不良地质条件下高边坡预应力锚索跟管施工技术应用研究

卓海金

摘要：为解决不良地质条件下锚索施工成孔难、卡钻、偏空等技术难题，提高预应力锚索施工质量水平，文章结合工程实例，通过对预应力锚索构造、跟管施工工艺、质量控制措施等方面进行了分析和总结，为预应力锚索施工质量提供了技术保障，也为同类型预应力锚索施工提供参考。

关键词：预应力锚索;跟管施工工艺;施工质量

中图分类号：U617.8 A 08 020 2

0 引言

预应力锚索是边坡工程建设中重要的组成部分［1］，其施工质量的优劣直接关系到工程的稳定性及长久性，甚至关系到人民的生命财产安全，因此对其施工质量的控制变得尤为重要。为有效提升预应力锚索施工质量水平，规范施工工艺，保证施工建设质量，本文依托平陆运河一期工程项目，对马道枢纽Ⅱ号边坡工程的预应力锚索构造、施工工艺及质量管控措施等进行研究，以期为同类型预应力锚索施工提供参考借鉴。

1 工程概述

1.1 工程位置及规模

马道枢纽Ⅱ号边坡位于灵山断褶带中，受地质构造影响，工程区存在两条断层（图1）。该边坡共设18级平台，坡高近180 m，沿坡面底宽约850 m，所处区域地质情况复杂，坡体中部存在构造裂缝，地层产状差异大，岩土体破碎，裂隙发育，以泥岩为主，强度较低，遇水极易软化，局部夹带炭质淤泥土层。地层岩性由表及里分别为：杂填土、粉质黏土、全风化泥岩、中风化泥岩，处于欠稳定状态。

为保证边坡开挖后的整体稳定性，结合不良地质工况验算分析，现状坡面采用了压力分散型预应力锚索+格构梁的防护形式，锚索设计长度为40 m，按梅花形布置，每束锚索由12根带皮钢绞线组成，锚束直径为160 mm，内锚固段由4组承压板组合成，设计最大拉拔力为1 000 kN。

1.2 现场施工情况

坡面开挖完成后，在进行预应力锚索钻孔施工时，发现钻机直接钻进成孔困难，施工过程中的塌孔、卡钻、偏孔等问题突出，无法正常施工，且难以保证成孔质量和施工效率。经综合考虑，选择大扭矩的哈迈90A钻机，并采用跟管工艺技术，有效解决施工技术难题，保证了钻进效率和成孔质量，形成了完备、可靠、成熟的施工技术［2］。

2 预应力锚索工作机理

压力分散型预应力锚索主要由锚固段、自由段、锚头三大部分组成。锚固段内设置多个承载体，其作用原理是当外部施加预应力时，应力通过锚索均匀分散至锚固段各承载体，各承载体间浆体受到挤压后，通过与孔道间的摩阻，再将应力传递至岩土体，从而达到稳固坡体的效果［3］，如图2所示。

3 预应力锚索跟管施工工艺

3.1 施工工艺流程

该项目根据实际施工情况，采用预应力锚索跟管施工工艺，其主要工艺流程为：施工准备—钻孔平臺搭设—锚孔定位测量—钻机就位—钻造锚孔—套管跟进—锚孔底清理—压注护孔浆液—套管抽离—验孔—锚束加工、安装—压注孔道浆液—张拉预应力锚索—封堵锚头—养生［4-5］。

3.2 施工准备

在施工准备阶段，应根据施工组织情况，配备施工所需材料，并按要求开展技术交底培训。

钻孔前，提前搭设施工作业平台，根据锚索设计参数、工程地质情况等，通过试钻选配钻机。经试钻采用哈迈90A跟管钻机满足要求（钻孔适用直径为150～260 mm，钻孔适用深度为45～120 m，最大扭矩输出为6 000 N·M）。跟进套管选用具有一定强度、刚度的钢管，节长1.5 m，管径宜大于钻孔直径10 mm。并配备专用拔管设备，拔管设备由空压机及定制千斤顶组合而成。

3.3 锚孔定位测量

施工钻孔平台搭设完成后，需定位钻孔孔位，即按设计图纸尺寸，沿坡面采用拉线+撒石灰方式，将锚索孔位标画确定，以便钻机定位，减小钻孔偏差。

3.4 钻造锚孔及套管跟进

钻机就位后应稳固，安装钻头、钻杆及跟进套管，将钻头缓慢贴近坡面，利用坡度尺调整钻进角度，使钻杆、钻头、孔道保持在一条直线。施钻时遵循先慢后快、灵活调整原则。每节钻进深度按单节钻杆长度控制，便于提高工作效率。即每钻进一节（钻杆节长3 m），清孔一节，套管跟进一节（套管节长1.5 m），并复核钻孔角度，如存在偏差则及时修正调整。按钻进—清孔—接杆—跟进套管—复核的顺序，依次循环钻进，直至钻达设计孔深。

