王澤琨 賴咸根 周伏良 趙俊逸 唐 勇 劉運(yùn)思

(1.中國(guó)建筑第五工程局土木工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201； 3.湖南科技大學(xué)巖土工程穩(wěn)定控制與健康監(jiān)測(cè)省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201)

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·施工技術(shù)·

復(fù)雜巖溶地質(zhì)錨索(桿)施工方法改進(jìn)分析★

王澤琨1賴咸根1周伏良1趙俊逸1唐 勇1劉運(yùn)思2,3*

(1.中國(guó)建筑第五工程局土木工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201； 3.湖南科技大學(xué)巖土工程穩(wěn)定控制與健康監(jiān)測(cè)省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201)

以長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)冰雪世界項(xiàng)目為例，闡述了復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下錨索(桿)的施工工藝流程，并探討了鉆桿注漿加止?jié){塞的技術(shù)要點(diǎn)，有利于提高錨索(桿)的成孔率，確保工程的施工質(zhì)量。

巖溶地質(zhì)，錨索，鉆桿注漿，溶洞

1 工程概況

冰雪世界項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)山塘村—獅峰山地段，坪塘大道東側(cè)、清風(fēng)南路南側(cè)，原湖南省新生水泥廠采石廠桐溪湖礦坑[1]。擬建的冰雪世界位于采石形成的礦坑上，礦坑為經(jīng)人工采石而成似橢圓形的巖質(zhì)礦坑，其長(zhǎng)直徑約230 m、短直徑約180 m?？颖谶吰缕露纫话阍?0°以上，一般高度70 m以上，最高有近100 m，整個(gè)坑壁邊坡長(zhǎng)度約600 m，邊坡大部分基巖裸露，坑壁頂部有土層覆蓋。

冰雪世界主體結(jié)構(gòu)主要通過(guò)位于坑底的柱子支撐，部分荷載落在坑壁巖質(zhì)邊坡平臺(tái)上，為保證邊坡開(kāi)挖以及上部結(jié)構(gòu)施工期間邊坡的安全，確保冰雪世界主體建筑在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)邊坡的穩(wěn)定，需對(duì)邊坡進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

2 礦坑巖質(zhì)邊坡

2.1 工程地質(zhì)條件

冰雪世界項(xiàng)目工程場(chǎng)地原始地貌單元為湘江河流沖積堆積階地，巖石為古生代泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組淺灰色～深灰色薄層～厚層灰?guī)r，厚度大于210 m。礦坑西、北多為一級(jí)邊坡，東南運(yùn)輸通道形成2級(jí)～3級(jí)邊坡，呈棱狀至坑底。

邊坡巖體表面見(jiàn)裂隙性溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象，沿?cái)鄬?、裂隙及層面等結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象較普遍，風(fēng)化裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面膠結(jié)物蝕變明顯或溶蝕充泥現(xiàn)象普遍，溶蝕風(fēng)化張開(kāi)寬度一般3 mm～10 mm不等；結(jié)構(gòu)面間的巖石組織結(jié)構(gòu)無(wú)變化，保持原始完整結(jié)構(gòu)，巖石表面或裂隙面風(fēng)化蝕變或褪色明顯；巖體完整性受結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化影響明顯，巖體強(qiáng)度下降，邊坡主要見(jiàn)溶蝕裂隙、溶蝕溝槽和溶洞。結(jié)合礦坑周邊鉆孔已揭露的主要溶洞在空間的分布情況，分為溶穴、槽狀溶洞、溶蝕破碎帶和溶蝕裂隙發(fā)育帶。

2.2 巖質(zhì)邊坡錨索(桿)施工情況

該巖質(zhì)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索、全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿加格構(gòu)的加固形式，預(yù)應(yīng)力錨索采用12股φ15.2的1860級(jí)無(wú)粘結(jié)環(huán)氧涂層預(yù)應(yīng)力鋼絞線，軸向拉力為1 000 kN，孔深25 m～45 m，孔徑165 mm，嚴(yán)格要求錨固段深入微風(fēng)化完整巖，錨索縱橫向間距均為3 m；全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿桿體為φ32 HRB400鋼筋，孔深9 m，孔徑130 mm。

