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1、跟管鉆進及土工布包裹無粘結預應力錨索施工方案預應力錨索施工技術目前主要應用于邊坡治理工程，在水利水電、公路、鐵路、礦山等施工領域均有廣泛的應用。傳統的錨索施工較多的應用于巖石邊坡，在地質條件復雜的崩塌堆積體及深厚覆蓋層的邊坡中應用較少，究其主要原因有兩個，一是錨索造孔困難，二是注漿困難，難以將錨索自由段注滿。采用跟管鉆進可有效解決錨索鉆孔困難的問題，采用土工布包裹自由段進行注漿，有效地控制了漿液的擴散范圍，成功地解決了自由段注漿難的問題。該項施工技術于xx年成功的在xx水電站左岸2山梁搶險錨索中應用，同時該項施工技術是水利水電集團公司2006年度科技進步特等獎700m級高陡邊坡及堆積體開挖與錨2、固施工技術研究的主要研究課題之一，獲得了評審專家組的高度評價，認為總體上達到了國際領先水平，填補了我國大規模堆積體錨索施工的空白。1特點跟管鉆進及土工布包裹無粘結預應力錨索施工具有以下特點：1）鉆孔施工工藝復雜，技術難度大，對鉆孔操作人員素質要求高。2）與傳統的鉆孔工藝相比，增加了套管護壁，解決了松散堆積體中易塌孔、成孔難的問題，提高了施工進度。3）對施工機具配置要求相對較高。4）采用土工布加細帆布制作止漿包，注漿時，漿液中的水分可以泌出，而水泥顆粒不能通過，從而形成對鋼絞線的有效握裹及保護，同時控制了漿液的擴散范圍，節約了水泥用量，降低了成本。5）為松散覆蓋層及崩塌堆積體邊坡提供了一種成熟、3、快速的處理方法，具有較高的實際應用價值。2 適用范圍本工法適用于地質結構復雜的崩塌堆積體及松散覆蓋層錨索施工。3工藝原理3.1跟管鉆孔分為偏心跟管及同心跟管兩種方式，二者在工藝原理上略有不同。偏心鉆具主要由三部分組成，穩桿器、偏心鉆頭和中心鉆頭，其工作原理為：正常鉆進時，通過沖擊器的震動沖擊作用，帶動偏心鉆具進行鉆孔，鉆進時由于離心力及摩擦力的作用，偏心輪朝外偏出從而達到擴大孔徑的目的，再通過穩桿器的沖擊帶動套管跟進，鉆孔產生的巖粉通過穩桿器上的鍵槽吹出孔內。鉆孔結束時，通過反轉，使偏心輪收攏提出套管，套管留在孔內護壁而成孔。同心跟管：通過中心鉆頭及套在中心鉆頭外的同心套沖擊破碎巖石造孔，同時4、利用同心套的擴孔作用將套管帶入孔內，同心套內設鍵槽，到基巖后，中心鉆頭反轉通過同心套中退出。同心跟管能較好的解決偏心跟管鉆進時因地質結構復雜而造成的卡鉆及孤石鉆進問題，減小孔內事故發生的頻率，更加有利于施工操作，提高鉆孔工效。跟管結束后換用常規鉆頭鉆至設計孔深。3.2注漿技術止漿包至少可以保證0.30.5MPa的灌漿壓力。用密度為400g/m長絲土工布外套細帆布包裹索體的辦法制成止漿包。兩者的特點：土工布有厚度，透水不透漿，但抗磨性能差；細帆布同樣透水不透漿，且表面光滑，抗磨性能良好。土工布、細帆布均用手提縫紉機縫制密實、牢固，包裹直徑為孔徑的1.11.2倍，止漿包兩端止漿處的鋼絞線、注漿管之5、間用土工布緊密包裹，而外層由土工布、細帆布組成的止漿套用鉛絲綁扎牢固，以免在穿索過程中產生滑動，造成止漿包失效。在進行錨固段注漿時，漿液通過止漿包充漿管進入止漿包，使止漿包先行膨脹，達到止漿效果。由于堆積體物質存在疏松甚至架空，自由段注漿量大，且存在注不滿的可能，質量無法保證。