1、跟管钻进及土工布包裹无粘结预应力锚索施工方案预应力锚索施工技术目前主要应用于边坡治理工程，在水利水电、公路、铁路、矿山等施工领域均有广泛的应用。传统的锚索施工较多的应用于岩石边坡，在地质条件复杂的崩塌堆积体及深厚覆盖层的边坡中应用较少，究其主要原因有两个，一是锚索造孔困难，二是注浆困难，难以将锚索自由段注满。采用跟管钻进可有效解决锚索钻孔困难的问题，采用土工布包裹自由段进行注浆，有效地控制了浆液的扩散范围，成功地解决了自由段注浆难的问题。该项施工技术于xx年成功的在xx水电站左岸2山梁抢险锚索中应用，同时该项施工技术是水利水电集团公司2006年度科技进步特等奖700m级高陡边坡及堆积体开挖与锚2、固施工技术研究的主要研究课题之一，获得了评审专家组的高度评价，认为总体上达到了国际领先水平，填补了我国大规模堆积体锚索施工的空白。1特点跟管钻进及土工布包裹无粘结预应力锚索施工具有以下特点：1）钻孔施工工艺复杂，技术难度大，对钻孔操作人员素质要求高。2）与传统的钻孔工艺相比，增加了套管护壁，解决了松散堆积体中易塌孔、成孔难的问题，提高了施工进度。3）对施工机具配置要求相对较高。4）采用土工布加细帆布制作止浆包，注浆时，浆液中的水分可以泌出，而水泥颗粒不能通过，从而形成对钢绞线的有效握裹及保护，同时控制了浆液的扩散范围，节约了水泥用量，降低了成本。5）为松散覆盖层及崩塌堆积体边坡提供了一种成熟、3、快速的处理方法，具有较高的实际应用价值。2 适用范围本工法适用于地质结构复杂的崩塌堆积体及松散覆盖层锚索施工。3工艺原理3.1跟管钻孔分为偏心跟管及同心跟管两种方式，二者在工艺原理上略有不同。偏心钻具主要由三部分组成，稳杆器、偏心钻头和中心钻头，其工作原理为：正常钻进时，通过冲击器的震动冲击作用，带动偏心钻具进行钻孔，钻进时由于离心力及摩擦力的作用，偏心轮朝外偏出从而达到扩大孔径的目的，再通过稳杆器的冲击带动套管跟进，钻孔产生的岩粉通过稳杆器上的键槽吹出孔内。钻孔结束时，通过反转，使偏心轮收拢提出套管，套管留在孔内护壁而成孔。同心跟管：通过中心钻头及套在中心钻头外的同心套冲击破碎岩石造孔，同时4、利用同心套的扩孔作用将套管带入孔内，同心套内设键槽，到基岩后，中心钻头反转通过同心套中退出。同心跟管能较好的解决偏心跟管钻进时因地质结构复杂而造成的卡钻及孤石钻进问题，减小孔内事故发生的频率，更加有利于施工操作，提高钻孔工效。跟管结束后换用常规钻头钻至设计孔深。3.2注浆技术止浆包至少可以保证0.30.5MPa的灌浆压力。用密度为400g/m长丝土工布外套细帆布包裹索体的办法制成止浆包。两者的特点：土工布有厚度，透水不透浆，但抗磨性能差；细帆布同样透水不透浆，且表面光滑，抗磨性能良好。土工布、细帆布均用手提缝纫机缝制密实、牢固，包裹直径为孔径的1.11.2倍，止浆包两端止浆处的钢绞线、注浆管之5、间用土工布紧密包裹，而外层由土工布、细帆布组成的止浆套用铅丝绑扎牢固，以免在穿索过程中产生滑动，造成止浆包失效。在进行锚固段注浆时，浆液通过止浆包充浆管进入止浆包，使止浆包先行膨胀，达到止浆效果。由于堆积体物质存在疏松甚至架空，自由段注浆量大，且存在注不满的可能，质量无法保证。