預(yù)應(yīng)力錨索套管跟進(jìn)鉆孔施工技術(shù)米錨索成孔

覆蓋堆積層中超100m深孔預(yù)應(yīng)力錨索套管跟進(jìn)鉆孔施工技術(shù)1工程概述水電站竹子壩場地加固工程位于右壩肩與竹子壩料場之間，引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)水口附近，該場地建設(shè)有高線砼拌和系統(tǒng)和竹子壩人工骨料加工系統(tǒng)。由于建設(shè)兩大系統(tǒng)相繼建成投入使用，該場地上荷載發(fā)生重大變化，進(jìn)而產(chǎn)生了滑動和變形，尤其是前緣側(cè)邊坡以及前緣的平臺邊坡穩(wěn)定性很差，相繼出現(xiàn)溜滑和變形。為了應(yīng)對此變化，保證兩個系統(tǒng)安全運(yùn)行，在施工區(qū)邊坡主溜滑和變形方向設(shè)計(jì)了擋土墻加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方案，對邊坡進(jìn)行加固處理。正邊坡設(shè)置750kN和1000kN錨索共272根，其中1360～1380高程正邊坡交錯布置105m、110m的750kN錨索42根，錨索與坡面成俯角35°夾角；1380～1395高程正邊坡交錯布置105m、110m的1000KN錨索62根，錨索與坡面成俯角15°夾角（見圖1）。圖1預(yù)應(yīng)力錨索夾角示意圖施工地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，該施工區(qū)場地出露的地層為第四系崩坡積堆積(p1+d1Q4)塊碎石土、沖洪積堆積(p1+a1Q3)含碎石粉質(zhì)粘土和湖積堆積的(PL+a1Q3)的含碎卵石土、粉質(zhì)粘土(1Q3)及孤塊石夾少量砂卵礫石層（co1+p1Q3）等，下伏基巖為二疊系上統(tǒng)上段和中段的玄武巖。場地大部分覆蓋層主要是沖洪坡積堆積塊碎石土、含碎石粉質(zhì)粘土和湖相沉積的含碎卵石及粘土，厚度普遍大于100m，存在不均勻（變形）沉降。地下水埋藏較淺，直接受地表水影響。粉質(zhì)粘土（IQ3）粉質(zhì)粘土下存在大量承壓水。2施工情況2.1預(yù)應(yīng)力錨索施工程序完成施工準(zhǔn)備工作后，根據(jù)測量放線現(xiàn)場確定的孔位將鉆機(jī)就位，按照設(shè)計(jì)要求的角度和鉆孔深度完成鉆孔。錨索孔驗(yàn)收合格后下入提前編制好的錨索體，然后封閉錨索孔孔口，分別對錨索體錨固段和張拉段進(jìn)行注漿。錨索編制過程中按照設(shè)計(jì)要求將錨索體分為錨固段和張拉段，錨固段設(shè)置承壓板、隔離支架和止?jié){包，張拉段設(shè)置隔離支架并外包土工布，分別采用鉛絲綁扎，錨固段和張拉段分別設(shè)置1組進(jìn)回漿管路。完成一片區(qū)域的錨索注漿后，進(jìn)行錨墩和框格梁澆筑，為保證張拉效果，錨墩和框格梁同步澆筑。錨墩和框格梁達(dá)到7d強(qiáng)度后即可進(jìn)行錨索張拉作業(yè)。張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后鎖定，持續(xù)進(jìn)行3～7d應(yīng)力損失監(jiān)測，如應(yīng)力損失超過設(shè)計(jì)要求必須進(jìn)行錨索補(bǔ)償張拉。錨索張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后截?cái)噱^頭外多余長度鋼絞線封錨。2.2鉆進(jìn)工藝選定2.2.1覆蓋堆積層邊坡常規(guī)鉆孔工藝在厚度較淺覆蓋堆積層內(nèi)錨索鉆孔施工，主要采用常規(guī)工藝“直錘鉆孔結(jié)合固壁灌漿”和“單級套管跟進(jìn)鉆孔”。