解析在砂卵石地层锚杆钻进成孔困难的问题

董 博, 王 辉

(1. 中铁二局新运公司, 四川成都 610000; 2. 四川交通职业技术学院, 四川成都 610000)

锚杆施工是基坑支护方案中常见的一种施工工艺，在复杂地层条件下的深厚砂卵石地层中钻进成孔一直是锚杆成孔技术的难点问题，尤其是斜孔钻进，难度更大。本文就峨眉至米易段EMZQ-13标段黄水塘车站路堑边坡锚杆钻进施工成孔困难的情况进行分析，采取将原设计普通锚杆钻进施工工艺变更为导管跟进锚杆钻进成孔施工工艺的处理措施，解决因地下水丰富造成锚杆成孔困难的问题。

1 工程概况

峨眉至米易段EMZQ-13标段黄水塘南站原设计为挖方路基，中心挖方深3.0～14.2 m。左侧路堑边坡高度为3.0～16.1 m，右侧路堑边坡高度为2～13.2 m。该段路堑位于安宁河阶地之上，上覆粉质黏土、粗圆砾土，下伏卵石土 。该段路堑原设计处理措施为：路堑坡脚设置4 m重力式路堑混凝土挡土墙，一级、二级边坡设置锚杆框架梁内灌草护坡防护和部分设置人字形浆砌片石截水骨架。锚杆设计长度12 m，钻孔直径110 mm，与水平成20 °或25 °。孔内灌注M35水泥砂浆或净浆，注浆压力不小于0.4 MPa。

根据钻探揭露，场地岩层由上覆由<10-3>粉质黏土(硬塑)、<10-7-2>粗圆砾土(稍密)，下伏由<10-8-2>卵石土(中密～密实)构成。与设计基本一致。层间砂卵石分布不均。地下水位高，地下水极为丰富(图1)。

图1 现场地质情况及地下水情况

2 锚杆施工工艺流程

测量定位 → 钻机就位 → 锚杆钻进成孔 → 锚杆制作 → 锚杆安装 → 注浆或二次注浆

3 现场施工情况

本段路堑开挖揭示该段路堑边坡地层情况与原设计基本一致，原施工图设计采用普通锚杆实心吹砂钻进成孔的施工工艺。由于本段路堑属于深厚砂卵石地层并且地下水水位高，水量极为丰富，钻进过程中形成的岩粉及粉细砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固体团块,难以吹出,造成包钻现象,无法继续钻进。并且在砂卵石土层中实施锚杆钻孔时,钻进过程中扰动较大,易出现垮孔、卡钻现象。两侧边坡开挖形成后，地下水沿坡面渗出，渗水量较大。因此现场采用普通锚杆实心吹砂钻进成孔的施工工艺在钻进过程中无法成孔或成孔困难，造成现场施工进度缓慢和工期延误。

4 锚杆成孔困难的主要原因

4.1 塌孔原因分析

本地段地质情况主要是砂卵石地层，地下水极为丰富。在钻进成孔过程中，土层和砂卵石层透水后孔壁都是极易坍塌，尤其是砂卵石层含水层，地下水处于饱和状态，受钻进过程中机械振动后更容易加速塌孔。

(1) 成孔时钻机钻速过快。锚杆施工的钻进速度如果过快，钻机空钻的时间就相对较长，产生的泥浆在孔壁内高速度流动，对孔内壁产生冲刷，如时间过长，也可能引起坍孔。因此在钻进过程中，钻进速度不宜过快。

(2) 锚杆钻孔通过的地层为粉质黏土、粗圆砾土，下伏卵石土，并且地下水位高、地下水丰富。当钻孔中的水含量积累到一定程度时，钻孔孔壁就可能被泡塌,容易坍孔。

(3) 成孔机械选择不当。在砂卵石层选择普通钻机螺旋钻进，履带式液压潜孔钻机(JK610型)，成孔质量不好控制，容易坍孔。

(4) 施工工艺选择不当。在深厚砂卵石地层采用普通锚杆钻进成孔工艺，钻进过程中扰动较大,易出现垮孔现象。

4.2 偏孔原因分析

工程设计标准较高，锚杆长度12 m，钻孔直径110 mm，与水平成20 °。孔内灌注M35水泥砂浆或净浆，注浆压力不小于0.4 MPa。造孔难度较一般工程大。在施工过程中容易偏孔，主要原因分析：

