山区复杂地质条件下预应力锚索成孔工艺探究

王磊

摘   要：山区复杂地质条件下预应力锚索成孔工艺的探究具有重要意义。以广东省仁化（湘粤界）至博罗高速公路K288+850～K289+420段右侧路堑边坡为研究对象，基于工程概况、工程地质及水文地质条件，对防护锚索的施工工法和成孔工艺进行探究。所得结果为类似地质条件下锚索施工提供借鉴。

关键词：山区复杂地质  路堑边坡  预应力锚索  成孔工艺

中图分类号：U45                                    文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）07（c）-0027-03

1  工程概况

以广东省仁化（湘粤界）至博罗高速公路K288+850～K289+420段右侧路堑边坡为研究对象，右侧路堑边坡防护平面布置图如图1所示。边坡采用锚索进行防护，对锚索的作用效果进行探究，重点对锚索成孔工艺进行探索。

路堑边坡设计为三个区域：Ⅰ区域，设计里程为K288+850～K288+980，共6级边坡;Ⅱ区域，设计里程为K288+980～K289+180，共6级边坡;Ⅲ区域，设计里程为K289+180～K289+420，共5级边坡。其中Ⅱ区域总体采用“局部清方卸载+路堑挡土墙+钢轨桩（设置一级平台）+预应力锚索框架梁”方案，第1级边坡脚设置路堑挡土墙，坡面采用A式人字形骨架植草防护，坡顶1级平台采用钢轨桩加固，桩顶采用纵、横钢筋混凝土框架梁与第2级坡预应力锚索框架梁连接成整体，第2～4级边坡均采用预应力锚索框架梁防护，第5级采用锚杆格梁植草防护，第6级采用A式人字形骨架植草防护，第1、2级平台为清方卸载宽平台。

2  工程地质和水文地质条件

2.1 工程地质条件

该边坡为丘陵山区地貌，山体植被发育、多为毛竹，高程200～390m，坡度20°～45°，坡面呈折线型，有较多的小冲沟。该区段地层主要为坡残积粉质粘土、碎石土、种植土和全风化层等，大部分呈硬塑或坚硬状，分布厚度厚薄不一、厚度变化区间为7.5～48.2m。边坡球风化孤石发育，成分为中风化混合花岗岩，岩心呈柱状、块状，岩质坚硬，钻遇厚度0.3～9.1m。强风化岩分布于岩层上部，裂隙极发育，岩石极破碎，完整性差，稳定性差，强风化岩层一般厚度为1.1～15.5m;中风化岩广泛发育，中风化岩裂隙较发育，岩石较破碎。

本路段区域内断裂发育，规模大小不一，据地勘资料显示主要断裂为F13和F14，如表1所示，其中F14岩石破碎带走向及岩石破碎带横断面图如图2所示。已成孔的钻孔记录显示，Ⅱ区域平均深度约21.5m处存在岩石破碎带，裂隙发育，总体趋势为越靠近线路小里程方向断裂构造下探深度越深且构造带越宽，与路堑边坡长度方向呈近163°交角。靠近Ⅰ区断裂构造带埋深约28m左右、平均宽度约6m左右，断裂构造带内无明显裂隙水，靠近Ⅲ区断裂构造带埋深约15m左右、平均宽度约5m左右，破碎带内裂隙水丰富。此外，施工过程中发现上排锚索孔内岩层断裂带注浆填充后，从下排已施作的泄水孔有水泥浆冒出，说明区域内岩层破碎带裂隙极发育，且贯通。Ⅱ区域内实际地质情况与地勘资料所描述的岩石破碎带基本吻合。

2.2 水文地质条件

地下水由上部土層空隙潜水和下部基岩裂隙水组成。地下水主要接受大气降水补给，以蒸发或泉的形式排出，由于原地表毛竹茂密根系发达，毛竹砍伐后根系腐烂后形成小土洞赋水，因此上部较厚的土层中，具备一定的储水能力，多处出现地下水汇集成泉水流出。岩层裂隙水主要赋存于强-中风化基岩中，其基岩节理、裂隙发育，接受大气降水后形成丰富地下水，并沿裂隙发育方向排泄和径流。K289+180右侧有1处自然冲沟，旱季地表水渗透后形成泉水形式排出，但遇雨水天气水流量显著增加，沟内形成小溪流过。