“直錘鉆孔結(jié)合固壁灌漿”主要缺點(diǎn)是：單孔錨索鉆孔周期長，覆蓋堆積層內(nèi)鉆孔過程中反復(fù)多次出現(xiàn)塌孔，且富含的地下水延長了純水泥漿或水泥砂漿凝固周期，固壁灌漿后待凝3～5d方能進(jìn)行掃孔作業(yè)，塌孔后淺孔鉆具較易處理出孔，但深孔鉆具處理困難，經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)抱死現(xiàn)象，鉆具損失較大；“單級套管跟進(jìn)鉆孔”工藝主要缺點(diǎn)：由于覆蓋堆積層厚度超過100m，受套管、管靴材質(zhì)限制，在跟管至55m孔深左右時，出現(xiàn)管靴與套管連接處斷裂或第一節(jié)套管與第二節(jié)套管連接處斷裂事故，經(jīng)過處理往往只能取出偏心鉆具，20m以內(nèi)淺孔時尚能將斷裂的管靴和套管處理出孔，20m以上的深孔無法將斷裂的管靴和套管處理出孔，造成錨索孔報(bào)廢和管靴、套管的非正常損耗，并且事故孔處理周期較長?？紤]到竹子壩施工場地加固工程工期緊張，前期施工中直接采用“單級套管跟進(jìn)鉆孔”常規(guī)錨索鉆孔工藝，但是效果很不理想，自2009年4月27日投入23臺YXZ-90A型錨索鉆機(jī)采用常規(guī)套管跟進(jìn)鉆孔工藝開始鉆孔施工，截至5月31日僅完成23孔錨索鉆孔，單孔錨索成孔周期在35d左右，單孔廢孔進(jìn)尺90m左右，廢孔率達(dá)到300%，單個錨索孔需要反復(fù)開孔3次左右才能成孔，孔內(nèi)事故頻發(fā)，單孔損耗達(dá)到鉆頭3個、鉆桿21m、管靴5個、套管15m。2.2.2覆蓋堆積層邊坡“2級套管跟進(jìn)”和“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”的運(yùn)用通過對前期鉆孔施工的研究和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，采用“單級套管跟進(jìn)鉆孔”錨索鉆孔工藝時，由于覆蓋堆積層厚度超過100m，受套管、管靴材質(zhì)限制，在跟管至55m孔深左右時，出現(xiàn)管靴與套管連接處斷裂或第一節(jié)套管與第二節(jié)套管連接處斷裂事故，經(jīng)過處理往往只能取出偏心鉆具，20m以內(nèi)淺孔時尚能將斷裂的管靴和套管處理出孔，20m以上的深孔無法將斷裂的管靴和套管處理出孔，造成錨索孔報(bào)廢和管靴、套管的非正常損耗，并且事故孔處理周期較長。確定了問題的癥結(jié)，我部提出了新的鉆孔工藝“2級套管跟進(jìn)”和“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”，解決了“單級套管跟進(jìn)鉆孔”工藝中單孔預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔周期長、成孔率低、孔內(nèi)事故頻發(fā)、鉆具非正常損耗大等問題。自2009年6月1日采取“2級套管跟進(jìn)”和“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”鉆孔工藝完成后續(xù)81根105m、110m預(yù)應(yīng)力錨索，單孔錨索成孔周期縮短至5～7d，單孔廢孔進(jìn)尺20m左右，單孔損耗降至鉆頭1個、鉆桿3m、管靴2～3個、套管3m，極大地提高了覆蓋堆積層內(nèi)錨索鉆孔效率。3“2級套管跟進(jìn)”和“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”鉆孔工藝的特點(diǎn)（1）單孔錨索成孔周期短，5～7d可完成孔深110m鉆孔任務(wù)；（2）成孔率高，達(dá)到100%；（3）孔內(nèi)事故率低；（4）鉆具損耗少；（5）覆蓋堆積層內(nèi)鉆孔深度長，已超過100m；（6）使用常規(guī)預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔設(shè)備，無需配備特種機(jī)械；（7）較常規(guī)鉆孔工藝節(jié)約成本，節(jié)約投資。