(1) 在砂卵石地层中钻进时，由于砂卵石分布不均，大小不一，不能很好地约束钻头，钻头的摆动容易偏向其中一侧。如果钻进成孔过程中钻孔偏斜时，可反复多次提起钻头，上上下下扫钻多次削去硬土或砂卵石。如果纠正没有效果，可在钻孔中局部回填黏土，再重新进行锚杆钻进。

(2) 由于钻孔安装在脚手架平台上，安装就位稳定性较差，容易使其在倾斜状态下工作，会造成偏孔。预防措施就是必须将场地土夯实并保持平整，脚手架钻机平台必须搭设牢固；在不均匀地层中钻孔时，尽量采用重量大的钻头进行钻进成孔。

4.3 成孔困难原因分析

在复杂的砂卵石地层进行锚杆钻进施工卡钻现象较多，成孔较困难。主要原因分析：

(1) 地下水水量较丰富，钻进过程中形成的岩粉及粉细砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固体团块,难以吹出,造成包钻现象,无法继续钻进，形成卡钻。钻进过程中，增加套管跟进的措施，并经常测定孔内的“涌砂”高度，以此高度来决定套管的拔起高度(拔起速度不应太快)，使钻头深度大于套管底端深度，就可以很好地避免“卡钻”事故。

(2) 在这种特殊复杂砂卵石地层中，由于砂石大小不均，在钻进过程中因扰动大，造成坍孔后出现卡钻现象。遇大粒径漂石时，将普通钻头变换成螺旋钻头。对卵石层结合紧密的地层，可采用筒式取芯钻头将卵石层松动后，再采用螺旋钻头进行钻进。

5 锚杆成孔施工工艺选择与优缺点分析

5.1 两种工艺选择

5.1.1 普通锚杆实心吹砂钻进成孔

设备配置为履带式液压潜孔钻机(JK610型)1台、螺杆空压机(KSZJ-18/17，18 m3/min，功率191 kW)1台，灌浆机(工作压力0～10 MPa)1台。现场实际平均进度情况每台班成孔3～5根(36～60 m)。工艺原理:普通锚杆钻机实心吹砂钻进直接成孔。

5.1.2 导管跟进锚杆钻进成孔

设备配置为电动潜孔钻机(SKD100型)1台，螺杆空压机(KSZJ-18/17，18 m3/min，功率 191 kW)1台，50 kW发电机1台，拔管机(功率5.5 kW)1台，灌浆机(工作压力0～10 MPa)1台，φ108 mm导管若干。现场实际平均进度每台班8～10根(96～120 m)。工艺原理导管跟进成孔施工方法是锚杆钻机成孔采用外套管先打进,然后用接有高压水泵的内钻杆将套管内土体通过机器钻进压力和水压力将土体稀释成泥浆并且排出孔外的方法成孔。

5.2 两种工艺的优缺点

5.2.1 普通锚杆实心吹砂钻进成孔的缺点

在本地段复杂的砂卵石地层中采用普通钻机螺旋钻进直接成孔方法, 因地下水水量较丰富，钻进过程中形成的岩粉及粉细砂被水浸泡后,易形成具有一定黏性的固体团块,难以吹出,造成包钻现象,无法继续钻进,在砂卵石土层中实施锚杆钻孔时,钻进过程中扰动较大,易出现垮孔、卡钻现象，成孔比较困难。

5.2.2 导管跟进成孔的优点

采用套管跟进成孔方法与普通钻机螺旋钻进直接成孔方法相比,能较好地解决在砂卵石地层地质条件下锚杆施工的技术难题,成孔速度快,一般成孔时间为45 min(钻孔12 m深),大大降低了施工难度;不会造成塌孔,锚杆施工一次验收合格率能达到100 %,保证锚杆施工质量;不会因锚杆施工质量不合格造成返工,确保工程工期按计划进行。套管跟进成孔锚杆施工技术可使路堑施工全过程处于安全、稳定、优质的可控状态,具有良好的社会效益和经济效益。

6 结束语

针对本段路堑边坡锚杆成孔困难形成的原因和工艺选择方面进行分析后，经设计、业主、监理共同研究确认后，决定对原设计锚杆成孔采用的实心吹砂钻进工艺进行了变更，采用导管跟进的施工工艺，解决了现场锚杆成孔困难的问题。

对变更施工工艺后施工的2 778根锚杆进行了跟踪检查，未发现达不到要求的锚杆，合格率100 %。结果表明，采取变更施工工艺的措施后，增加了锚杆一次成孔的成功率，为深厚砂卵石地层锚杆钻进施工提供了很好的借鉴经验。