所以同樣采用土工布外套細帆布包裹無粘結式錨索自由段，包裹長度可到自由段尾部，包裹直徑也為孔徑的1.11.2倍，且與止漿包土工布、細帆布連為一體，從而對錨索的自由段形成全長包裹，達到完全控制灌漿擴散范圍的目的。4.工藝流程該工法進行錨索施工時的工藝流程如圖1所示。施工準備、測量放孔鉆 孔鋼絞線檢測下 索清 孔下 料錨索制作6、錨索運輸機具標定、錨具檢驗外錨頭保護試件制備、養護、檢測漿液制備灌漿材料檢驗封孔灌漿張拉張拉臺座砼澆筑筑內錨固段灌漿配合比設計埋件安裝立 模砼拌制拔管圖1：錨索施工工藝流程圖5.操作要點5.1鉆孔施工施工準備跟管鉆進錨索施工均在邊坡上進行，一般均需搭設施工平臺，施工平臺采用腳手架鋼管搭設，其搭設必須滿足安全施工需要及相關規范的要求，根據設計的孔位及鉆孔方位，由測量放出孔位點。鉆孔方法將鉆機對準孔位點，固定牢固，按設計的鉆孔角度及方位進行跟管開孔，跟管的孔徑管靴部位的穿過孔徑不小于設計內錨段的孔徑要求，套管跟進至基巖內，換用普通的全斷面鉆頭繼續鉆進至終孔深度。跟管鉆進有偏心跟管和同心跟管兩種方法7、，是錨索鉆孔施工過程中的難點和重點，其施工過程的主要要點如下。（1） 偏心跟管鉆進是目前進行堆積體錨索鉆孔最常用的跟管鉆進方法，偏心鉆具主要由三部分組成，穩桿器、偏心鉆頭和中心鉆頭（如圖2所示），對于一般常見的堆積體來說，偏心跟管鉆孔工藝是一種比較成熟的跟管鉆進方法，施工過程中應特別注意以下關鍵技術工藝的操作過程：圖2：偏心跟管鉆具結構圖1）偏心跟管鉆具在施工前應逐一檢查沖擊器、穩桿器、偏心鉆頭、中心鉆頭、套管、管靴，沖擊器應工作正常，并加注機油潤滑，偏心鉆頭應能靈活張開和收攏，張開時偏心錘頭應大于套管靴外徑，連接銷及鎖緊機構應牢固，鉆桿與沖擊器和沖擊器與偏心鉆具的連接應可靠，套管和套管靴無裂8、紋，凡有影響強度的缺陷不能使用。2）可先用同徑常規鉆頭先造孔1m左右，給跟管鉆進提供定位和導向作用。3）開鉆前，將鉆具組裝好放入帶有套管靴的套管內，讓偏心錘頭伸出套管靴，正轉張開偏心錘頭進行鉆進。特別注意偏心跟管鉆進時，在確認鉆頭到達孔底后，先回轉，待正常后，再開風沖動鉆進。4）鉆進過程中，隨著鉆孔的延伸，邊加鉆桿邊加接套管。5）每鉆進0.30.5m應強風吹孔排粉一次，以保持孔內清潔。吹孔時，中心鉆具和上提動距離應嚴加控制（以能實現強風吹孔為限），禁止在鉆進過程中向上起拔中心鉆具或來回倒桿。6）鉆進結束或需更換中心鉆具時，先將孔底殘渣吹盡，脫開中心鉆具的回轉動力，停止回轉，緩慢提升中心鉆具至偏9、心鉆頭后背與套管靴前端接觸為止，用管子鉗卡持鉆桿，作反時針方向回轉，同時緩慢試提中心鉆具，當中心鉆具可順利提升時，表明偏心鉆頭已順利收攏，這時可按照常規方法提升中心鉆具，直至全部提出中心鉆具。7）有時會因孔底殘留巖渣過多，偏心鉆頭回轉部分被巖渣卡住而影響偏心鉆頭的收攏。當試提幾次仍不能奏效時，應開動空壓機重新對鉆孔進行清洗，并使用潛孔錘作短時間工作，然后再進行試提，如此做法直至提出中心鉆具。8）跟管鉆進至需要深度后，即可將跟管鉆具提升出孔外。