4工藝原理4.12級套管跟進(jìn)選用YXZ-90A型錨桿鉆機(jī)，配備外徑φ148mm擴(kuò)孔直徑達(dá)到φ178mm以上的偏心鉆頭，使用φ89mm鉆桿，跟進(jìn)管靴外徑、內(nèi)徑，跟進(jìn)套管外徑、內(nèi)徑，鉆進(jìn)至50m左右時（受材質(zhì)限制，管靴和第一節(jié)套管覆蓋層堆積體內(nèi)跟進(jìn)極限深度）取出全部鉆具更換，從套管內(nèi)鉆進(jìn)至100m達(dá)到基巖面。換裝鉆具為外徑φ115mm擴(kuò)孔直徑達(dá)到以上的偏心鉆頭，使用φ89mm鉆桿，跟進(jìn)管靴外徑φ146mm、內(nèi)徑φ120mm，跟進(jìn)套管外徑φ146mm、內(nèi)徑φ126mm。鉆進(jìn)至100m到達(dá)基巖面后取出全部偏心鉆具，換裝外徑φ110mm直錘鉆具鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深105或110m后取出孔內(nèi)鉆頭和全部鉆桿。將錨索體從外徑φ146mm套管中下入孔底。然后使用YD-50型液壓拔管器進(jìn)行拔管作業(yè)，先將φ146mm套管全部拔出，再將φ178mm套管全部拔出。完成拔管作業(yè)后，將錨索孔孔口進(jìn)行封閉，依次按照設(shè)計(jì)要求對錨索體錨固段、張拉段進(jìn)行注漿作業(yè)。完成注漿作業(yè)后進(jìn)行錨墩、框格梁混凝土同步澆筑。在孔內(nèi)注漿水泥、錨墩和框格梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開始錨索張拉作業(yè)。錨索張拉力滿足設(shè)計(jì)值后鎖定錨索體并進(jìn)行封錨作業(yè)。4.2單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)選用YXZ-90A型錨桿鉆機(jī)，配備外徑φ115mm擴(kuò)孔直徑達(dá)到φ146mm以上的偏心鉆頭，使用φ89mm鉆桿，跟進(jìn)管靴外徑φ146mm、內(nèi)徑φ120mm，跟進(jìn)套管外徑φ146mm、內(nèi)徑φ126mm，鉆進(jìn)至50m左右時（受材質(zhì)限制，管靴和第一節(jié)套管覆蓋層堆積體內(nèi)跟進(jìn)極限深度）取出全部鉆具，拔出全部孔內(nèi)套管和管靴，更換管靴和第一節(jié)套管后從原孔重新鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至75m左右時再次更換管靴和第一節(jié)套管，繼續(xù)鉆進(jìn)至100m達(dá)到基巖面。到達(dá)基巖面后取出全部偏心鉆具，換裝外徑φ110mm直錘鉆具鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深105或110m后取出孔內(nèi)鉆頭和全部鉆桿。將錨索體從外徑φ146mm套管中下入孔底。然后使用YD-50型液壓拔管器進(jìn)行拔管作業(yè)，拔出孔內(nèi)全部φ146mm套管。完成拔管作業(yè)后，將錨索孔孔口進(jìn)行封閉，依次按照設(shè)計(jì)要求對錨索體錨固段、張拉段進(jìn)行注漿作業(yè)。完成注漿作業(yè)后進(jìn)行錨墩、框格梁混凝土同步澆筑。待孔內(nèi)注漿水泥、錨墩和框格梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開始錨索張拉作業(yè)。錨索張拉力滿足設(shè)計(jì)值后鎖定錨索體并進(jìn)行封錨作業(yè)。