所以同样采用土工布外套细帆布包裹无粘结式锚索自由段，包裹长度可到自由段尾部，包裹直径也为孔径的1.11.2倍，且与止浆包土工布、细帆布连为一体，从而对锚索的自由段形成全长包裹，达到完全控制灌浆扩散范围的目的。4.工艺流程该工法进行锚索施工时的工艺流程如图1所示。施工准备、测量放孔钻 孔钢绞线检测下 索清 孔下 料锚索制作6、锚索运输机具标定、锚具检验外锚头保护试件制备、养护、检测浆液制备灌浆材料检验封孔灌浆张拉张拉台座砼浇筑筑内锚固段灌浆配合比设计埋件安装立 模砼拌制拔管图1：锚索施工工艺流程图5.操作要点5.1钻孔施工施工准备跟管钻进锚索施工均在边坡上进行，一般均需搭设施工平台，施工平台采用脚手架钢管搭设，其搭设必须满足安全施工需要及相关规范的要求，根据设计的孔位及钻孔方位，由测量放出孔位点。钻孔方法将钻机对准孔位点，固定牢固，按设计的钻孔角度及方位进行跟管开孔，跟管的孔径管靴部位的穿过孔径不小于设计内锚段的孔径要求，套管跟进至基岩内，换用普通的全断面钻头继续钻进至终孔深度。跟管钻进有偏心跟管和同心跟管两种方法7、，是锚索钻孔施工过程中的难点和重点，其施工过程的主要要点如下。（1） 偏心跟管钻进是目前进行堆积体锚索钻孔最常用的跟管钻进方法，偏心钻具主要由三部分组成，稳杆器、偏心钻头和中心钻头（如图2所示），对于一般常见的堆积体来说，偏心跟管钻孔工艺是一种比较成熟的跟管钻进方法，施工过程中应特别注意以下关键技术工艺的操作过程：图2：偏心跟管钻具结构图1）偏心跟管钻具在施工前应逐一检查冲击器、稳杆器、偏心钻头、中心钻头、套管、管靴，冲击器应工作正常，并加注机油润滑，偏心钻头应能灵活张开和收拢，张开时偏心锤头应大于套管靴外径，连接销及锁紧机构应牢固，钻杆与冲击器和冲击器与偏心钻具的连接应可靠，套管和套管靴无裂8、纹，凡有影响强度的缺陷不能使用。2）可先用同径常规钻头先造孔1m左右，给跟管钻进提供定位和导向作用。3）开钻前，将钻具组装好放入带有套管靴的套管内，让偏心锤头伸出套管靴，正转张开偏心锤头进行钻进。特别注意偏心跟管钻进时，在确认钻头到达孔底后，先回转，待正常后，再开风冲动钻进。4）钻进过程中，随着钻孔的延伸，边加钻杆边加接套管。5）每钻进0.30.5m应强风吹孔排粉一次，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具和上提动距离应严加控制（以能实现强风吹孔为限），禁止在钻进过程中向上起拔中心钻具或来回倒杆。6）钻进结束或需更换中心钻具时，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转，缓慢提升中心钻具至偏9、心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反时针方向回转，同时缓慢试提中心钻具，当中心钻具可顺利提升时，表明偏心钻头已顺利收拢，这时可按照常规方法提升中心钻具，直至全部提出中心钻具。7）有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡住而影响偏心钻头的收拢。当试提几次仍不能奏效时，应开动空压机重新对钻孔进行清洗，并使用潜孔锤作短时间工作，然后再进行试提，如此做法直至提出中心钻具。8）跟管钻进至需要深度后，即可将跟管钻具提升出孔外。