3  锚索钻孔施工工艺探究

3.1 施工工法确定

自2017年8月中旬开始锚索钻孔施工，由于现场富水，以及松散土质易坍塌、岩石破碎带、高强度微风化孤石等复杂地质的客观存在，锚索成孔极为困难，经过反复试验，不断尝试更换钻机、钻头及钻杆型号，最终确定采用MDL-150D以上大功率履带式潜孔钻机，现场对已开挖的Ⅱ区域第四级边坡进行半级回填以满足该钻机的使用要求。经过几个月的锚索成孔工法摸索，逐渐总结了一套成熟工艺，截至2018年2月底已完成Ⅱ区域第四级边坡88束锚索、第三级边坡锚索成孔注浆77束、第二级边坡锚索成孔注浆1束。现已投入克勒姆180B型钻机2台、克勒姆215D型钻机1台、MLD-150D履带式潜孔钻机3台，27m3/min柴油空压机3台、22m3/min柴油空压机3台、250kW发电机3台，制浆及压浆设备1套。

通过上述工艺试验摸索，结合现场富水、易坍塌松散土质、岩石破碎带、高强度微风化孤石等复杂地质，经综合分析确定最终成孔施工工法，即通过大钻头+麻花钻杆成孔与双钻头扫孔跟管临时护壁，制作、安装锚索后拔套管，完成锚索孔道注浆。针对各类问题，相应处置措施如下。

（1）麻花钻杆应对富水、易坍塌土质排渣，同时麻花钻杆旋转出渣过程有护壁作用。

（2）选择大钻头的目的在于解决套管跟进阻力大，易卡钻、卡管问题。

（3）通过注浆封闭岩石破碎带，解决孔内漏风问题，确保钻渣有效排出。

（4）采用双钻头，目的在于套管穿越土、石坍塌地层。利用中心钻头冲击破碎孔内掉落石块，通过钻机带动套管与同心套钻头一起旋转扫孔跟管至设计深度。

（5）因地勘孔数量有限，无法全面揭露基岩实际埋深，若均按锚索设计锚固长度钻孔存在锚索锚固力不足风险，对实际基岩深度差异较大时，建议锚索长度根据基岩实际埋置深度结合设计锚固长度要求确定最终孔深度。

3.2 施工工艺探究

锚索施工与高边坡施工同步进行，严格遵循“随开挖、随支护”的原则，考虑该段路堑地质不良易发生边坡滑塌，现结合设计要求每级边坡锚索设置上下2排锚索（坡脚锚索可不考虑开挖深度），现场施工时采取每半级开挖进行支护，开挖至第1排预应力锚索施工位置后，设置临时施工平台钻机就位进行钻孔施工，钻孔采用大钻头+麻花钻杆钻孔和双钻头扫孔跟管护壁工艺配合跳仓法施工顺序，避免对相邻已注浆锚索浆体扰动，影响施工效果。成孔后立即锚索安装，随即采用拔管机拔出钢套管，并立即进行锚孔注浆。为防止浆体收缩，建议掺配微膨胀外加剂，浆液一次灌注完成以保证成孔和锚索施工整体质量。本级边坡完成第1排锚索后，依此工序完成第2排锚索格梁施工，直至锚索全部完成。预应力锚索注浆施工完成后，及时进行格梁施工，锚索格梁达到一定强度，进行锚索的张拉锁定后封锚。施工工艺流程图如图3所示。

采用预应力锚索框架梁进行施工，Ⅱ区域预应力锚索框架梁采用C25钢筋混凝土现浇梁，地梁采用60×50cm矩形截面，外露10cm;锚孔孔径φ150mm，锚孔下倾15°～30°，允许偏差±1°;锚索横向间距3m，上下间距4m布置每级坡共设置2道（第2级坡坡脚增设1道，共设置3道除外），锚索材料选用高强度、低松弛预应力普通钢铰线，公称直径φ=15.20mm，设计标准强度为Ryb=1860MPa，锚索采用六束锚索，对应采用0VM15-6型锚具（包括配套的锚垫板、夹片和螺旋筋）;锚固段架线环与紧箍环每隔0.5m间隔设置，自由段每隔3m设置一道架线环，以保证钢铰线顺直;注浆材料为M30水泥砂浆，水泥∶砂∶水=1∶0.4∶0.45，浆体强度≥30MPa，注浆方式为孔底返浆，注浆压力不宜小于0.5～1.0 MPa。預应力锚索结构图如图4所示。

4  结语

本文以广东省仁化（湘粤界）至博罗高速公路K288+850～K289+420段右侧路堑边坡为研究对象，基于工程概况、工程地质及水文地质条件，对防护锚索的施工工法和成孔工艺进行探究，得到“大钻头+麻花钻杆成孔与双钻头扫孔跟管临时护壁，制作、安装锚索后拔套管，完成锚索孔道注浆”这一施工工法，并相应给出施工工艺。所得结果为类似地质条件下锚索施工提供借鉴。

参考文献

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