自进式锚杆施工工艺优化
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摘要：自进式锚杆施工是边坡加固的常用方案，在破碎不易成孔的地层采用自进式锚杆代替常规锚杆（锚索）是行之有效的支护方式。目前自进式锚杆施工设备及施工工艺注浆效果欠佳，影响了自进式锚杆的施工质量，在碎石层、卵石层等复杂地层中，常规的自进式锚杆施工工艺锚杆很难钻入预定位置，锚杆长度很难满足设计要求，常采用潜孔锤钻机施工自进式锚杆，在完成自进式锚杆钻进后再注浆，前一个工艺施工的锚杆很难达到设计要求，后一个工艺施工的锚杆注浆固结效果不佳。为克服自进式锚杆施工过程中的这一技术缺陷，在泰安中南财源中央商务区基坑支护工程施工过程中，对自进式锚杆施工工艺进行了优化，成功实现了锚杆成孔、锚杆下放及锚杆注浆同步进行，通过气、液混合射流注浆提高了锚杆注浆质量。
关键词：自进式锚杆；施工工艺；优化
在基坑支护工程中常会遇到碎石层、卵石层等复杂地层，该类地层稳定性较差，支护难度大，该类地层的基坑边坡支护常采用锚杆支护，在该类地层中施工锚杆钻孔成孔难度较大且极易造成塌孔、卡钻，一旦出现塌孔卡钻，施工效率将大大降低，若锚杆不能及时施工完成，基坑边坡的安全难以得到保证[1]。泰安中南财源中央商务区基坑支护工程施工项目的地层较为复杂，影响基坑开挖安全的地层主要有杂填土、含砂粉质粘土、卵石、风化卵石，且基坑大部分坡面垂直开挖，采用桩锚支护形式，在锚杆施工时遇到较大的阻力，很难钻进至设计深度，锚杆长度很难达到设计要求。为解决钻进困难，选择潜孔锤钻机通过专用机具采用冲击回转工艺施工自进式锚杆，但潜孔锤钻机只能先将锚杆钻进到位，然后再进行注浆，注浆质量较差；锚杆张拉时，锚杆抗拔承载力不足，无法保证基坑安全[2]。为解决这一问题，我们对影响自进式锚杆施工质量的原因进行了分析，影响施工质量的主要因素是自进式锚杆钻进过程中不能同时注浆，锚杆施工到设计深度后再注浆，浆液大部分集中到锚杆端部，很难完全扩散到锚杆全孔段，造成锚杆锚固力不足，为解决这一问题，提出：若在钻孔过程中进行注浆，使得浆液较为均匀地渗透到锚孔区域，然后再进行二次注浆是否可以解决这一问题？经过对机具的加工改造，并经过多次试验改进，实现了自进式锚杆边钻进边注浆的目标，自进式锚杆的施工质量有了很大的提高。文章以泰安中南财源中央商务区基坑支护工程施工为实例，在自进式锚杆施工过程中对施工机具的改进及施工工艺的优化研究卵石层、碎石层等复杂地层的自进式锚杆施工。
1工程概况
泰安中南财源中央商务区项目场地位于泰安市校场街以西，财源街西首，交通便利。基坑概况及支护型式：基坑深度10.10～10.60m，基坑支护总长度451.00m。基坑深度10.10～10.60m，基坑支护总长度451.00m。按照设计要求，该工程基坑支护采用上部放坡加支护桩锚杆支护方案；地下3层车库基坑和东侧临时基坑采用放坡支护方案。该项目基坑分为三个支护单元，第一支护单元，采用上部放坡加支护桩自进式锚杆支护方案，上部2.10～2.60m，放坡比例1∶0.70（控制冠梁顶标高为140.90m），下部垂直开挖；支护桩桩径800mm，桩间距1.50m，桩长12.00m，桩顶设截面尺寸为90mm×600mm的钢筋混凝土冠梁；设两排锚索，锚索用两个25a型号槽钢背靠背连接锁定；第二支护单元，采用放坡支护方案，放坡比例为1∶1.0；第三支护单元，东侧基坑采用放坡支护方案，放坡比例为1∶1.0；地下3层基坑采用放坡支护方案，放坡比例为1∶0.5[3]。文章只介绍第一支护单元自进式锚杆施工工艺改进相关技术流程。
2自进式锚杆工艺优化
2.1方案选择
该施工区域主要为碎石层、卵石层，工程地质条件较为复杂，施工难度较大，地下水位较高，基坑变形控制难度较大，要求在施工过程中要不断优化改进施工工艺，以提高工程质量，确保基坑安全[4]。在该项目支护中最初采用的是预应力锚索，回转钻机和潜孔钻机均无法成孔，在成孔施工过程中塌孔卡钻严重，施工无法顺利进行。为解决这一问题，项目部进行了多次技术讨论，并对影响因素进行分析，自进式锚杆施工是边坡加固的常用方案，在破碎不易成孔的地层采用自进式锚杆代替常规锚杆（锚索），是行之有效的支护方式，自进式锚杆自带钻头，可自行钻进自进式锚杆兼有钻杆和锚杆两种功能，取消了退钻杆插锚杆的工序，可避免坍孔而导致返工的现象，锚杆杆体可接长，具有多种规格，使用方便，最终项目部决定选用自进式锚杆来代替常规锚索，该项目中自进式锚杆直径38mm，壁厚8mm，钻头采用65mm合金钻头，锚杆连接用长15cm、壁厚8mm的连接套管进行连接[5]。