（2） 同心跟管钻进偏心跟管钻具由于其结构上的特点，在钻进过程中极易卡钻，遇大孤石时由于围岩阻力的增大，极大地限制了偏心轮的扩孔效果，有时甚至偏心轮无法偏10、出，钻孔不进尺，即使缓慢进尺，所钻孔的断面形状也会呈椭圆形而非圆形，钻孔的有效孔径有随孔深增加而减小的趋势，这样一来，钻孔越深、阻力越大，一旦阻力超过套管及管脚的强度，极易导致套管或管靴接头处疲劳损伤而断裂、脱落。 同心跟管钻具的基本结构如图3所示：图3： 同心跟管钻具结构图同心跟管钻进的优点在于：较好地解决了在孤石中跟管钻进困难的问题，同时由于是同心全断面钻进，卡钻事故发生的可能性会远小于偏心跟管钻进，冲击器的有效冲击频率会大大提高，能有效保证在孤石中钻进时的跟管速度，且由于有效钻孔孔径得到了充分的保证，跟管阻力也会大大减小，大大地增加了一次跟管钻进的深度，同时也使套管管靴等材料的使用寿命大11、大增加。无论采用何种方法进行跟管钻进，由于地质条件的复杂性，跟管材料的缺陷及人为因素的影响不可避免的会发生各种孔内事故，一般而言，地层中孤块石越多、结构越复杂、跟管深度越大发生孔内事故的可能性越大，各种常见的孔内事故及其处理方法如表1所示。表1：跟管钻进常见孔内事故及处理方法表事故类型原因事故预防措施操作应注意事项处理方法管靴及套管断裂（脱开）a、连接处强度低，长时间锤击管靴疲劳工作b、钻孔偏斜过大c、套管振松采用精细焊接工艺，提高管靴连接出的焊接强度；注意操作，确保钻孔的精度；加套管时必须拧紧丝扣连接部位a、拧紧所有丝扣连接部位b、钻进时随时注意观察孔内情况，一般情况下严禁反转c、注意控制钻12、孔风压，严禁超高压风操作连同管靴套管从孔内一起拔出，更换后重新跟进，若无效，则需重开孔钻头、钻杆或钻具某部位断（破）裂掉于孔内a、操作不当，钻孔时风压过高b、孔内卡钻时处理不当c、产品质量本身有问题下钻时注意检查钻具；遇不良地层时要细心操作，卡钻时不能急于求成，应耐心通过卡钻部位，钻进时控制好钻进速度，控制好孔斜控制好钻进风压、遇孔内卡钻时耐心操作，多上下活动钻具；钻机一定要固稳，控制好钻孔偏斜用事故打捞工具（公锥、母锥）进行打捞；若偏心套破裂断于孔内，可用磁铁将碎块吸出；若在软层部位，打捞无效，可试用小钻头将掉于孔内的东西挤开。钻具卡于孔内，转不动或不能上下活动主要是由于地质原因所致，钻孔成13、孔差，塌孔严重或灌浆处理后扫孔进尺快造成进风口堵死而抱钻在不良部位，细心操作，注意控制钻压及钻进速度，若不跟管时多上下活动钻杆，预防卡钻，灌浆后待凝时间达到要求后再扫孔，扫孔时注意控制钻进速度注意控制扫孔进尺速度，防止钻头通气阀堵死利用钻机的正反转功能来回活动钻具；用千斤顶顶松卡于孔内的钻具；用反打冲击器先振松埋于孔内的冲击器，尔后用千斤顶拔出，若无效，则应用反丝钻杆将孔内钻杆返出后重新开孔5.2锚索制安预应力锚索的制作（1）在施工现场编搭设编锚锚平台。（2）下料：按设计施工图纸要求的尺寸或实际钻孔深度下料，采用砂轮片切割机切割下料，实际切割下料长度等于有效钻孔深度加张拉机具所需预留长度之和。14、（3）除去内锚固段范围内钢铰线外的PE塑料管并清除干净钢铰线上的油脂。将处理过的钢绞线按不同孔深分组顺直排列在制作平台上。按设计锚索结构图编制锚索，设置隔离支架，在锚索的底部端头套上导向帽。根据要求顺直安装灌浆管排气管，制作止浆包。