（2） 同心跟管鉆進偏心跟管鉆具由于其結構上的特點，在鉆進過程中極易卡鉆，遇大孤石時由于圍巖阻力的增大，極大地限制了偏心輪的擴孔效果，有時甚至偏心輪無法偏10、出，鉆孔不進尺，即使緩慢進尺，所鉆孔的斷面形狀也會呈橢圓形而非圓形，鉆孔的有效孔徑有隨孔深增加而減小的趨勢，這樣一來，鉆孔越深、阻力越大，一旦阻力超過套管及管腳的強度，極易導致套管或管靴接頭處疲勞損傷而斷裂、脫落。 同心跟管鉆具的基本結構如圖3所示：圖3： 同心跟管鉆具結構圖同心跟管鉆進的優點在于：較好地解決了在孤石中跟管鉆進困難的問題，同時由于是同心全斷面鉆進，卡鉆事故發生的可能性會遠小于偏心跟管鉆進，沖擊器的有效沖擊頻率會大大提高，能有效保證在孤石中鉆進時的跟管速度，且由于有效鉆孔孔徑得到了充分的保證，跟管阻力也會大大減小，大大地增加了一次跟管鉆進的深度，同時也使套管管靴等材料的使用壽命大11、大增加。無論采用何種方法進行跟管鉆進，由于地質條件的復雜性，跟管材料的缺陷及人為因素的影響不可避免的會發生各種孔內事故，一般而言，地層中孤塊石越多、結構越復雜、跟管深度越大發生孔內事故的可能性越大，各種常見的孔內事故及其處理方法如表1所示。表1：跟管鉆進常見孔內事故及處理方法表事故類型原因事故預防措施操作應注意事項處理方法管靴及套管斷裂（脫開）a、連接處強度低，長時間錘擊管靴疲勞工作b、鉆孔偏斜過大c、套管振松采用精細焊接工藝，提高管靴連接出的焊接強度；注意操作，確保鉆孔的精度；加套管時必須擰緊絲扣連接部位a、擰緊所有絲扣連接部位b、鉆進時隨時注意觀察孔內情況，一般情況下嚴禁反轉c、注意控制鉆12、孔風壓，嚴禁超高壓風操作連同管靴套管從孔內一起拔出，更換后重新跟進，若無效，則需重開孔鉆頭、鉆桿或鉆具某部位斷（破）裂掉于孔內a、操作不當，鉆孔時風壓過高b、孔內卡鉆時處理不當c、產品質量本身有問題下鉆時注意檢查鉆具；遇不良地層時要細心操作，卡鉆時不能急于求成，應耐心通過卡鉆部位，鉆進時控制好鉆進速度，控制好孔斜控制好鉆進風壓、遇孔內卡鉆時耐心操作，多上下活動鉆具；鉆機一定要固穩，控制好鉆孔偏斜用事故打撈工具（公錐、母錐）進行打撈；若偏心套破裂斷于孔內，可用磁鐵將碎塊吸出；若在軟層部位，打撈無效，可試用小鉆頭將掉于孔內的東西擠開。鉆具卡于孔內，轉不動或不能上下活動主要是由于地質原因所致，鉆孔成13、孔差，塌孔嚴重或灌漿處理后掃孔進尺快造成進風口堵死而抱鉆在不良部位，細心操作，注意控制鉆壓及鉆進速度，若不跟管時多上下活動鉆桿，預防卡鉆，灌漿后待凝時間達到要求后再掃孔，掃孔時注意控制鉆進速度注意控制掃孔進尺速度，防止鉆頭通氣閥堵死利用鉆機的正反轉功能來回活動鉆具；用千斤頂頂松卡于孔內的鉆具；用反打沖擊器先振松埋于孔內的沖擊器，爾后用千斤頂拔出，若無效，則應用反絲鉆桿將孔內鉆桿返出后重新開孔5.2錨索制安預應力錨索的制作（1）在施工現場編搭設編錨錨平臺。（2）下料：按設計施工圖紙要求的尺寸或實際鉆孔深度下料，采用砂輪片切割機切割下料，實際切割下料長度等于有效鉆孔深度加張拉機具所需預留長度之和。14、（3）除去內錨固段范圍內鋼鉸線外的PE塑料管并清除干凈鋼鉸線上的油脂。將處理過的鋼絞線按不同孔深分組順直排列在制作平臺上。按設計錨索結構圖編制錨索，設置隔離支架，在錨索的底部端頭套上導向帽。根據要求順直安裝灌漿管排氣管，制作止漿包。止漿包制作直接關系到后期灌漿效果的好壞，是本工法的操作要點之一，其結構圖如圖4所示，止漿包后端用土工布和細帆布包裹至孔口。