跟管钻进在圆砾层深基坑支护中的应用范文

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1工程概况与地质情况

某工程位于长沙市东塘核心商业区，地处闹市中心，人流、车流均非常大。西紧临城市主干道韶山路，北临友谊商城，东临32层高层居民区，南临交通银行，场地非常狭小。工程地下三层，地上二十八层。基坑最深处达18m，平面布置如图1。场地分布岩层（自上而下）：杂填土，厚0-3.6m；粉质粘土，层厚2.1-10.5m；圆砾，主要成分为石英及硅质岩，粒径一般1-3cm，最大12cm以上，分选性差，湿，密实，该层在场地分布连续，层厚3.2-8m，残积粉质粘土，层厚1.3-4.8m；强风化粉砂质泥岩层厚1、2-5.2m；中风化粉砂质泥岩，层厚3.8-12.8m等。地下水类型及岩层富水性：地下水类型主要为赋存于圆砾中的松散岩类孔隙水，地下水主要受大气降水及邻区地下水补给，该含水层地下水水位变幅2-4m。

2基坑支护结构设计方案

工程根据地质勘察报告及项目所处位置施工场地狭小；基坑四周临建筑和城市主道；地下光纤、电力、管网布置复杂、重要；地处繁华地段，人流、车流均非常大。支护方案需安全且便于施工，并减少扰民。针对上述制约条件，确保安全基坑设计采用了旋挖桩+旋喷桩止水+锚杆+面层挂网素喷混凝土，形成了一个共同作用复合型支护方式，工程施工完毕保证了基坑的稳定性。本文结合工程施工的难点对圆砾层厚、粒径大且地下丰富，水位高，采用其它方式锚杆成孔后因塌孔严重，使支护锚索（杆）达不到设计要求的抗拔值，圆砾层摩阻力大，极限标准值达110kPa，钻杆极易断等，最终本程采用此跟管钻进工法能有效解决上述困难。

3锚杆施工

3.1施工条件

结合本工程实际情况，锚杆施工前需对旋挖支护桩和旋喷止水桩及每排锚杆的区域的土方已挖至可更跟管钻进作业平台面。同时做好锚杆的图纸审核，确保设计合理，尺寸无误；现场布置合理，便道畅通，确保机械与人员作业安全。施工材料已进场，材料性能指标均已达到设计要求和符合国家标准或行业规范，并按要求进行复检；

3.2施工准备

3.2.1施工作业开始之前，依据设计图纸对边坡进行锚杆孔位试放线与复测，以确定预应力锚索（杆）的位置符合设计；土方开挖的满足跟管钻机施工要求。并进行由监理和设计代表现场确定预应力锚索（杆）的基本试验孔位，完成试验报告提交有关监理工程师和设计代表，待试验报告批准并经设计锚杆设计参数确认或调整后，方可进行预应力锚索（杆）工程施工作业。

3.2.2试验孔自由段不注浆，锚固段与自由段之间设置止浆袋，锚固段外侧应设排气管，排气管伸入锚固段内5~10cm，其注浆方法和充满标准与工程孔相同。

3.3钻孔方法

3.3.1跟管钻进

3.3.1.1跟管钻具在施工前应逐一检查冲击器、稳杆器、偏心钻头、中心钻头、套管、管靴，冲击器应工作正常，并加注机油润滑，偏心钻头应能灵活张开和收拢，张开时偏心锤头应大于套管靴外径，连接销及锁紧机构应牢固，钻杆与冲击器和冲击器与偏心钻具的连接应可靠。

3.3.1.2先用同径常规钻头先造孔1m左右，给跟管钻进提供定位和导向作用。

3.3.1.3开钻前，将钻具组装好放入带有套管靴的套管内，让偏心锤头伸出套管靴，正转张开偏心锤头进行钻进。特别注意偏心跟管钻进时，在确认钻头到达孔底后，先回转，待正常后，再开风冲动钻进。

3.3.1.4钻进过程中，随着钻孔的延伸，边加钻杆边加接套管。

3.3.1.5每钻进0.3~0.5m应强风吹孔排粉一次，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具和上提动距离应严加控制（以能实现强风吹孔为限），禁止在钻进过程中向上起拔中心钻具或来回倒杆。

3.3.1.6钻进结束或需更换中心钻具时，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转，缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反时针方向回转，同时缓慢试提中心钻具，当中心钻具可顺利提升时，表明偏心钻头已顺利收拢，这时可按照常规方法提升中心钻具，直至全部提出中心钻具。

3.3.1.7有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡住而影响偏心钻头的收拢。当试提几次仍不能奏效时，应开动空压机重新对钻孔进行清洗，并使用潜孔锤作短时间工作，然后再进行试提，如此做法直至提出中心钻具。

3.3.1.8跟管钻进至需要深度后，即可将跟管钻具提升出孔外。

3.4造孔

3.4.1锚杆测放根据设计图将锚孔位置准确测放在坡面上。

3.4.2钻机就位开挖土层钻进施工平台满足承载要求，准确安装固定钻机。锚孔开钻就位纵横误差≤±50mm，高程误差≤±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角误差≤±1.0°，方位误差≤±2.0°。