3 礦坑巖質(zhì)邊坡錨索(桿)施工工藝

不同地質(zhì)條件下，錨索成孔所采用的施工工藝、鉆孔設(shè)備、注漿設(shè)備不同，針對(duì)巖溶發(fā)育的高陡邊坡，采用的鉆孔設(shè)備主要為YG-80輕型錨固鉆機(jī)以及英格索蘭電動(dòng)空壓機(jī)。

在錨索鉆孔過(guò)程中，成孔后塌孔，串、漏風(fēng)甚至不返風(fēng)，卡鉆、掉鉆，以及打斷鉆桿和套管等問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)。其原因主要是礦坑所處地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，巖石破碎、巖溶裂隙發(fā)育，各溶洞串通。在解決上述問(wèn)題時(shí)，主要思路是提高巖體的完整性及避開(kāi)不良地質(zhì)現(xiàn)象，具體辦法就是進(jìn)行偏心跟管鉆進(jìn)和固壁灌漿[2]。

3.1 偏心跟管鉆進(jìn)施工工藝

采用YG-90型錨索鉆機(jī)，沖擊器前套管靴及同芯鉆頭帶鋼管鉆進(jìn)，鉆至錨固段深度并確定是完整巖層后更換普通鉆桿繼續(xù)鉆進(jìn)，如仍出現(xiàn)不良地質(zhì)鉆進(jìn)情況，或孔內(nèi)泥漿填充物涌出量未明顯減少，則繼續(xù)采用帶套管的鉆桿鉆進(jìn)。但由于礦坑巖質(zhì)邊坡所處的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶、裂隙極其發(fā)育，在跟管鉆進(jìn)過(guò)程中施工平臺(tái)擺動(dòng)幅度大，致使成孔孔壁不規(guī)整，跟管下放摩擦力大，造成卡鉆現(xiàn)象，并且由于鉆頭在穿過(guò)溶洞時(shí)因重量問(wèn)題有下傾現(xiàn)象，鉆桿與跟管卡死等原因，跟管鉆進(jìn)成孔率極低。

3.2 不跟管鉆進(jìn)(普通鉆進(jìn))后固壁灌漿工藝

其基本施工流程為：不跟管鉆進(jìn)→遇不良地質(zhì)(溶洞、裂隙等)→注漿→漿液強(qiáng)度達(dá)到鉆進(jìn)條件→不跟管鉆進(jìn)→成孔。

由于偏心跟管鉆進(jìn)不適合礦坑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工環(huán)境，只能對(duì)其采用不跟管鉆進(jìn)，但由于礦坑巖質(zhì)邊坡內(nèi)部溶洞眾多，裂隙發(fā)育串通，導(dǎo)致成孔率低，針對(duì)此問(wèn)題多采取固壁注漿的方法進(jìn)行處理，但不同類型的注漿工藝所表現(xiàn)出來(lái)的固壁效果差異較大，這就對(duì)注漿工藝提出了新的要求[3-5]。

3.2.1 采用直接洗孔、注漿工藝

基本施工工藝流程為：鉆機(jī)鉆進(jìn)→遇不良地質(zhì)退桿→注漿管注水洗孔→孔口返出泥漿較為稀釋→利用洗孔管進(jìn)行注漿固結(jié)→孔口返漿后終止注漿。由于工程所處的地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶裂隙發(fā)育，溶洞上下串通且內(nèi)部含有大量填充物，導(dǎo)致注漿效果不佳，成孔率極低，而且在洗孔過(guò)程中，還造成上部土質(zhì)邊坡局部沉陷。故此注漿工藝不適合運(yùn)用在復(fù)雜巖溶地質(zhì)的錨索施工。

3.2.2 采用鍍錫鋼管插入溶洞處注雙液漿工藝、干鉆法施工

主要施工工藝流程為：鉆機(jī)鉆進(jìn)→遇不良地質(zhì)退桿→放鍍錫鋼管至溶洞處注漿→摻入一定比例的水玻璃→通過(guò)三通閥門注入孔底溶洞處→孔口返漿后終止注漿。