止浆包制作直接关系到后期灌浆效果的好坏，是本工法的操作要点之一，其结构图如图4所示，止浆包后端用土工布和细帆布包裹至孔口。图4：止浆包结构示意图锚索安装（1）一般采用人工运输下索，各支点间距不得大于2.0m，转弯半径不得小于5.0m，运输过程中对锚索结构不得有损坏。（2）人工推送时，对位要准确，用力要均匀，不得使锚索体转动，防止在推送过程中损伤锚索配件。对无法下入的15、锚索，须退出，检查处理后重新下索。（3）锚索下到设计孔深后，检查排气管与灌浆管是否畅通，如若不通时就拔出锚索体处理畅通后重新安放。管路畅通后，准备锚固段灌浆。拔管锚索下至预定孔深后，即可用拔管机将跟进套管拔出。锚固段灌浆（1）锚索孔采用纯水泥浆进行灌注，浆液的配比经试验确定。（2）内锚固段灌浆应在锚索入孔后24h内完成，首先进行止浆包充浆，充浆压力为0.3MPa，使止浆包挤紧孔壁，然后立即进行内锚段灌浆，待回浆管返出浓浆，返浆比重等于进浆比重时，根据设计要求进行屏浆后结束灌浆。张拉台座浇筑内锚段灌浆后即可浇筑垫座混凝土，其配合比由试验结果确定。浇筑前将孔口松动岩块凿除，将台座基面清洗干净，与钻16、孔同轴预埋钢套管、钢垫板、钢筋、二期灌浆管及设计图纸要求的其它埋件。垫座结构与具体规格施工图纸要求执行,在立模浇筑前应将锚固段灌浆管顺孔口处切断，同时将张拉段灌浆管从导向管中的预留钢管中穿出混凝土锚墩，张拉段排气管与导向管焊接穿出混凝土锚墩。锚索的张拉（1）锚索张拉在内锚段浆体及张拉台座混凝土达到设计强度后进行。（2）先进行单根预紧张拉，然后整体张拉，预紧张拉由中心向外逐层对称张拉，使各根钢绞线应力值一致。（3） 张拉时千斤顶的安装轴线必须与锚索轴线一致，锚环夹片和锚索体接触部位不得有泥砂、锈蚀或其他污物，张拉分级加载按设计要求控制，加载速率要平缓，卸载速率也要平缓。（4）张拉过程中，每级张拉17、荷载下持压稳定5min，达到安装吨位后持压稳定10min即可锁定。锁定时，通过缓慢卸荷放张，将张拉力由工具锚传递给工作锚。锁定后的48h内，若锚索应力下降到设计值以下时应进行补偿张拉。（5）每级荷载下都要测量锚束伸长值，以理论伸长值校核，锚束伸长值误差控制在-5%+10%范围内。伸长值误差大于+10%，要进行原因分析，确定无误后方可继续张拉，若误差低于-5%，则立即停止张拉，会同有关部门检查偏小的原因，采取措施纠正。（6）张拉达至控制压力，未发生断丝或滑丝现象，且实际伸长量未超过允许伸长值，视为合格；张拉达至控制压力，发生断丝或滑丝，但油压下降不超过5%，伸长量未超过允许伸长值，视为合格，否则18、为不合格。张拉段封孔灌浆张拉完成报监理检查后，立即进行张拉段灌浆封孔，其灌浆水灰比、灌浆压力、结束标准、屏浆时间等要求根据设计要求确定，灌浆结束后闭浆，并进行必要的补浆，确保封孔密实饱满。锚头保护灌浆完成后，割除超长的钢绞线（留5cm）、灌浆管，并对钢绞线与锚具进行除锈，然后按施工图纸要求对锚头进行封闭保护。6主要机具及设备堆积体锚索施工的主要施工设备有空压机、 锚固钻机、拔管机；机具主要有潜孔冲击器系列、跟管钻具和套管、注浆设备及混凝土施工设备。6.1空压机一般采用移动式空压机，要求空压机能够提供施工所用的稳定风压(0.7MPa2.0 MPa)及风量（10m3/min以上）。目前应用较多的有19、电动及柴油移动式空压机，主要是英格索兰公司、阿达拉斯公司及美国寿力公司的各式产品。