圖4：止漿包結構示意圖錨索安裝（1）一般采用人工運輸下索，各支點間距不得大于2.0m，轉彎半徑不得小于5.0m，運輸過程中對錨索結構不得有損壞。（2）人工推送時，對位要準確，用力要均勻，不得使錨索體轉動，防止在推送過程中損傷錨索配件。對無法下入的15、錨索，須退出，檢查處理后重新下索。（3）錨索下到設計孔深后，檢查排氣管與灌漿管是否暢通，如若不通時就拔出錨索體處理暢通后重新安放。管路暢通后，準備錨固段灌漿。拔管錨索下至預定孔深后，即可用拔管機將跟進套管拔出。錨固段灌漿（1）錨索孔采用純水泥漿進行灌注，漿液的配比經試驗確定。（2）內錨固段灌漿應在錨索入孔后24h內完成，首先進行止漿包充漿，充漿壓力為0.3MPa，使止漿包擠緊孔壁，然后立即進行內錨段灌漿，待回漿管返出濃漿，返漿比重等于進漿比重時，根據設計要求進行屏漿后結束灌漿。張拉臺座澆筑內錨段灌漿后即可澆筑墊座混凝土，其配合比由試驗結果確定。澆筑前將孔口松動巖塊鑿除，將臺座基面清洗干凈，與鉆16、孔同軸預埋鋼套管、鋼墊板、鋼筋、二期灌漿管及設計圖紙要求的其它埋件。墊座結構與具體規格施工圖紙要求執行,在立模澆筑前應將錨固段灌漿管順孔口處切斷，同時將張拉段灌漿管從導向管中的預留鋼管中穿出混凝土錨墩，張拉段排氣管與導向管焊接穿出混凝土錨墩。錨索的張拉（1）錨索張拉在內錨段漿體及張拉臺座混凝土達到設計強度后進行。（2）先進行單根預緊張拉，然后整體張拉，預緊張拉由中心向外逐層對稱張拉，使各根鋼絞線應力值一致。（3） 張拉時千斤頂的安裝軸線必須與錨索軸線一致，錨環夾片和錨索體接觸部位不得有泥砂、銹蝕或其他污物，張拉分級加載按設計要求控制，加載速率要平緩，卸載速率也要平緩。（4）張拉過程中，每級張拉17、荷載下持壓穩定5min，達到安裝噸位后持壓穩定10min即可鎖定。鎖定時，通過緩慢卸荷放張，將張拉力由工具錨傳遞給工作錨。鎖定后的48h內，若錨索應力下降到設計值以下時應進行補償張拉。（5）每級荷載下都要測量錨束伸長值，以理論伸長值校核，錨束伸長值誤差控制在-5%+10%范圍內。伸長值誤差大于+10%，要進行原因分析，確定無誤后方可繼續張拉，若誤差低于-5%，則立即停止張拉，會同有關部門檢查偏小的原因，采取措施糾正。（6）張拉達至控制壓力，未發生斷絲或滑絲現象，且實際伸長量未超過允許伸長值，視為合格；張拉達至控制壓力，發生斷絲或滑絲，但油壓下降不超過5%，伸長量未超過允許伸長值，視為合格，否則18、為不合格。張拉段封孔灌漿張拉完成報監理檢查后，立即進行張拉段灌漿封孔，其灌漿水灰比、灌漿壓力、結束標準、屏漿時間等要求根據設計要求確定，灌漿結束后閉漿，并進行必要的補漿，確保封孔密實飽滿。錨頭保護灌漿完成后，割除超長的鋼絞線（留5cm）、灌漿管，并對鋼絞線與錨具進行除銹，然后按施工圖紙要求對錨頭進行封閉保護。6主要機具及設備堆積體錨索施工的主要施工設備有空壓機、 錨固鉆機、拔管機；機具主要有潛孔沖擊器系列、跟管鉆具和套管、注漿設備及混凝土施工設備。6.1空壓機一般采用移動式空壓機，要求空壓機能夠提供施工所用的穩定風壓(0.7MPa2.0 MPa)及風量（10m3/min以上）。目前應用較多的有19、電動及柴油移動式空壓機，主要是英格索蘭公司、阿達拉斯公司及美國壽力公司的各式產品。