5施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1“2級套管跟進(jìn)”鉆孔施工工藝流程見圖2施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備測量放線鉆機(jī)就位第一級套管跟進(jìn)鉆孔停鉆換裝鉆具第二級套管跟進(jìn)鉆孔停鉆換裝直錘鉆具鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深停鉆取出孔內(nèi)鉆具（跟進(jìn)套管待錨索下至設(shè)計(jì)深度后全部拔出）圖2“2級套管跟進(jìn)”鉆孔施工工藝流程5.2“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”鉆孔施工工藝流程見圖3施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備測量放線鉆機(jī)就位套管跟進(jìn)鉆孔至50m停鉆更換管靴及第一節(jié)套管套管跟進(jìn)鉆孔至75m停鉆更換管靴及第一節(jié)套管套管跟進(jìn)鉆孔至100m停鉆取出孔內(nèi)鉆具（跟進(jìn)套管待錨索下至設(shè)計(jì)深度后全部拔出）圖3“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”鉆孔施工工藝流程5.3操作要點(diǎn)5.3.1鉆機(jī)固定：開鉆前必須將鉆機(jī)與腳手架牢牢固定，確保鉆孔過程中不產(chǎn)生位移；5.3.2鉆孔角度效驗(yàn)：鉆進(jìn)過程中時時效驗(yàn)鉆孔角度，保證滿足設(shè)計(jì)錨索角度要求；5.3.3孔內(nèi)清碴：適時提拉鉆桿，利用高壓風(fēng)將孔內(nèi)鉆碴及時排除孔外；5.3.4及時更換管靴和第一節(jié)套管根據(jù)現(xiàn)場施工情況判斷，采用“單級套管反復(fù)多次跟進(jìn)”鉆孔工藝施工時，在套管跟進(jìn)至50m、75m時必須更換管靴和第一節(jié)套管，可有效避免孔內(nèi)事故的發(fā)生。5.3.5液壓拔管器的選擇拔管器由2個千斤頂、1個底座和1個卡盤組成，根據(jù)覆蓋層厚度及鉆孔角度，拔管器選擇50t或以上型號。5.3.6錨索注漿錨固段注漿壓力以回漿壓力為標(biāo)準(zhǔn)，控制在0.3～0.4MPa；張拉段注漿，回漿管回漿后即可結(jié)束，注漿壓力以漿液在管路內(nèi)流動順暢為標(biāo)準(zhǔn)，可有效降低漿液在覆蓋堆積層內(nèi)的損耗。6材料與設(shè)備6.1采用的機(jī)械設(shè)備見表1。表1采用的機(jī)械設(shè)備表序號設(shè)備名稱設(shè)備型號單位數(shù)量備注1吊車8t臺12裝載機(jī)ZL50臺13液壓錨桿鉆YXZ-90AA臺234液壓拔管器YD-50個45地質(zhì)羅盤個563管鉗把507鏈鉗把506.2勞動力組織見表2。表2勞動力組織表序號工種人員數(shù)量（個）序號工種人員數(shù)量（個）1吊車司機(jī)12裝載機(jī)司機(jī)13鉆工604拔管工205技術(shù)員66質(zhì)檢員67現(xiàn)場指揮47質(zhì)量控制7.1錨索孔位由測量隊(duì)根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的控制坐標(biāo)點(diǎn)放點(diǎn)，且必須經(jīng)過質(zhì)檢人員和現(xiàn)場監(jiān)理驗(yàn)收；7.2開鉆前由現(xiàn)場技術(shù)人員將鉆機(jī)調(diào)整至設(shè)計(jì)角度，并由質(zhì)檢人員、現(xiàn)場監(jiān)理檢查驗(yàn)收后方可開鉆；7.3每鉆進(jìn)3～6m效驗(yàn)一次鉆孔角度，確保符合設(shè)計(jì)要求；7.4單孔鉆孔終孔并取出全部鉆具后，使用自制探孔器由質(zhì)檢人員和現(xiàn)場監(jiān)理進(jìn)行驗(yàn)收，確?？咨罘显O(shè)計(jì)要求，孔內(nèi)通道順暢，為后續(xù)工序的施工做好準(zhǔn)備。