2.2自进式锚杆施工
常规的自进式锚杆是用普通的回转钻机在钻杆上加个变径接头（钻杆接头变锚杆接头扣），使锚杆变成钻杆直接钻进到位。但该工艺施工效率不高，受现场地质条件制约，进尺较慢，钻进困难，有的锚杆达不到设计长度，为满足工程要求，该项目拟采用潜孔钻机代替常规回转钻机施工自进式锚杆，这需要对冲击器底部钻头去掉，换成冲击接头，进行冲击回转钻进，这样可有效解决自进式锚杆进尺慢的问题[6]。常规的潜孔锤钻机施工自进式锚杆，冲击器末端不进行改进，只能对自进式锚杆进行冲击钻进，将冲击器底部钻头去掉，换成冲击接头（底端加上做成锚杆接头），可实现自进式锚杆的冲击回转钻进[7-9]。通过对钻具及施工工艺的改进，无法成孔的问题得到有效解决，但注浆效果欠佳，导致锚杆抗拔力无法达到设计要求，为此，成立了提高自进式锚杆施工质量QC小组，小组各成员集思广益，并聘请院总工及有丰富施工经验的技术骨干当技术顾问，共同克服这一技术难题，经过长时间的讨论，提出：若在锚杆施工过程中同时完成注浆工作，这样自进式锚杆周边卵石将会被固结，注浆效果将会大大提升，同时自进式锚杆的抗拔力也将会有所提升[10]。如何实现在在自进式锚杆施工过程中同时完成注浆工作是困扰每一个人的一大技术难题。笔者通过翻阅资料，查阅相关的技术文献，都未找到相关的施工技术，这就需要项目组共同克服，打破常规施工工艺，优化工艺流程，提高质量，提高效率成为共同的目标[11-12]。经过反复讨论，从钻具入手，改进钻具，这就有了一种针对复杂地层的自进式锚杆施工专用机具，并将该机具应用到工程实践中，并取得了很好的效果，该机具是将注浆箱体安装在冲击器前端，并用密封条密封，内置轴承，完美地解决了这一技术难题[13]。该项目的施工工艺有三个方面的改进提高：一是用潜孔锤钻机替代了普通回转钻机。二是在冲击器底部增加了与自进式锚杆专用机具的连接机构（冲击器花键轴与机具的连接）。三是制作了顶端与冲击器连接并进压缩空气、侧面输送注浆液的专用机具，实现了潜孔锤钻机直接施工自进式锚杆（边钻进边注浆），施工过程中气液在机具内混合形成了射流注浆，提高了注浆质量[14]。
2.3优化后的自进式锚杆施工工艺施工步骤
1）将专用钻具安装在冲击器前端；2）钻机就位；3）将自进式锚杆通过轴头安装在转轴上；4）启动空压机、冲击器及注浆泵，冲击器带动转轴转动，并同时施加钻孔力，钻孔的同时，注浆泵工作，将浆料通过注浆管注入第二空腔，进而通过注浆孔进入第一空腔，通过第一空腔进入中空的自进式锚杆，然后进入钻成的孔内，完成注浆。
3结束语
对自进式锚杆施工机具的改进及自进式锚杆施工工艺流程的优化，是整个项目顺利开展的关键，以在泰安中南财源中央商务区基坑支护工程中的应用为例，从克服塌孔卡钻、注浆不均匀、锚杆抗拔承载力不足等方面得出如下结论：1）当遇到碎石层、卵石层等复杂地层时，采用自进式锚杆代替普通锚索是行之有效的施工方案。2）一种针对复杂地层的自进式锚杆施工专用机具能有效解决自进式锚杆施工过程中的不足，实现了锚杆成孔、锚杆下放及锚杆注浆同步进行，通过气、液混合射流提高了锚杆注浆质量。3）泰安中南财源中央商务区基坑支护工程，采用了自进式锚杆施工专用机具，改进了施工工艺，加快了施工进度，提高了施工效率，节约了施工成本，有效地提高了碎石层、卵石层等复杂地层自进式锚杆施工质量，确保了施工安全和工程质量，并通过了竣工验收。具有明显的经济效益，节约了施工成本12万元，缩短了施工工期15d。4）一种针对复杂地层的自进式锚杆施工专用机具，自进式锚杆合格率有了明显的提升，确保了基坑边坡安全，自进式锚杆专用机具的成功研制不仅对自进式锚杆施工工艺流程进行了优化，还使山东省地矿工程勘察院的技术实力有了更进一步的提升，业主对此次基坑支护工作的过程及结果都非常满意，肯定了该单位的施工和管理水平，使得该单位在业主的档案中树立了良好的形象。5）一种针对复杂地层的自进式锚杆施工专用机具通过气、液混合射流可有效提高注浆效果，从而减少水泥用量，缩短工期的同时也能减少钻机的工作时间，从而减少尾气排放，达到减少尾气排放的效果，该施工工艺具有很好的环境效益。6）该施工工艺及成果具有很高的推广价值，不仅可以提高施工质量、减少施工投入、提高施工效率，还能有效提高资源利用率和减少对环境的污染；在接下来的施工过程中将积极推广该项技术，让更多项目受益。
作者:杨颖 薛振龙 王国辉 刘兆成 王玉波 单位:山东省地矿工程勘察院