6.2鉆機由于設計錨索孔深大、又需跟管鉆進，同時受錨索施工場地的限制，因此要求鉆機必須能提供較大動力、性能穩定、便于裝卸轉移，經濟實用。最終選定的鉆機主要有YG-80、MGY-80、100型錨固鉆機及Atlas履帶式鉆機。其中履帶式Atalas鉆機雖然性能較好，但由于自重大，易受施工場地的制約，只能在公路沿線、馬道或登渣作業，不能在腳手架上進行施工，且費用昂貴；國產錨固工程鉆機其自重較輕且為分體式，可適用在高排架上操作，性價比相對較合理。6.3潛孔沖擊器潛孔沖擊器按配氣類型可分為有閥式和無閥式兩大類，有閥式一般為20、低風壓沖擊器，個別零件的使用壽命較短，柱銷容易破壞使鉆頭掉于孔內。無閥式沖擊器克服了上述問題，適應性強，在不同的風壓（0.7-5.0MPa）下均可正常工作。在進行跟管造孔時，一般均使用無閥式沖擊器。6.4跟管鉆具及套管跟管鉆具有偏心和同心兩種，在堆積體厚度大，結構復雜的情況下，跟管深度大，對套管材質及管靴的質量要求較高，這也是減少孔內事故的主要因素之一。套管采用壁厚8mm以上的地質管材，套管間連接絲扣加工質量應較好。各沖擊器生產廠家一般均生產配套的偏心鉆具及管靴。6.5拔管機主要用于鉆孔結束及下索后將鉆孔用的套管從孔內拔出，一般鉆機生產廠家均有其配套的拔管設備。在錨索完成穿索后應及時拔管，避免21、較長時間擱置塌孔難以拔出。6.6注漿設備主要包括高速攪拌機、儲漿桶、雙層攪拌桶、注漿泵及輔助設備，用于錨索注漿施工。6.6混凝土設備一般可用0.3m3的強制式混凝土攪拌機進行拌合，采用人工運輸或溜桶、溜槽及泵送等方法進行混凝土輸送。7勞動力組織錨索施工一般以工序施工為單位組織勞動力，分成不同的施工工段進行施工組織，以三板溪電站錨索施工為例，各施工工段人員具體配置如下：綜合組：下轄架子班、空壓班、編索班、灌漿班、混凝土澆筑班及張拉班，負責除錨索鉆孔以外的所有施工任務，設班長6名，分別負責各具體單項的作業任務，其中架子班、編索下索班及灌漿班按單班作業，其他班組根據生產工作的實際需要單班或兩班作業，22、各班組的具體人員配置為架子班8人、空壓班3人、編索班4人、灌漿班6人、混凝土澆筑班5人、張拉班5人，加組長1人，該組共需施工人員32人。錨索鉆孔機組：承擔所有錨索孔的鉆孔施工及其相應的輔助工作。每施工機組按2臺套鉆孔設備配置，兩班作業，每施工機組配機長1名，班長2名，操作手4名，記錄員4名，普工7名。每機組共需施工人員17名。1個綜合組的施工人員一般可滿足2個鉆孔機組的施工進度要求。各施工機組的數量配置根據工期要求及工程量的大小配置。8質量標準跟管鉆進無粘結預應力錨索必須嚴格按照設計要求的質量標準及水利水電工程預應力錨索施工規范DL/T 5083-2004中的相關要求執行，主要控制點如下：（123、）錨索孔的孔位偏差10cm，孔深偏差20cm，一般部位孔斜孔深的3，特殊部位根據設計要求確定。（2）鋼絞線的材質滿足設計要求，有出廠材質證明及抽樣檢驗報告，外觀無銹蝕、缺損。（3）穿索前對錨孔進行清洗，要求無雜物和巖屑，穿入孔內的錨索平順不扭，進漿、排氣管暢通，錨索結構無損壞。（4）錨固及張拉段段注漿應達到設計的壓力及結束標準。（5）外錨頭混凝土澆筑前基礎面無松動塊石，錨墊板外平面與孔口管及孔中心線垂直角誤差小于0.5，鋼筋、模板的規格尺寸、安裝位置符合設計要求，混凝土振搗密實，符合設計強度要求。