回填區(qū)錨索成孔跟管施工技術(shù)

余 進 富， 唐 志 強

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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回填區(qū)錨索成孔跟管施工技術(shù)

余 進 富， 唐 志 強

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

劍閣縣西城客專站前廣場采用抗滑樁錨索等錨拉支護結(jié)構(gòu)。由于所處部位地質(zhì)情況較復(fù)雜，土層松散、地下水較豐富，在加固施工中，常常會遇到塌孔而導(dǎo)致二次鉆孔或無法成功鉆孔，減慢了工程進度，浪費了工程成本。針對上述問題，在現(xiàn)場錨索鉆孔施工中采取跟管鉆進工藝，防止了孔壁的坍塌；同時采用適宜的鉆灌參數(shù)保證了工程的順利進行。錨索采用回旋取芯成孔，孔徑均為150 mm，錨固段長度為10 000～12 000 mm不等，錨索采用3～7束φ15.2鋼絞線組成，驗孔合格后采用由人工緩緩將錨索放入孔內(nèi)的方式安裝，注漿材料采用M30水泥砂漿。

錨索成孔； 跟管； 施工；抗滑樁

1 工程概況

西成客專劍門關(guān)站站前廣場片區(qū)建設(shè)項目采用“PPP”模式建設(shè)，由中國水利水電第五工程局有限公司作為社會資本方與政府委托的劍閣縣瑞峰投資發(fā)展有限公司共同進行建設(shè)。項目建設(shè)地點位于廣元市劍閣縣新縣城下寺村組團，地處劍門關(guān)風(fēng)景區(qū)北入口，建成后將會成為具有交通換乘、旅游集散、站前服務(wù)等功能的綜合交通樞紐。

該項目建設(shè)的主要內(nèi)容為“1+3”配套市政基礎(chǔ)設(shè)施項目，即：站前廣場、站前廣場配套市政道路、溫泉路、西成客專劍門關(guān)站站前廣場片區(qū)建設(shè)用地場平工程等四部分。

勘察結(jié)果表明：擬建場地勘探深度范圍內(nèi)揭露地層為第四系全新統(tǒng)植物層(Q4pd)、第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)、侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組基巖(J2s)，即由耕土、雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、塊石、泥巖和砂巖組成。

擬建場地的水文地質(zhì)情況為地表水和地下水，地表水主要表現(xiàn)為場地南側(cè)一條溝渠，溝渠內(nèi)水深為0.5～1 m，局部地段斷流。場地地下水類型為上層滯水、孔隙潛水和賦存于基巖中的裂隙水。

該工程支護結(jié)構(gòu)形式采用抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索。

2 施工工藝的選擇

目前錨索鉆孔跟進套管施工常用的工法分為UPVC套管跟進與鋼套管跟進兩種，前者主要適用于邊坡無地下水系存在以及干法成孔施工；后者主要適用于邊坡地下水豐富及濕法成孔作業(yè)。

由于施工現(xiàn)場圖紙比較復(fù)雜，土層較為松散且地層孔隙水比較豐富，在成孔過程中，邊鉆邊塌孔現(xiàn)象嚴重。該工程結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，最終選定濕法作業(yè)鋼套管跟進施工工藝。

3 錨索成孔跟管的施工流程

錨索成孔跟管的施工流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4 錨索施工

4.1 施工方法

在鉆孔過程中，采用鋼套管跟進鉆孔，使用回旋鉆取芯成孔，直至穿越松散或地下水豐富且易塌孔部位；每節(jié)鋼套管長度為1 550 mm，每節(jié)鋼套管采用絲口對接，鋼套管壁厚定位為10 mm。

(1)錨孔的測放。

根據(jù)各工點工程立面圖，按設(shè)計要求將錨孔位置準確測放在坡面上，孔位誤差不得超過±20 mm。如遇刷方坡面不平順或特殊困難場地時，需經(jīng)設(shè)計監(jiān)理單位認可，在確保坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全的前提下，適當(dāng)放寬定位精度或調(diào)整錨孔定位。

(2)鉆機就位。

錨孔鉆進施工需搭設(shè)滿足承載能力和穩(wěn)固條件的腳手架，根據(jù)坡面測放孔位，準確安裝并固定鉆機，嚴格認真地進行機位調(diào)整角度，確保錨孔開鉆就位縱橫誤差滿足規(guī)范要求。

