿便利，操作簡單、安全、可控。

3)移動方便 為提高該錨桿鉆機的移運效率，在鉆機上專門配備了1臺小型柴油機，以便在鉆機不方便接電時能完成自行移動。

4)節能環保 所使用BHD系列錨桿鉆機為電動力，使鉆機更節能環保。

5) 綜合成本低 施工過程中所需配套設備除鉆具外均能沿用傳統抗浮錨桿的施工設備，施工過程中的正常維修和保養也較簡便、快捷，加之成孔效率高，其綜合施工成本低。

2.5 經濟效益

本項目預計完成抗浮錨桿雙套管施工共計299根，總長度6 000m。如不采用抗浮錨桿雙鉆頭施工，則需增加抗拔基礎樁施工。

1)費用估算 ①抗浮錨桿雙鉆頭施工預估費用 原材(包括鋼筋、水泥等)共計87.21萬元，預應力錨索施工費用共計51.00萬元。②抗拔基礎樁施工預估費用 原材(包括鋼筋、混凝土等)共計123.56萬元，抗拔樁基礎施工費用：樁直徑1 200mm，共計42根，每根按25m算(其中2m入巖)，土方單價440元/m3，入巖增加費單價3 200元/m3，共計82.58萬元。

2)費用比較 采用抗浮錨桿雙鉆頭施工與采用抗拔基礎樁施工相比，該方案減少原材費36.35萬元，減少施工費31.58萬元，共節省67.93萬元，具有較好的經濟效益。

2.6 實施效果評價

通過多個抗浮錨桿施工項目的實踐應用證明，松散地層地下結構抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆進成孔施工技術無論在效率、管理還是成本等方面都具有較大的優越性，解決了抗浮錨桿施工對孔壁產生較大的沖刷而導致的錨桿成孔困難的問題，得到了設計單位、監理單位和業主的一致好評，取得了顯著的社會效益。

3 結語

松散地層地下結構抗浮錨桿雙鉆頭頂驅鉆進成孔施工技術通過在抗浮錨桿成孔時采用內、外直徑不同的鉆頭依次鉆進，內、外鉆頭分別承擔鉆進破碎地層、護壁功能，在實際工程應用中取得了顯著成效，具有操作簡便、質量保證、安全可控等優點，使其易于技術推廣，是一種施工工藝上的突破和創新。