锚固钻机湿法成孔工艺.doc

锚固钻机湿法成孔工艺在南平铝厂边坡支护中的应用徐锦明(福建省东辰岩土基础工程公司注浆工程部)摘 要：介绍南铝边坡地质特点，普通干法钻孔难以成孔的特点，针对这些特点以及质量、安全、综合经济效益等方面考虑，提出了锚固钻机进行湿法成孔方案，选取合理的钻具及设备组合，完成了含水量丰富的粘性土锚孔成孔施工。关键词：地质特点及施工难点，湿法成孔工艺，钻具及设备组合。福建省南平铝业有限公司拟在其厂区东面兴建熔铸技改(一期)厂房，场地东北侧为一斜坡，坡顶标高为8894m，坡底建设用地的整平标高为71.5m，边坡高度为1723m，边坡体以粘性土为主，边坡的破坏后果严重，因此边坡体安全等级为一般。拟按1:0.25的坡率切坡后采用锚索挡墙支护。该边坡的支护设计由福建省建研勘察设计院承担。一、工程概况1、地质概况支护范围内地层情况从上而下：素填土：以粘性土为主，稍密，揭露厚度2.8m；粘土：湿，硬塑-坚硬，揭露厚度为10.528.6m；粉土：中密-密实，揭露厚度为1.18.1m；卵石：稍密-中密-密实，由卵石，砾石、砂等组成，粒径为20100mm，揭露厚度为0.64.9m；强风化片岩：块状构造，揭露厚度为5.8515.69m。2、水文地质概况拟建场地的地下水主要为赋存于第四系松散层的孔隙水和基岩的裂隙水。孔隙水主要赋存于粉土和卵石层孔隙中的潜水，具弱承压性。粉土为弱透水性含水层，弱富水性；卵石属强透水性含水层，富水性强；裂隙水主要分布于强风化片岩的裂隙中，受基岩裂隙发育程度控制，透水性一般，富水性中等。勘察期间由于受降雨的影响，测得场地地下水的初见水位埋深为1.3721.98m，标高为69.6570.96m；稳定水位埋深1.1321.83m，标高为69.69 71.52m。根据当地水文资料，场区内地下水的变化幅度约3m。二、成孔设计概况(1)钻孔式预应力锚索孔径为168,采用干法成孔，钻孔的长度应比设计长度长500。且不同岩土层的锚固段长度应根据基本试验结果作相应调整。(2)预应力锚索的成孔过程中，必须对其成孔的各岩土层分布进行详细编录，一旦发现与设计条件不同,应及时通知设计人员以确定岩层摩阻力及锚索承载力。三、施工中遇到的困难及技术难点1、成孔设备配置序 号名 称规 格单 位数 量用 途1锚固钻机CSJ-40台2打孔2砂浆搅拌机UJW-400台23钻 杆6089mm套2打孔4注浆泵2TGZ-60/210台1注浆用5空压机VF12/7-A台2打孔2、施工过程概况我司于5月20日起开始进行试验孔施工，按照设计要求采用干法进行钻孔式成孔。施工1个多月开孔7个，扫孔多遍，最终只成孔4个。其中:位置K0+0K0+2开孔3个，高程约78m处2个：孔号分别为1#-4（未成孔）、1#补-4(成孔)，高程约75m处1个：孔号2#-8(未成孔)。位置K0+45K0+48开孔3个：其中高程约75m处1个：孔号3#-8(未成孔)，高程约78m处2个：孔号分别4#-4(成孔)、5#-5(成孔)。位置K0+58K0+60开孔1个，高程约78m，孔号分别为6#-5（成孔）。但成孔质量不理想，质量无法保证。经基本试验抗拔结果：抗拔力严重偏低，与原设计值差距较大：原设计张拉设计值350KN，标准值455KN，而实际张拉100KN左右即破坏。经分析主要原因为：由于地质条件复杂，含水量丰富，水位较高(根据钻孔孔口流水测算水位高程约80m以上)，水压大，土层粘、土层内存在裂隙带发育等原因。钻孔时风串孔严重，孔内滞留泥浆、塌孔等影响成孔质量现象。附：钻孔施工过程照片试验孔1#(未成孔)高程约78m钻孔时返出的泥浆状钻孔及地层描述：试验孔1#08m粘土层，返砂正常，带有泥团，土层潮湿； 812m返砂不正常，开始漏气，冲击器无法工作，不出风，不返土，无法进尺，退杆冲洗冲击器。扫孔：现象同上，有水返出，返泥浆，至15m时又开始漏气，不出风，不返土。停钻，换孔。试验孔2#08m粘土层，返砂正常，带有泥团，土层潮湿； 812m返砂不正常，开始漏气，跑风，与试验孔1#-4、1#-4(补)串孔，试验孔1#-4、1#-4(补)孔内返泥浆，无法进尺，停钻。试验孔3#-8010m粘土层，返砂正常，带有泥团，土层潮湿； 1013m返砂不正常，偶有漏气，带水，土样成泥团状；1319.5m粘土层，漏气跑风，返泥浆；119.522m强风化片岩，返粗颗粒碎石，有裂隙带，钻至22m位置孔口堆积体滑坡，塌孔，堆积体交办处跑风，出泥浆。停钻。试验孔4#(4索)08m粘土层，返砂正常，带有泥团，土层潮湿； 812m返砂不正常，带水，土样成泥团状，开始漏气；1218m漏风严重，返砂不正常，偶有返泥浆，碰到碎裂带，裂隙发育，偶有粗颗粒碎石块；1824.5m强风化片岩，返泥浆。