（6）錨索張拉前，對張拉設備包括千斤頂、油泵、壓力表、高壓油管須進行“油壓值張拉力”標定，繪制出壓24、力表讀數與系統出力關系。壓力表的精度不低于1.5級，壓力表使用范圍不超過表量程的75%。每級張拉荷載下都要測量錨束伸長值，以理論伸長值校核，錨束伸長值誤差控制在-5%+10%范圍內。（7）外錨頭保護應符合設計要求，切除所有多余的灌漿管及鋼絞線，確保封孔及錨頭保護密實。9安全措施（1）供鉆孔、放索、張拉操作的腳手架平臺，必須牢固可靠，按要求鋪設腳手板，懸掛安全網，并經檢查驗收后方可使用。2）跟管鉆進過程中，必須嚴格遵守鉆孔操作手冊，避免機械傷害。（3）錨索吊裝、下索的作業區，嚴禁其它工種立體交叉作業。（4）下錨及張拉施工必須符合有關安全操作規程。（5）張拉操作人員未經考核不得上崗，張拉時必須按規25、定的操作程序進行，嚴禁違章操作。（6）各類錨具在張拉和錨固過程中，不得敲擊或猛烈震動，嚴防錨具失效而飛出傷人。（7）張拉時，在千斤頂出力方向的作業區內，嚴禁人員進入。（8）為保證安全，錨索運輸、下錨及張拉工作一般安排在白天施工。10效益分析以xx左岸2山梁堆積體錨索采用跟管鉆進及土工布包裹方法進行施工與傳統的注漿固壁方法進行施工對比分析。施工工效對比分析：采用傳統的注漿固壁方法進行鉆孔施工時，對不良地層段均采用灌漿固壁的方法進行處理。由于堆積體內架空現象比較突出，灌漿時難以控制漿液流向，結果往往造成灌入孔內的漿液較多而固壁的效果不佳，有時甚至固壁一段需進行34次灌注，并且由于堆積體內鉆進十分困26、難，每次固壁孔段的有效長度只有12m，固一次壁后至少需待凝12小時以上才能掃孔復鉆，因此，對于鉆孔而言單純采用此方法施工，工效十分低下，鉆成一個50m左右的孔，約需1個月時間；而采用跟管鉆進的方法進行施工時，整個2山梁堆積體錨索的平均工效為14d/孔，鉆孔的平均深度為56.4m，累計完成鉆孔1378根，跟管鉆進工效的提高，帶來的是巨大的經濟效益及社會效益，按每孔每班3人進行鉆孔作業，平均人工臺時費為9.17元/小時計算，僅2山梁堆積體錨索施工人工費一項節約成本約1456萬元。材料消耗對比分析：采用注漿固壁的方法進行施工時，單孔僅固壁灌漿的平均水泥耗量會達到30t以上，按水泥單價370元/t計算27、，僅多耗用的水泥材料費就多達1530萬元，雖然跟管鉆進材料消耗多了套管及包裹土工布和細帆布的費用，但由于工效的提高及有效的控制了注漿擴散范圍，使得空壓機的油料及電力消耗降低一倍多，固壁灌漿的水泥用量全部節間，因此施工材料消耗降低很多。綜上所述，在小灣2山梁堆積體錨索施工中采用跟管鉆進及土工布包裹注漿技術進行施工，使得整個工程造價節約1倍以上，約節省投資5000萬。11工程實例xx水電站左岸2山梁堆積體搶險錨索設計1378根，鉆孔總深度77660m ，從xx年xx月開始施工，至xx年1xx月基本結束，前后歷時近一年，全部采用跟管鉆進及土工布包裹注漿技術進行施工，順利完成施工任務。在該工程右岸大椿溝堆積體、4山梁錨索施工過程中，該項施工技術也得到廣泛應用。xx年xx月至xx月，在xx工地右岸進水口上游側一崩塌堆積體處理過程中，全部錨索施工也應用了該項技術，共完成錨索241根，鉆孔9061.3m。