(3)鋼套管的安裝。

安裝第一節(jié)鉆桿后安裝首節(jié)帶牙套管，然后將帶牙套管對準所要施工的錨索孔位。套管直徑偏差小于10 cm。

(4)鉆進方式。

鉆孔要求采用空氣壓縮機風(fēng)動鉆進，禁止采用水沖鉆進，確保錨索施工不致于惡化工程地質(zhì)條件并保證孔壁的粘結(jié)性能。鉆孔速度根據(jù)所使用鉆機的性能和錨固地層控制，防止鉆孔扭曲和變徑，造成下錨困難或其它意外事故。

(5)鉆進過程。

鉆進過程中，對每個孔的地層變化、鉆進狀態(tài)(鉆壓、鉆速)、地下水等情況作好施工記錄。如遇塌孔、縮孔等不良鉆進現(xiàn)象時，立即停鉆，及時進行固壁灌漿處理(灌漿壓力為0.1～0.2 MPa)，待水泥砂漿初凝后，重新掃孔鉆進。

(6)孔位孔深。

鉆孔孔位、孔深、斜度應(yīng)符合設(shè)計要求。為確保錨孔直徑，要求實際使用鉆頭直徑不得小于設(shè)計孔徑。為確保錨孔深度，鉆孔孔深應(yīng)不小于設(shè)計孔深并且實際鉆孔深度應(yīng)大于錨索設(shè)計長度0.5 m以上。

(7)錨孔清理。

鉆進達到設(shè)計深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1～2 min，防止孔底尖滅、達不到設(shè)計孔徑。在鉆孔完成后，使用高壓空氣將孔內(nèi)的巖粉及水體全部清除出孔外，以免降低水泥砂漿與孔壁土體的粘結(jié)強度。除相對堅硬完整之巖體外，不得采用高壓水沖洗。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可安裝錨索與注漿，必要時在周圍適當(dāng)部位設(shè)置排水孔進行處理。如果設(shè)計要求處理錨孔內(nèi)部積聚的水體，一般采用灌漿封堵二次鉆進等方法進行處理。

(8)錨孔檢驗。

孔徑、孔深的檢查一般采用設(shè)計孔徑、鉆頭和標(biāo)準鉆桿在現(xiàn)場監(jiān)理旁站的條件下驗孔，要求驗孔過程中鉆頭平順推進，不產(chǎn)生沖擊或抖動，鉆具驗收長度滿足設(shè)計錨孔深度，退鉆要求順暢，用高壓風(fēng)吹驗不存在明顯的飛濺塵渣及水體現(xiàn)象；同時要求復(fù)查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔施工分項工作合格后，即可認為錨孔鉆造檢驗合格。

(9)錨索體的制作及安裝。

安裝前，要確保每根鋼絞線順直，不扭不分叉，排列均勻，除銹、除油污，將有死彎、機械損傷及銹坑處剔出。錨索在錨固端，架線環(huán)和緊固環(huán)每隔0.75 m間隔設(shè)置，使錨索居中，自由端每隔2 m設(shè)置一道架線環(huán)以保證鋼絞線順直，并涂強力防腐涂料，套φ20～22PVC管，套管兩端10～20 cm長度范圍內(nèi)用黃油充填，外繞工程膠布固定。錨索的防銹、防腐處理需滿足設(shè)計規(guī)范中提出的各項技術(shù)要求。錨頭頂面必須與錨索軸線垂直。安裝錨索體前再次認真核對錨孔編號，確認其無誤后再用高壓風(fēng)吹孔，人工緩緩將錨索體放入孔內(nèi)，用鋼尺量出孔外露出的鋼絞線長度，計算孔內(nèi)錨索長度(將誤差控制在50 mm范圍內(nèi))，確保錨固長度。

(10)錨固注漿。

將自由段涂滿防銹油，套上波紋管，管內(nèi)注滿黃油并嚴格封閉兩端。注漿采用一次注漿、孔底返漿法，一次性將錨索的錨固段和張拉段注滿，不能留空隙。砂漿經(jīng)試驗比選后確定施工配合比。實際注漿量一般要大于理論注漿量，或以錨具排氣孔不再排氣且孔口漿液溢出濃漿作為注漿結(jié)束的標(biāo)準。注漿結(jié)束后，將注漿管、注漿槍和注漿套管清洗干凈。施工過程中，做好注漿記錄。

