无翼钻头防脱索装置研究与应用

程海豹

摘 要：本文以包头市立体综合交通枢纽项目基坑支护中高压旋喷锚索为例，针对高压旋喷锚索施工过程中无翼钻头易脱索的问题进行阐述，增加防脱索装置提高施工效率，为以后类似工程施工提供了参考。

关键词：立体综合交通枢纽；高压旋喷锚索；无翼钻头；脱索装置

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0121-01

1 引言

旋噴锚索是采用高压旋喷技术，通过高压水泥浆液切割土体，水泥浆将锚索范围内土体置换出来，通过控制高压喷射参数，可以实现沿轴向变化的不同直径的锚固段，从而达到提高锚固力的一种新型锚索。高压旋喷锚索施工主要包括旋喷钻机、高压注浆泵、高压输浆管、无翼钻头、锚索及锚盘，是一次成型，无需单独成孔、注浆、放置锚索。

2 工程概况

包头市立体综合交通枢纽工程位于东河区二里半机场与拟建高铁包西线机场高铁站之间。本项目建设内容主要包括交通中心工程、机场高速路下立交工程、预留配套地铁工程、室外工程等。其中，①交通中心总建筑面积13.5万m2，其中地上面积3.8万m2，地下面积9.7万m2（不含地铁配套工程面积）。②机场高速路下立交工程为双向四车道，总长度754m，宽度22m，总面积17820m2。③预留配套地铁工程一期范围与本工程整体共建，面积为2.82万m2。

基坑总开挖面积约7.5万m2，基坑支护周长约为1970m，交通中心被划分为1区和2区，开挖深度均为13.75m；地铁基坑开挖深度16.81-17.31m，下立交基坑开挖深度16.8m。本工程基坑支护设计为止水帷幕+灌注桩+锚索。锚索设置为一桩一锚，设置4道（-3m、-6m、-9m、-11.5m），锚索为6Ф15.2@1600，倾角10度，自由段长度5m，锚固段长22m/20m、直径400mm（端头5m为扩大头直径500mm）。

根据勘察钻孔深度内所揭露的地层情况，场地上部地层主要为第四系全新统河流相冲积（Q4al）形成的细砂及粉质粘土；下部地层主要为第四系上更新统山前冲洪积扇前缘堆积（Q3al）形成的细砂、粉质粘土与静水湖相沉积（Q3l）形成的粉质粘土交替出现。

3 高压旋喷锚索工作原理

由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端（锚杆）锚固在坚硬的岩层中（称内锚头），然后在另一个自由端（称外锚头）进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索。锚索结构一般由幅度锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成。内锚头又称预应力锚固段或锚根，是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基，按其结构形式分为机械式和胶结式两大类，胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类，砂浆式又分二次灌浆和一次灌浆式。外锚头又称外锚固段，是锚索借以提供张拉吨位和锁定的部位，其种类有锚塞式、螺纹式、钢筋混凝土圆柱体锚墩式、墩头锚式和钢构架式等；锚索体，是连结内外锚头的构件，也是张拉力的承受者，通过对锚索体的张拉来提供预应力，锚索体由高强度钢筋、钢绞线或螺纹钢筋构成。

高压旋喷锚索支护是将携带钢铰线的锚底盘上的中心孔安装在无翼钻头上，下沉高压水泥浆液钻进至设计桩锚固段顶部深度，旋喷作业（喷射注浆）至设计桩锚固段底部，必要时底部复喷，拔出每根喷射管补注浆一次，孔口0.5m范围内进行旋喷注浆封孔，防止地下水从此渗漏。