3.4.3钻进方式锚孔钻进应采用跟管钻进，以防钻孔施工恶化坡体地质条件，确保孔壁的粘结性能；根据钻机使用性能和锚固地层条件严格控制钻孔速度，以防钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

3.4.4钻进过程钻进过程中应对每个孔的地层变化，钻进状态(钻压、钻速)、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。

3.4.5孔径孔深钻孔孔径、孔深应满足设计要求。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.2m。锚杆孔径、孔深等设计参数见下表：

3.4.6锚孔清理钻进达到设计深度之后，必须稳钻1~2分钟，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净。钻孔完成后，原则要求使用高压空气（风压0.2~0.4Mpa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不宜采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。

3.4.7锚孔检验锚孔成造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞贱尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。（锚孔底部的偏斜应满足设计要求，可用钻孔测斜仪控制和检测。）

3.5锚杆制作与安装

3.5.1锚筋体材料锚索为低松弛纲绞线，其强度标准值为1860N/mm²。

3.5.2锚筋体组装：锚筋体的组装应遵守下列规定。①锚筋体组装必须搭设组装平台，平台高度不小于30cm。②锚杆组装时，钢筋应平直，除油、除锈处理合格。③锚索编束时，每根钢绞线需顺直、不扭不叉、排列均匀，严格依据设计尺寸下料。钢绞线要求采用机械切割，严禁采用电弧切割，并经除油和除锈处理合格。钢绞线按设计要求平直编排，沿锚索体轴线方向自由段每1.5m设置一个隔离支架，锚固段每1.0m设置一个隔离支架，并在锚固段两隔离支架之间中部设一道紧箍环，采用16号铁丝绕制，不得少于两圈，保证锚索体保护层厚度不小于20mm。锚索编束（包括注浆管）应捆扎牢固。锚索体自由段应按设计要求采用塑料套管，与锚固段相交处的塑料管管口应密封并绑架。④锚索体完成隔离支架与紧箍环的组装后，应在其底端接装导向帽，以便下锚顺利。导向帽尺寸应严格按设计要求制作，尺寸制作误差≤±5mm，接装定位误差≤±20mm。导向帽宜采用铁丝绑接牢固，不宜采用焊接。

3.5.3隔离支架：隔离支架采用塑料成品支架。

3.5.4塑料套管：塑料套管的材质、规格和型号应满足设计要求。套管尽量避免剪断和接头，如有接头应绑接牢固并作密封处理，确保不产生拉脱和破损现象。

3.5.5注浆管：注浆管需满足设计要求，具有足够强度，保证在注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。一次注浆管捆扎在锚筋体中轴部位，注浆管头部距锚筋体末端宜为50~100mm。若采用二次注浆，须另置注浆管。二次补充注浆管捆扎在防腐塑料套管外侧。

3.5.6锚筋体长度：严格依据设计要求制作，锚固段长度制作允许误差为±50mm，自由段长度除满足设计要求外，应充分考虑张拉设备和施工工艺要求，一般预留超长1.0~1.5m。

3.5.7锚筋体安装：锚筋体入放锚孔前，应检查锚筋体制作质量，确保锚筋体组装满足设计要求，并经现场监理工程师认可。

3.6注浆施工

锚孔钻造完成后，应及时安装锚固体并进行锚孔注浆，不得超过24小时。

3.6.1注浆设备：注浆设备应根据设计要求采用的注浆材料、注浆方式和注浆压力，并结合实际锚固地层情况，综合确定选用相应注浆设备。

3.6.2注浆材料：注浆材料依据设计图纸要求确定。锚杆注浆采用M25水泥砂浆。外加剂的品种和掺量应由试验确定，浆体配制由试验确定，灰砂比宜为0.8~1.5，水灰比宜为0.38~0.5。

3.6.3原材料要求：水泥使用普通硅酸盐水泥，细骨料应选用粒径小于2mm的中细砂；

3.6.4注浆准备：注浆准备工作除严格认真备制原材料配比和必要设备外，在注浆作业开始和中途停止较长时间再作业时，宜用水或水泥浆润滑注浆泵及注浆管路。

3.6.5注浆浆液：注浆浆液应严格按照配合比搅拌均匀，随搅随用，浆液应在初凝前应完，并严防石块、杂物混入浆液。注浆浆体强度不应低于20MPa。

3.6.6注浆结束：锚孔灌浆作业一般宜为孔底返浆方式注浆，直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气时，方可停止注浆。注浆结束后，应将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净。

3.6.7注浆记录与试验：注浆作业过程应做好注浆记录。同时，每批次注浆都应进行浆体强度试验，且不得小于两组，保证满足设计浆体强度要求。

3.6.8一次常压注浆：一次常压注浆分为锚固段注浆和全段一次性注浆两种注浆方式，本工程采用全段一次性注浆。

3.7张拉锁定与封锚

3.7.1张拉锁定设备：锚筋的张拉必须采用专用设备，并在张拉作业前对张拉机具设备进行标定，锚筋锁定工作应采用符合技术要求的机具。对锚杆的张拉锁定，根据设计要求，亦可使用简易张拉方式和相应锁定器具。