考慮普通漿液凝固時(shí)間長(zhǎng)，如提前復(fù)鉆易造成孔內(nèi)漿體強(qiáng)度不足導(dǎo)致塌孔，結(jié)合此種情況，遇溶洞退桿后下放鍍錫鋼管至溶洞處注雙液漿，由孔底返漿后終止注漿。通過(guò)試驗(yàn)確定水泥漿與雙液漿的比例為1∶0.8，漿體在6 h～8 h后能達(dá)到90%強(qiáng)度，即6 h～8 h可以對(duì)錨索孔進(jìn)行復(fù)鉆，加快了處理的速度，但此種工藝有它不足之處，其適合處理孔洞內(nèi)有小溶洞的情況，若孔洞內(nèi)存在較大直徑的溶洞且上下串通的情況，在復(fù)鉆過(guò)程中，極易塌孔。

3.2.3 采用鍍錫鋼管插入溶洞處注水泥漿+早強(qiáng)劑工藝技術(shù)

主要工藝流程為：鉆機(jī)鉆進(jìn)→遇不良地質(zhì)退桿→放鍍錫鋼管至溶洞處注漿→摻入一定比例的水玻璃→孔口返漿后終止注漿。

考慮普通漿液凝固時(shí)間長(zhǎng)，如提前復(fù)鉆易造成孔內(nèi)漿體強(qiáng)度不足導(dǎo)致塌孔，在采用添加水玻璃注雙液漿的同時(shí)，水泥漿體中摻入一定比例的早強(qiáng)劑同步進(jìn)行試驗(yàn)，以達(dá)到漿體凝固時(shí)間短，早期強(qiáng)度高的要求，早強(qiáng)劑比例為水泥用量的2.5%～3.5%，漿體24 h能達(dá)到90%強(qiáng)度，從而加快處理進(jìn)度，這種處理工藝與前一種工藝相同，有它不足之處。

3.2.4 采用改進(jìn)的鉆頭，通過(guò)鉆桿注漿，加壓的施工工藝

1)第一種施工工藝流程：鉆至溶洞處無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，退桿更換三葉合金鉆頭后重新裝入鉆桿伸至溶洞位置，利用鉆桿孔底注漿，孔口返漿后終止注漿。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮常規(guī)固結(jié)注漿無(wú)法有效的填充溶洞，采用鉆桿注漿，鉆至溶洞后退桿，將沖擊器鉆頭更換為三葉合金鉆頭后伸入溶洞處注漿，確保漿體直接填充入溶洞，后由于鉆桿難以加壓，漿體壓力不足，實(shí)際復(fù)鉆效果不佳。

2)第二種施工工藝流程：鉆至溶洞處無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，退桿更換三葉合金鉆頭后重新裝入鉆桿穿過(guò)溶洞位置，利用鉆桿加壓孔底注漿，孔口返漿后終止注漿。再在孔口放入止?jié){塞加壓二次注漿，待注漿壓力達(dá)到5 MPa后終止注漿，穩(wěn)壓0.5 h。待24 h～36 h后復(fù)鉆。

針對(duì)前一種施工工藝做了一定改進(jìn)，即先鉆至溶洞后退桿，將沖擊器鉆頭更換為三葉合金鉆頭后，穿過(guò)溶洞后加壓注漿，確?？變?nèi)漿體完全填充后退桿，退桿時(shí)利用三葉鉆頭進(jìn)行二次攪拌，退桿后再在孔口加設(shè)止?jié){塞套注漿管加壓注漿，待注漿壓力達(dá)到1.5 MPa后終止穩(wěn)壓注漿，該注漿工藝，對(duì)孔洞內(nèi)溶洞處理起到了一定的效果。

4 鉆桿注漿加止?jié){塞施工工藝

工藝流程：鉆機(jī)鉆進(jìn)→鉆至溶洞退桿→更換三葉鉆頭→重新安裝鉆桿下至溶洞處→鉆桿注漿→退桿后安裝孔口止?jié){塞→連接注漿管加壓注漿。

1)鉆機(jī)鉆進(jìn)至溶洞退桿。利用現(xiàn)有鉆機(jī)對(duì)錨索孔位進(jìn)行鉆進(jìn)，遇溶洞、裂隙等不良地質(zhì)無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，退出鉆桿、鉆頭。

2)更換鉆頭安裝鉆桿重新下放至溶洞處。退桿后將原沖擊器、合金鉆頭更換為三葉鉆頭(見(jiàn)圖1)，重新安裝鉆桿，通過(guò)鉆機(jī)將三葉鉆頭伸入溶洞位置。