3.5 压注护孔浆液及套管抽离

钻机钻至设计孔深后，由于地下水差异性影响，需根据实际情况研判：（1）如若整体钻孔过程中无地下水影响，即孔道基本处于干施工状态时，则可通过专用抽管设备，缓慢匀速地将套管分节抽离，保留最后一管节；（2）如整体钻孔过程中，孔道处于泥水施工状态，此时由于孔道自稳能力差，直接抽离套管，已成孔道将会再次塌孔而阻塞，因此需提前制备护孔水泥浆液并注入孔底，静置20 min后再缓慢匀速地将套管分节抽离，保留最后一管节。

3.6 锚索加工、安装及注浆

锚孔成孔后应及时装入锚索，安装锚索前对锚孔进行二次清孔，以确保锚孔成孔效果。由于成束锚索较长且重量大，安装时须通过汽车吊吊装，辅以人工调整将锚索缓慢插入锚孔。安装过程严禁强拉硬拽，锚索安装就位后，应在1 h内及时压注制备水泥浆液，待孔口溢出浆液与压注浆液浓度一致时方可停止注浆。二次注浆应在首次注浆后间隔1.5～2 h，根据孔口浆液变化情况补注。

3.7 张拉预应力及封堵锚头

预应力锚索张拉须待单元格构梁施工完成后进行，因此在锚索浆体养护期间应及时开展对应区域的格构梁施工，过程中注意避免撞击预留锚索，待锚索浆体、锚具混凝土、格构梁混凝土强度满足设计要求后进行预应力张拉。预应力张拉应采用穿心束千斤顶，分级、分段张拉至控制应力后锚固，并按要求封堵锚头。

4 预应力锚索跟管施工工艺特点

4.1 成孔效率高

本工艺可适用于多种此类不良地质条件下施工，施工过程中避免反复出现塌孔、卡钻现象，节约施工处治时间。且采用大扭矩钻机，破岩效率高，钻进速度快，并由高压风携带钻渣出孔，避免重复破碎，大大提高施工功效。

4.2 锚固质量好

采用全套管护壁钻进施工，有效防止成孔过程中的塌孔，并在一次注浆后拔除护壁套管，确保了成孔质量，增强了锚固质量，有效减少锚索后期预应力损失。

4.3 综合成本低

施工过程中无须采用大型机械设备，操作简便，钻进速度快，成孔一次到位，避免反复处治塌孔、卡钻等问题，施工工期大大缩短，总体综合施工成本低。

5 预应力锚索施工质量控制要点及保障措施

5.1 原材料把控措施

合格原材料是质量控制的关键。钢绞线、锚具、夹具进场前应严格核查进场材料出厂合格证及试验检测报告，并严格按规范要求对进场原材料进行见证取样检验，检查其表面质量、直径偏差及相关力学性能，确保原材料合格可靠。

5.2 钻机稳固措施

钻机就位必须安装稳固。钻机晃动、钻杆摆动、成孔不规则、成孔不顺直等问题都将影响钻孔的精确度，影响锚索穿入，进而影响锚索受力性能，因此钻机应与工作支架以临时焊接或设置卡扣的方式稳固。

5.3 坡体排水措施

由于坡体地下水位差异性影响，带水钻孔作业将严重影响成孔效果及锚固效果，后期预应力损失极大。钻孔前应提前在下游坡脚低位处水平打设深层排水孔，排水管长度为40 m，间距3 m，孔径50～100 mm，以此释放坡体水压力，降低地下水位。

5.4 锚索孔口处置

锚索孔位在经过刷坡、钻孔、拔管等一系列工作后，孔口土体会变得较为松散破碎，在进行锚垫板施工前，需清除松散破碎土体，浇注低标号素混凝土补平坡面，以保证孔口锚索受力均匀，同时加强孔口处补强钢筋安装，防止锚具回缩。

5.5 锚固段入岩长度验证

钻孔过程中，按要求收集并记录每一循环清孔渣样，通过收取的渣样与设计地勘情况进行详细对比，验证锚固段入岩长度是否满足要求。如若明显与设计地质不符，存在较大偏差时，則应加深钻孔，确保锚固段进入稳固岩层。

5.6 施钻顺序

施钻遵循由边坡两侧向中部，先下层后上层的顺序。

6 结语

预应力锚索跟管施工技术在施工效率、成本控制上都突显出优越性，解决了不良地质条件下高边坡钻进成孔难、易塌孔的关键技术难题，提高了预应力锚索的施工质量，形成了一整套成熟的施工工艺，为同类型预应力锚索施工提供参考借鉴，取得了良好的社会和经济效益。

参考文献

［1］李 凯，雷 斌.深厚松散填石边坡偏心潜孔锤及全套管跟管成锚综合施工技术［J］.施工技术（中英文），2022，51（24）：125-129.

［2］王艳娇.不良地质锚索造孔套管跟管钻进施工技术［J］.云南水力发电，2022，38（3）：17-19.

［3］薛鹏飞.复杂地质条件下预应力注浆锚索受力特征及应用研究［J］.山西冶金，2023，46（1）：164-166.

［4］赵常青，樊占东，冉黎明，等.破碎岩土高边坡锚索锚杆框架梁支护施工工艺［J］.公路，2023，68（5）：50-53.

［5］梁爱佳.预应力锚索框架梁在公路高边坡加固中的应用［J］.交通世界，2023（18）：92-94.

收稿日期：2023-08-25