3.7.2锚筋张拉：锚筋张拉应遵守下列规定。①锚斜托台座的承压面应平整，并与锚筋的轴线方向垂直。②锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚筋体轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢质垫片调整满足。③锚固体与台座砼强度均达到设计强度的75%以上时，方可进行张拉。（如为抽验锚孔，应在达到设计强度的条件下，待验收试验结束后进行）④锚筋张拉应按一定程序进行，锚筋张拉顺序，还应考虑邻近锚孔的相互影响。⑤锚筋正式张拉之前，应取0.1~0.2倍设计张拉力值对锚筋进行1~2次预张拉，确保锚固体各部分接触密贴，锚筋体顺布平直。⑥永久锚筋张拉控制应力不应超过其极限应力值的0.6倍，临时锚筋张拉控制应力不应超过其极限应力值的0.65倍。

3.7.3锚筋张拉程序：①锚筋张拉宜采用超张拉，超张拉力值为设计拉力值的1.1~1.2倍。锚筋张拉力值宜分两次张拉作业施加，第一次张拉作业力值为设计张拉力值的一半，第二次张拉作业直至超张拉力值。每次张拉宜分为5~6级进行，除第一次张拉需要稳定30分钟外，其余每级持荷稳定时间为5分钟，并分别记录每级荷载对应锚筋体的伸长量，并做好记录。张拉时锚筋体受力要均匀，发现异常情况应分析原因，并及时处理解决。若为压力分散型预应力锚索或荷载分散型预应力锚索，应按照设计张拉要求对各单元锚索分别进行张拉，当各单元锚索在同等荷载条件下因自由段长度不等而引起的弹性伸长差得以补偿后，再同时张拉各单元锚索。②对同一结构单元上的锚筋张拉原则要求同步进行，确保结构受力均匀，避免局部变化和相互影响。如果因施工设备和结构条件限制，亦应结合上述两次张拉作业，根据结构单元受力特点与规律，按照合理的方式进行循环张拉。

3.7.4锚筋锁定：锚筋张拉至设定最大张拉荷载值后，应持荷稳定10~15分钟，然后卸荷进行锁定作业。锁定使用锚具和夹片应符合技术标准与质量要求。若发现有明显预应力损失，应及时进行补偿张拉。

3.7.5锚孔封锚：安装槽钢、进行封锚如图2所示。

4施工质量

4.1开工前应对锚索（杆）进行性能试验（破坏性抗拔试验），以确定锚索（杆）的极限承载力，检验锚索（杆）在超过设计拉力并接近极限拉力条件下的工作性能和安全程度，以便在正式使用前调整锚索（杆）结构参数或改进锚索（杆）的制作工艺，保证施工质量；

4.2进场的钢绞线（钢筋）必须验明其产地、生产日期、出产日期、型号规格、并核实生产厂家的资质证书及其各项力学性能指标，同时必须进行抽样检验，确保其各项参数达到锚固施工要求；

4.3锚索体钢绞线表面应没有损伤、没有锈蚀；

4.4按设计要求选择水泥浆体材料，并对进场水泥复查力学性能；

4.5锚孔检验标准（如表1）：锚孔检验标准。

4.6锚索张拉前应对张拉设备进行鉴定，张拉过程中应仔细观察锚索应力的变化，如发现明显的松弛，应分析原因并采取相应措施；

4.7压浆过程中应详细的记录水泥浆用量，一般实际用量应高于计算用量的20%，孔口应流出灰浆。如用浆量太大，应做好记录，根据实际情况，判别是否由岩层裂隙或空洞造成；

5安全措施

5.1供钻孔、放索、张拉操作的脚手架平台，必须牢固可靠，按要求铺设脚手板，悬挂安全网，并经检查验收后方可使用。

5.2跟管钻进过程中，必须严格遵守钻孔操作手册，避免机械伤害。

5.3锚索吊装、下索的作业区，严禁其它工种立体交叉作业。

5.4下锚及张拉施工必须符合有关安全操作规程。

5.5张拉操作人员未经考核不得上岗，张拉时必须按规定的操作程序进行，严禁违章操作。

5.6各类锚具在张拉和锚固过程中，不得敲击或猛烈震动，严防锚具失效而飞出伤人。

5.7张拉时，在千斤顶出力方向的作业区内，严禁人员进入。

5.8为保证安全，锚索运输、下锚及张拉工作一般安排在白天施工。

6结语

通过跟管钻进工艺能有效的将深厚圆砾层的粒径大，摩阻力大钻成困难，地下水水位高且丰富，砾层无粘结力锚杆成孔后因塌孔严重，使支护锚索（杆）达不到设计要求的抗拔值的诸多不利问题均可解决。

作者：刘高强 单位：湖南省沙坪建筑有限公司