3)安裝接頭及注漿管進(jìn)行鉆桿注漿。鉆桿端部安裝自制接頭，保證鉆桿與注漿管有效連接，注漿管與接頭另一端鍍錫鋼管相連，通過(guò)鉆桿直接將漿體注入溶洞位置，待孔口返漿后停止注漿。

4)退桿孔口設(shè)置止?jié){塞加壓注漿。待孔口返漿后，停止鉆桿注漿。退出鉆桿及鉆頭后在孔口位置安設(shè)止?jié){塞(灌漿膠塞)(見(jiàn)圖2)，止?jié){塞周邊采用水泥編織袋填充密實(shí)，架體加設(shè)2根立桿對(duì)止?jié){塞進(jìn)行主動(dòng)固定，防止注漿加壓過(guò)程止?jié){塞沖出孔外。止?jié){塞外露管與注漿管連接固定，采用BW-250型大功率泥漿泵將水泥漿輸送至孔內(nèi)，輸送壓力控制在4 MPa，待壓力表上升至5 MPa后穩(wěn)壓10 min后(或漿體從12 m平臺(tái)涌出)終止注漿，漿體初凝前拔出止?jié){塞，待48 h以上方可復(fù)鉆。

5 結(jié)語(yǔ)

整套工藝針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜地質(zhì)情況較為有效，關(guān)鍵在于通過(guò)有效的注漿對(duì)所遇的不良地質(zhì)進(jìn)行妥善處理，防止二次鉆進(jìn)過(guò)程時(shí)原處理部分坍塌，從而影響錨索成孔進(jìn)度。但此工藝只能對(duì)已鉆進(jìn)所遇的單個(gè)溶洞進(jìn)行有效處理，并對(duì)溶洞處孔壁起到一定的護(hù)壁作用，防止已處理區(qū)域反復(fù)坍塌，由于現(xiàn)狀地質(zhì)情況溶洞極其發(fā)育，且呈串珠形，仍需多次反復(fù)處理方可成孔。在工程施工中,條件是很有限的,利用有限的條件去處理工程實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題是符合現(xiàn)實(shí)的[6]。

[1] 陳 駿,羅光財(cái),譚 博.復(fù)雜巖溶坑壁超長(zhǎng)錨索成孔技術(shù)研究[J].施工技術(shù),2015,44(S2):573-575.

[2] 張德圣.松散堆積體邊坡錨索鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù),2013,42(19):92-94.

[3] 高小魚(yú),許水潮.松散堆積體預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔施工措施[J].土工基礎(chǔ),2009,23(1):1618.

[4] 李海民,鐘瑞輝,劉 成.小彎電站引水溝堆積體錨索施工技術(shù)與改進(jìn)設(shè)計(jì)的探討[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù),2005,49(2):33-34.

[5] 李立剛.小灣水電站松散堆積體鉆孔施工工藝[J].水利水電科技進(jìn)展,2007,27(1):68-70.

[6] 王 偉,汪友平.錨索施工中的事故處理與注漿改進(jìn)[J].探礦工程,2006(9):43-45.

Construction method and improvement design of cable(rod) in complex karst geology★

Wang Zekun1Lai Xiangen1Zhou Fuliang1Zhao Junyi1Tang Yong1Liu Yunsi2,3*

(1.Civil Engineering Co., Ltd, China Construction Fifth Engineering Bureau, Changsha 410075, China;2.School of Civil Engineering, Hunan University of Science & Technology, Xiangtan 411201, China; 3.Provincial Key Laboratory of Geotechnical Engineering Stability Control and Health Monitoring, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China)

Taking ice-snow world project in Yuelu district of Changsha city as an example, the paper describes anchor cable(rod) construction technology procedures under complicated karst geology condition, and explores the technical points of drilling pile grouting adding grout-proofing, which will be good for improving anchor cable(rod) hole-forming rate and to guarantee engineering construction quality.

karst geology, anchor cable, drilling pile grouting, karst cave

1009-6825(2016)34-0090-02

2016-09-23★:湖南省自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：2015JJ6038)；湖南省教育廳一般項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：15C0555)

王澤琨(1991- )，男，在讀碩士

劉運(yùn)思(1985- )，男，博士，講師

TU745

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