(11)錨索張拉及鎖定、封錨。

錨索張拉須在孔內(nèi)砂漿及外錨頭等達到設(shè)計強度后進行。首先通過現(xiàn)場張拉試驗確定張拉鎖定工藝。錨索的張拉及鎖定分級進行，嚴格按照操作規(guī)程執(zhí)行。在設(shè)計張拉完成6～10 d后再進行一次補償張拉，然后加以鎖定。

補償張拉后，從錨具量起，留出長5～10 cm鋼絞線，將其余部分截去(須用機械切割，嚴禁電弧燒割)。最后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，然后對錨頭采用強度不低于20 MPa的混凝土進行封錨，防止銹蝕并兼顧美觀。

4.2 施工要點

施工前應(yīng)做好工作面周圍截、排水溝等排水措施，以防水流沖刷影響施工。

錨索孔按設(shè)計圖紙布置的孔位精確定位，垂直方向與水平方向的距離誤差小于0.02 m；將鉆孔的傾角及水平角誤差控制在1°以下，孔斜率小于1/50。

鉆機機臺保持穩(wěn)定牢固，在鉆孔反推力作用下仍能保證鉆機穩(wěn)定和鉆孔方向；鉆孔施工盡量不擾動鉆孔周圍的土層，鉆孔結(jié)束后，從孔底向外繼續(xù)清孔至少10 min。

錨索材料應(yīng)確保達到設(shè)計強度要求。鋼絞線按設(shè)計長度用無齒鋸鋸斷并清除其上的油污、銹斑后再進行防腐處理。自由段涂防腐劑后，用無氯石油瀝青涂刷，待瀝青硬化后，再涂黃油套塑料螺旋套管。制好后的錨索禁止直接放在泥土上，以防污染。

對水泥砂漿的質(zhì)量嚴格掌握。攪拌好的砂漿要再次過篩，以免水泥結(jié)塊堵塞管路；注漿采用底孔注漿法，從孔底開始注漿。注漿時緩慢攪拌砂漿，直到注漿結(jié)束，砂漿灌注飽滿密實。注漿材料固化前，禁止移動錨索。

張拉前檢查錨頭等設(shè)備，確認合格后清污除銹。張拉前對張拉千斤頂油泵進行標(biāo)定，給出千斤頂出力與壓力表指示壓強曲線。

正式施工前，按設(shè)計要求選取6個錨索孔進行拉拔試驗，以求出水泥砂漿與孔壁的實際剪切強度，校驗設(shè)計選取參數(shù)。試驗中，對錨索各部分變位性狀做詳細記錄，根據(jù)試驗結(jié)果確認設(shè)計荷載是否安全。拉拔、張拉試驗時，應(yīng)有設(shè)計、監(jiān)理人員參加。

預(yù)應(yīng)力錨索施工時特別需要注意安全，嚴格加強現(xiàn)場安全管理，嚴格操作規(guī)程，以免發(fā)生危險，確保施工安全。

4.3 施工中常見的問題及采取的解決措施

錨固效果及錨固質(zhì)量除受鋼絞線、錨具、灌漿等施工材料的質(zhì)量控制外，更多依賴于對施工的過程控制。隨著造孔技術(shù)、張拉設(shè)備、鋼絞線材料和錨固工藝的技術(shù)進步，使預(yù)應(yīng)力錨索的錨固效果有了進一步的提高，但預(yù)應(yīng)力錨索本身屬于隱蔽工程，在錨索施工完成后，除了檢測錨索外，缺乏更好的檢測和評價手段，特別是在邊坡錨索施工中，由于不可控制的因素很多，更容易影響錨索的錨固效果。

4.3.1 錨固段錨固力不足

當(dāng)錨固段地質(zhì)條件與設(shè)計采用的參數(shù)有較大差距時，導(dǎo)致錨固段錨固深度不夠或錨固段有不利結(jié)構(gòu)面或灌漿質(zhì)量控制不嚴格而導(dǎo)致錨固端沒有達到密實灌注時都可能導(dǎo)致錨固力不夠。在張拉過程中可能出現(xiàn)荷載加不上去，或鋼絞線被拉出來，也可能發(fā)生鎖定后錨具飛出的現(xiàn)象。采用的控制方法為：