8安全措施8.1所有進(jìn)入現(xiàn)場工作的人員，必須按規(guī)定配帶安全防護(hù)用品，遵章守紀(jì)，聽從指揮。8.2在增加埋設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)的邊坡地段，施工安全員必須注意觀測邊坡的變化情況。安全員和施工技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)資料和一些預(yù)兆的主要表現(xiàn)及時采取措施，確保安全生產(chǎn)。8.3參加高空作業(yè)的工作人員，工作前必須進(jìn)行身體健康狀況檢查，凡患有精神病、癲病、高血壓、心臟病和其他不宜從事高空作業(yè)人員，均不允許從事登高作業(yè)。8.4從事高空作業(yè)的人員必須使用檢驗(yàn)合格的安全帶，施工用的爬梯和腳手架應(yīng)牢固、可靠，以免發(fā)生人身安全事故。8.5工作面盡量避免上下同時作業(yè)，必須同時作業(yè)時，上部作業(yè)區(qū)內(nèi)滿鋪馬道板，其底掛細(xì)密安全網(wǎng)，周邊圍安全網(wǎng)，并且馬道板面作業(yè)區(qū)周邊要側(cè)架一塊高竹跳板，以防馬道上物體下滑。下部作業(yè)面頭頂必須用竹跳板或馬道板架防護(hù)頂，以防上部墜物，工作面翻馬道板時必須其下面無人作業(yè)。8.6嚴(yán)禁在腳手架護(hù)欄桿上休息或在施工排架上睡覺。8.7高空作業(yè)時，不準(zhǔn)向上拋材料、工具、石塊等物體。8.8電氣設(shè)備的檢查、維修和調(diào)整工作，安排專職的電氣維修工進(jìn)行。8.9由于作業(yè)區(qū)邊坡高度大，坡度陡，排架搭設(shè)的穩(wěn)定性差（錨索施工在搭設(shè)的排架上施工），為保證排架和施工人員及設(shè)備的安全，搭設(shè)排架時一定要嚴(yán)格做到以下幾點(diǎn)：8.9.1搭設(shè)排架盡可能橫管扣豎管，不許橫管扣橫管，橫管垂直于坡面。排架坡面投影網(wǎng)格為1.8m×1.8m，垂直于坡面方向間距為2.0m，內(nèi)側(cè)排架離坡面0.3m。8.9.2整個排架必須每5.0m×5.0m方型打插筋孔，孔深1m，插筋直徑不小于25mm，孔布于坡面橫豎管交點(diǎn)之上方0.3m?？變?nèi)灌砂漿，插筋2天后用直徑為12mm的鋼筋將排架與插筋焊接。在設(shè)計(jì)布置有錨索孔的位置，每孔左右兩邊各加密1根插筋和拉筋。8.9.3各作業(yè)平臺、通道等必須滿鋪馬道板，外掛安全網(wǎng)，要求外觀整齊。8.9.4鉆機(jī)托架管采用雙根，以保鉆進(jìn)過程中鉆機(jī)不晃動。8.9.5架管、管卡質(zhì)量必須有保證，滿足規(guī)范要求，架管壁厚不小于3.5mm。8.9.6采用斜支撐、拉錨筋、剪刀架和承載部位增加立柱密度相結(jié)合的措施，保證管架剛度，滿足承載要求。8.9.7管架上應(yīng)設(shè)置明顯安全標(biāo)志。9環(huán)保措施9.1成立對應(yīng)的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機(jī)構(gòu)，在工程施工過程中嚴(yán)格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強(qiáng)對施工燃油、工程材料、設(shè)備、廢水、生產(chǎn)生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規(guī)章制度，做好交通環(huán)境疏導(dǎo)，充分滿足便民要求，隨時接受相關(guān)單位的監(jiān)督檢查。9.2將施工場地和作業(yè)限制在工程建設(shè)允許的范圍內(nèi)，合理布置、規(guī)范圍擋，做到施工標(biāo)牌清楚、齊全，各種標(biāo)識醒目，施工場地整潔文明。9.3對施工中可能影響到的各種公共設(shè)施制定可靠的防止損壞