6.2钻机由于设计锚索孔深大、又需跟管钻进，同时受锚索施工场地的限制，因此要求钻机必须能提供较大动力、性能稳定、便于装卸转移，经济实用。最终选定的钻机主要有YG-80、MGY-80、100型锚固钻机及Atlas履带式钻机。其中履带式Atalas钻机虽然性能较好，但由于自重大，易受施工场地的制约，只能在公路沿线、马道或登渣作业，不能在脚手架上进行施工，且费用昂贵；国产锚固工程钻机其自重较轻且为分体式，可适用在高排架上操作，性价比相对较合理。6.3潜孔冲击器潜孔冲击器按配气类型可分为有阀式和无阀式两大类，有阀式一般为20、低风压冲击器，个别零件的使用寿命较短，柱销容易破坏使钻头掉于孔内。无阀式冲击器克服了上述问题，适应性强，在不同的风压（0.7-5.0MPa）下均可正常工作。在进行跟管造孔时，一般均使用无阀式冲击器。6.4跟管钻具及套管跟管钻具有偏心和同心两种，在堆积体厚度大，结构复杂的情况下，跟管深度大，对套管材质及管靴的质量要求较高，这也是减少孔内事故的主要因素之一。套管采用壁厚8mm以上的地质管材，套管间连接丝扣加工质量应较好。各冲击器生产厂家一般均生产配套的偏心钻具及管靴。6.5拔管机主要用于钻孔结束及下索后将钻孔用的套管从孔内拔出，一般钻机生产厂家均有其配套的拔管设备。在锚索完成穿索后应及时拔管，避免21、较长时间搁置塌孔难以拔出。6.6注浆设备主要包括高速搅拌机、储浆桶、双层搅拌桶、注浆泵及辅助设备，用于锚索注浆施工。6.6混凝土设备一般可用0.3m3的强制式混凝土搅拌机进行拌合，采用人工运输或溜桶、溜槽及泵送等方法进行混凝土输送。7劳动力组织锚索施工一般以工序施工为单位组织劳动力，分成不同的施工工段进行施工组织，以三板溪电站锚索施工为例，各施工工段人员具体配置如下：综合组：下辖架子班、空压班、编索班、灌浆班、混凝土浇筑班及张拉班，负责除锚索钻孔以外的所有施工任务，设班长6名，分别负责各具体单项的作业任务，其中架子班、编索下索班及灌浆班按单班作业，其他班组根据生产工作的实际需要单班或两班作业，22、各班组的具体人员配置为架子班8人、空压班3人、编索班4人、灌浆班6人、混凝土浇筑班5人、张拉班5人，加组长1人，该组共需施工人员32人。锚索钻孔机组：承担所有锚索孔的钻孔施工及其相应的辅助工作。每施工机组按2台套钻孔设备配置，两班作业，每施工机组配机长1名，班长2名，操作手4名，记录员4名，普工7名。每机组共需施工人员17名。1个综合组的施工人员一般可满足2个钻孔机组的施工进度要求。各施工机组的数量配置根据工期要求及工程量的大小配置。8质量标准跟管钻进无粘结预应力锚索必须严格按照设计要求的质量标准及水利水电工程预应力锚索施工规范DL/T 5083-2004中的相关要求执行，主要控制点如下：（123、）锚索孔的孔位偏差10cm，孔深偏差20cm，一般部位孔斜孔深的3，特殊部位根据设计要求确定。（2）钢绞线的材质满足设计要求，有出厂材质证明及抽样检验报告，外观无锈蚀、缺损。（3）穿索前对锚孔进行清洗，要求无杂物和岩屑，穿入孔内的锚索平顺不扭，进浆、排气管畅通，锚索结构无损坏。（4）锚固及张拉段段注浆应达到设计的压力及结束标准。（5）外锚头混凝土浇筑前基础面无松动块石，锚垫板外平面与孔口管及孔中心线垂直角误差小于0.5，钢筋、模板的规格尺寸、安装位置符合设计要求，混凝土振捣密实，符合设计强度要求。