高压旋喷锚索施工时，将无翼钻头穿过锚索端头的锚盘中心，锚索置于锚固体中心。旋喷时，高压射流随钻杆边旋转边缓慢钻进，对周围的土体进行切削破坏，切削下来的部分土颗粒或砂粒被喷射水泥浆液置换，被液流携带到孔口（称为冒浆），其余的土颗粒或沙粒在喷射动力、离心力和重力的共同作用下，在横断面按质量大小重新排列，形成一种新型的水泥—土（砂）结构，一般小颗粒在中部位置居多，大颗粒多分布在外侧或边缘部分，四周未被切削下来的土体被挤密压缩，形成锚固体。通过高压喷射注浆技术，改变了岩土体的原有应力状态，提高了土体的粘聚力C和内摩擦角ψ，增大了岩土体原本的软弱结构面、潜在滑移面的抗剪强度，使岩土体自身抗拉能力有了很大的提升，增大锚固段的直径可有效提高其抗拔承载力。

4 无翼钻头脱钻问题研究

高压旋喷锚索施工需将携带钢铰线的锚盘上的中心孔安装在无翼钻头上钻进，钻进过程中遇到障碍物需要退钻更换方向或角度，无翼钻头端有25cm自由行程，退钻大于25cm，钻头将会脱离锚盘，继续钻进时仅靠操作工人经验寻找锚盘钻孔，如长时间无法找到锚盘孔，只能拔出全部钻杆和钢绞线重新钻进。因此会造成工作量大、费工费时、成本高。

5 防脱钻装置制作安装

高压旋喷锚索施工中，钢绞线底端穿过固定盘、锚盘锚孔，用挤压锚设备将挤压锚与钢铰线挤压固定，高压旋喷钻机钻杆端头无翼钻头穿过带钢铰线的固定盘、锚盘上的中心孔，在设计位置钻进、喷浆，钻进过程中遇到障碍物无法钻进时，需要退钻更换方向或角度，无翼钻头端有25cm自由行程，钻头将会脱离锚盘，防脱钻装置有50cm退钻空间，共有75cm的距离提供重新调整方向和角度的空间，无翼钻头保持在防脱钻装置内，不会脱离固定盘，继续钻进时很容易重新通过锚盘钻孔。

高压旋喷锚索防脱索装置如图1所示，该装置包括锚盘1、锚孔2、钻头孔3、500mmФ6.5连接钢筋4、固定盘5、锚索卡槽6。利用固定盘限制钻杆偏位，在锚盘与固定盘之间为钢筋镂空结构，钻头可以旋喷切割土体；利用固定盘卡槽使锚索分布均匀，使得张拉应力均匀；利用钢筋作为锚盘与固定盘刚性连接，防止固定盘变形移位；利用500mm长钢筋连接，退钻长度增加到75cm，降低施工难度；调整角度或方向完成后，无翼钻头始终处于防脱钻装置内，重新钻进容易通过锚盘钻头孔。其中：连接钢筋与锚盘、固定盘采用焊接连接。

6 应用效果

在包头市立体综合交通枢纽项目基坑支护高压旋喷锚索施工中，地处原河道冲积区，经常遇到孤石、岩石夹层等地下障碍物，防脱索装置有针对性的解决了施工过程中出现的问题，钻杆调整距离长，角度大，效果好、成本低，减少返工，杜绝脱索、提高施工效率、节省施工成本。

7 结语

随着我国社会经济的快速发展，基础建设规模的不断扩大，新型技术应用更加的广泛。因此，在未来的大型建筑深基坑土方开挖施工过程中，高压旋喷锚索支护应用更加普遍，施工过程中的技术难点和缺陷也逐渐显现，通过不断工程实践积累经验就会逐步解决这些难题与缺陷，为工程建设提供更加合理、科学、有效的技术支持。

参考文献

[1]高压喷射扩大头锚杆技术规程JGJ/T282-2012[M].中国建筑工业出版社，2012.

[2]郑刚，刘瑞光.软土地区基坑工程支护设计实例[M].中国建筑工业出版社，2011.

[3]建筑地基处理技术规范[M].中国计划出版社，1992.

[4]建筑地基基础工程施工质量验收规范[M].中华计划出版社，2002.endprint