(1)造孔過程中要求做好錨固段始末2處的巖粉采集，記錄每一鉆進的尺寸、回水顏色、鉆進速度和巖粉記錄等數(shù)據(jù)。若在錨固段發(fā)現(xiàn)軟弱巖層、出水、落鉆等異常現(xiàn)象，應(yīng)及時調(diào)整處理，確保錨固段位于穩(wěn)定的巖層中。

(2)灌注前應(yīng)對漿液進行流動性和泌水性測定。

(3)為給錨索張拉提供依據(jù)，錨固段注漿時對每一根預(yù)應(yīng)力錨索的灌漿漿液均取樣做抗壓強度試驗，并要求在進行張拉時水泥漿結(jié)石強度不得低于設(shè)計強度的75%。

(4)采用排氣法注漿，灌漿自動記錄儀記錄。錨固段和張拉段灌漿壓力均為0.3～0.5 MPa，閉漿時間一般為15 min。灌漿結(jié)束標(biāo)準：灌漿量大于理論吸漿量；回漿比重不小于進漿比重，且穩(wěn)壓15 min，孔內(nèi)不再吸漿。

4.3.2 錨索偏心

由于施工精度控制不嚴會出現(xiàn)工作錨板與錨索偏心，從而影響張拉和鎖定噸位，甚至造成錨索的失效，所采取的控制方法為：

(1)優(yōu)先采用效率高且具有糾偏、除塵功能的潛孔鉆機造孔，鉆孔直徑大于錨束直徑40 mm以上，將方位角偏差控制在1°以內(nèi)，開拉孔位偏差不大于10 mm，孔斜率小于1/50；要求錨索鉆孔孔位及鉆機方位采用全站儀放樣，鉆機傾角采用水平儀控制，以控制鉆孔的方位及角度。

(2)在松散體中原則上采用套管跟進保護鉆孔。

(3)在錨墊板與鉆孔之間安裝外徑與鉆孔直徑相同的薄壁鋼管，并需深入鉆孔至少50～100 cm，薄壁鋼管中心線應(yīng)與錨孔軸線重合，鋼管外端與承壓錨墊板鋼管焊接。錨墊板與錨孔軸線應(yīng)保持垂直，誤差不大于0.02 m。

5 結(jié) 語

錨索施工中，錨孔定位精度決定了坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全，是奠定工程質(zhì)量的基礎(chǔ)。錨孔鉆進過程中，為確保錨索施工不致于惡化工程地質(zhì)條件和孔壁的粘結(jié)性能，鉆孔采用空氣壓縮機風(fēng)動鉆進。鉆孔采用套管護壁，在松散土層和地下水位豐富的鉆孔時有效避免了塌孔，提高了工作效率。在套管護壁保護下，避免了水泥砂漿在松散或在地下水豐富的部位流失，亦保證了水泥砂漿結(jié)石的形狀、強度和握裹力，同時確保了支護工程的工程質(zhì)量。錨孔采用空壓機清孔，不需要制備泥漿，從而大大減少了泥漿對環(huán)境的污染。錨索采用3～7束φ15.2鋼絞線組成，制作時做好了防銹措施并保證了錨索的張拉性。錨索張拉須在孔內(nèi)砂漿及外錨頭達到設(shè)計強度后進行，然后加以鎖定，最后對錨頭采用不低于20 MPa的混凝土封錨，防止銹蝕并兼顧美觀。

[1] CECS 22：2005，巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[S].

(責(zé)任編輯：李燕輝)

成都院勘測設(shè)計業(yè)務(wù)取得突破——首次中標(biāo)新疆水電勘設(shè)合同

2015年5月，成都院獲得亞曼蘇水電站勘察設(shè)計合同。該工程的獲得是成都院在新疆首個勘測設(shè)計項目，標(biāo)志著成都院在優(yōu)先發(fā)展國際業(yè)務(wù)、積極拓展基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的同時，鞏固傳統(tǒng)水電業(yè)務(wù)取得的又一重大成果；對促進成都院加快融入“一帶一路”，提速進軍新疆到中亞廣闊市場步伐具有重要意義。亞曼蘇水電站位于新疆托什干河下游河段的阿克蘇地區(qū)烏什縣境內(nèi)，距縣城約33公里，距阿克蘇市約130公里，為托什干河流域規(guī)劃2庫11級中第9級克克機格代(9.7萬千瓦)和第10級牙滿蘇(10.7萬千瓦)兩級水電站經(jīng)過優(yōu)化合并開發(fā)的一級水電站。電站裝機容量為24.4萬千瓦，由進水閘、引水明渠、前池、壓力鋼管、廠房、泄水槽及尾水渠等主要建筑物組成，采用引水式開發(fā)。亞曼蘇水電站的中標(biāo)，體現(xiàn)出成都院團隊能力與綜合實力，尤其是成都院在氣墊式調(diào)壓室設(shè)計領(lǐng)域具有的核心競爭力。