（6）锚索张拉前，对张拉设备包括千斤顶、油泵、压力表、高压油管须进行“油压值张拉力”标定，绘制出压24、力表读数与系统出力关系。压力表的精度不低于1.5级，压力表使用范围不超过表量程的75%。每级张拉荷载下都要测量锚束伸长值，以理论伸长值校核，锚束伸长值误差控制在-5%+10%范围内。（7）外锚头保护应符合设计要求，切除所有多余的灌浆管及钢绞线，确保封孔及锚头保护密实。9安全措施（1）供钻孔、放索、张拉操作的脚手架平台，必须牢固可靠，按要求铺设脚手板，悬挂安全网，并经检查验收后方可使用。2）跟管钻进过程中，必须严格遵守钻孔操作手册，避免机械伤害。（3）锚索吊装、下索的作业区，严禁其它工种立体交叉作业。（4）下锚及张拉施工必须符合有关安全操作规程。（5）张拉操作人员未经考核不得上岗，张拉时必须按规25、定的操作程序进行，严禁违章操作。（6）各类锚具在张拉和锚固过程中，不得敲击或猛烈震动，严防锚具失效而飞出伤人。（7）张拉时，在千斤顶出力方向的作业区内，严禁人员进入。（8）为保证安全，锚索运输、下锚及张拉工作一般安排在白天施工。10效益分析以xx左岸2山梁堆积体锚索采用跟管钻进及土工布包裹方法进行施工与传统的注浆固壁方法进行施工对比分析。施工工效对比分析：采用传统的注浆固壁方法进行钻孔施工时，对不良地层段均采用灌浆固壁的方法进行处理。由于堆积体内架空现象比较突出，灌浆时难以控制浆液流向，结果往往造成灌入孔内的浆液较多而固壁的效果不佳，有时甚至固壁一段需进行34次灌注，并且由于堆积体内钻进十分困26、难，每次固壁孔段的有效长度只有12m，固一次壁后至少需待凝12小时以上才能扫孔复钻，因此，对于钻孔而言单纯采用此方法施工，工效十分低下，钻成一个50m左右的孔，约需1个月时间；而采用跟管钻进的方法进行施工时，整个2山梁堆积体锚索的平均工效为14d/孔，钻孔的平均深度为56.4m，累计完成钻孔1378根，跟管钻进工效的提高，带来的是巨大的经济效益及社会效益，按每孔每班3人进行钻孔作业，平均人工台时费为9.17元/小时计算，仅2山梁堆积体锚索施工人工费一项节约成本约1456万元。材料消耗对比分析：采用注浆固壁的方法进行施工时，单孔仅固壁灌浆的平均水泥耗量会达到30t以上，按水泥单价370元/t计算27、，仅多耗用的水泥材料费就多达1530万元，虽然跟管钻进材料消耗多了套管及包裹土工布和细帆布的费用，但由于工效的提高及有效的控制了注浆扩散范围，使得空压机的油料及电力消耗降低一倍多，固壁灌浆的水泥用量全部节间，因此施工材料消耗降低很多。综上所述，在小湾2山梁堆积体锚索施工中采用跟管钻进及土工布包裹注浆技术进行施工，使得整个工程造价节约1倍以上，约节省投资5000万。11工程实例xx水电站左岸2山梁堆积体抢险锚索设计1378根，钻孔总深度77660m ，从xx年xx月开始施工，至xx年1xx月基本结束，前后历时近一年，全部采用跟管钻进及土工布包裹注浆技术进行施工，顺利完成施工任务。在该工程右岸大椿沟堆积体、4山梁锚索施工过程中，该项施工技术也得到广泛应用。xx年xx月至xx月，在xx工地右岸进水口上游侧一崩塌堆积体处理过程中，全部锚索施工也应用了该项技术，共完成锚索241根，钻孔9061.3m。