试验孔5#06m变粒岩，返砂正常；68m粘土层，返砂正常，带有泥团，土层潮湿； 813m开始漏风，返砂不正常，偶尔返泥浆，带水汽；1318m漏风严重，与3#、4#孔串孔，3#、4#孔返水，返泥浆，返砂不正常，碰到碎裂带，裂隙发育，偶有粗颗粒碎石块，停钻。隔一天，孔内流清水，大约1t左右。隔一天扫孔：016m返砂不正常，返泥浆；1627.5m返泥浆，偶带粗颗粒碎石块，下索至23m时，卡住，拔索，再次扫孔，现象同上。016m返砂不正常，返泥浆；1627.5m返泥浆，偶带粗颗粒碎石块，下索至23m时，卡住，拔索，再次扫孔，现象同上。四、湿法成孔工艺为了保证工程质量、安全，综合地层情况及类似工程施工经验的基础上，经业主、设计院综合工期及经济效益考虑后，提出了采用湿法成孔工艺进行施工。1、设备及钻具组成序 号名 称规 格单 位数 量特 点用 途1锚固钻机CSJ-40台1设备轻，移机方便，操作简单，钻孔深度深等打孔2砂浆搅拌机UJW-400台1注浆用3钻 杆6089mm套1打孔4注浆泵2TGZ-60/210台1流量较大，性能稳定，注浆压力较大打孔、注浆时用5空压机VF12/7-A台1打孔用6空压机VF3/7-A台1洗孔用7钻具套1尺寸满足孔径要求，分钻土层钻具，岩层钻具附：钻具图 冲击器钻具(适用范围：硬土或岩层) 三角合金钻具2、成孔工艺 (1)把原有锚固钻机轴换成防水的轴，达到同时送风送水时不至于漏水；(2)在接风口处做一个三通，一根接风，一根接高压水或稀泥浆；(3)钻孔时先开启风管那个阀门紧接着开接水那个阀门，同时钻进。利用高风压、水压将孔内泥浆吹出。钻进过程中若遇到卵石层，将土层钻具换成岩层钻具，重复以上步骤，直至钻至设计深度(钻孔深度要大于设计深度2.0m)。(4)钻孔过程中若遇到塌孔现象时全段采用水泥浆护壁否则可用清水进行钻孔，水泥用量约为25Kg/m。水泥浆配比为1.5:11.2:1。具体根据土层、土层含水量及成孔等情况适当调整。(5)施工过程中的应急措施：钻孔过程中遇强风化岩破碎带而卡钻时，应立即停止钻进，拔出钻具，进行固浆护壁，固浆护壁工艺具体水泥用量根据现场实际情况由业主、监理、施工单位另行确定。3、洗孔、下锚索(1)成孔完成后，应立即进行洗孔，洗孔时应先用清水洗孔，必要时，可送入高压空气，以保证孔内泥浆排出，直到出现较稀泥浆为止。(2)高压空气洗孔，水泥浆置换：为了保证孔内泥浆较彻底洗净，且破环孔壁上的浓度，在清水洗孔后应采用高压空气洗孔，高压气管应用铁管伸至孔内，气管低端封死，底部500mm范围内布置45排出气孔，底部气管的直径应在10mm以上。洗孔时，应慢慢来回移动出气管，从孔底洗起转动的同时并缓慢拔出气管，气管拔出的同时应通过注浆管从孔底注入水泥浆，水泥浆的，比重为1.31.4之间，水泥用量约为50Kg/m，气管的拔出速度应控制在1m/min之内，每根锚索洗孔时间应不小于10min（可根据现场实际情况进行调整）。(3)当水泥浆从孔口溢出时，即可停止注浆管，并拔出注浆管和气管。(4)水泥浆置换完成之后，应立即下锚索。下锚索之前，应重新检查锚索质量，确保满足要求后方可下放。下锚索时，应防止锚索扭压弯曲、注浆管开裂等；同时注浆管应随索下放，下索时应避免对中支架（架线环）、承载体等移位。当锚索无法下放至设计深度时，应拔出锚索，重新扫孔，洗孔后方可下锚索，不得挤压锚。下锚索时应特别注意锚索的预留长度，锚索的预留外露长度不得小于1.5m，以确保锚索张拉有足够的长度。五、取得的成果通过该工艺施工后，施工效率得到了明显的提高，经济效益取得了明显的成效，安全质量也得到了保证，经抗拔试验结果显示，均符合了设计规范要求。附下表：与常用成孔方法技术经济指标对比成孔方案项目名称主要设备主要钻具工 效成孔成本(人机费)特 点一锚固钻机湿法钻孔锚固钻机三角合金钻头或冲击器70100m/台班40元机子轻，移机方便，操作简单。成本相对低二一般湿法钻孔地质钻机岩芯管合金钻头2060m/台班60元/m机子重，移机慢，架子上操作麻烦，成本也较高。三跟管钻进锚固钻机套管+冲击器4060m/台班150元/m工序复杂，工效慢，成本高六、结语采用湿法钻孔时，可能一些地层成孔可以解决，但由于水的浸泡、冲刷等作用下，锚孔的原先土层物理、化学性质受到破坏，影响到了锚孔的土层摩阻力，使摩阻力降低，可能因此而增加锚索长度。且由于钻孔过程中产生的泥浆，若洗孔时未洗干净，则锚索注浆质量也将无法得到保证，影响到工程质量。因此，除非不得已，还是尽量少用