2015年1月底，成都院收到《華能托什干河亞曼蘇水電站工程勘察設(shè)計招標(biāo)文件》后及時召開會議，對招標(biāo)文件進行深入討論研究，組織相關(guān)專業(yè)人員遠赴新疆進行查勘并與業(yè)主進行溝通，了解業(yè)主意圖。在院技術(shù)經(jīng)濟委員會專家指導(dǎo)下，各專業(yè)緊密配合，積極開展工作，項目部在投標(biāo)設(shè)計中采取了以下改進和優(yōu)化措施：沿原軸線上移前池位置，減少前池基礎(chǔ)填方高度；采用技術(shù)可行、經(jīng)濟較優(yōu)的“兩機一管”布置方式；將廠房向下游移動，減少開挖量，降低邊坡及地下水高差；設(shè)置氣墊式調(diào)壓室，以滿足機組調(diào)節(jié)保證計算；結(jié)合廠房布置，優(yōu)化機電設(shè)備布置。

4月20日，華能集團在北京召開亞曼蘇水電站開標(biāo)會。中南院、西北院、清源公司、新疆院及成都院提交了有效投標(biāo)文件。成都院在投標(biāo)文件中提出了壓力鋼管型氣墊式調(diào)壓室，該方案具有結(jié)構(gòu)型式新穎，受力清晰，安全可靠的優(yōu)點。投標(biāo)文件受到評標(biāo)專家一致肯定，在所有參加投標(biāo)單位中排名第一。

成都院開展的設(shè)計優(yōu)化工作主要包括：

(1)壓力前池位置向上游移約220 m后，解決了基礎(chǔ)回填過高的問題。

(2)壓力管道調(diào)整成“兩機一管”，節(jié)省了工程量，優(yōu)化了投資。

(3)廠區(qū)向下游移動700 m后，避免了“深基坑、超高地下水”問題。

(4)創(chuàng)造性地采用了壓力鋼管型氣墊式調(diào)壓室技術(shù)，調(diào)保計算滿足要求。

亞曼蘇水電站采用氣墊式調(diào)壓室方案，工程靜態(tài)總投資在可研階段為181 728.38萬元，優(yōu)化設(shè)計為172 632.25萬元，節(jié)約投資9 096.13萬元；工程總投資在可研階段為199 185.05萬元，優(yōu)化設(shè)計為189 357.89萬元，節(jié)約投資9 827.16萬元。2015年8月5日至7日，中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司專家組在蓉對《新疆托什干河亞曼蘇水電站可行性研究優(yōu)化設(shè)計報告》進行審查。會議聽取了成都院關(guān)于《可研優(yōu)化報告》的匯報并分專業(yè)進行了交流和討論。與會審查專家充分肯定了報告的設(shè)計成果，對報告的各部分內(nèi)容提出了寶貴的修改建議。

2016年3月1日，亞曼蘇水電站廠房開挖，標(biāo)志著主體工程開工，工程在參建各方的努力下正在有序建設(shè)之中。目前，廠房基坑開挖深度約30 m，廠房尾水渠全線開挖，箱涵下游段尾水渠混凝土面板正在澆筑；廠區(qū)左側(cè)防洪堤及右側(cè)導(dǎo)洪堤基本施工完成；引水渠道防洪堤及排洪渡槽正在施工。亞曼蘇水電站預(yù)計于2020年3月31日首臺機組投產(chǎn)發(fā)電，2020年9月30日工程竣工。

2017-04-23

TV52;TV51

B

1001-2184(2017)03-0113-04

余進富(1979-)，男，四川綿陽人，項目副經(jīng)理，工程師，從事項目管理及生產(chǎn)經(jīng)營工作；

唐志強(1991-)，男，四川廣安人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.