自钻式中空锚杆在边坡防护施工锚固成孔中
的应用
中原油田培训中心 董耀升
摘 要
边坡治理工程在公路、铁路、水利工程等基础设施中分布较为广泛，施工方法各不相同。南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护由于地质条件较为复杂，普通锚杆支护手段成孔困难，难于奏效。自钻式中空锚杆的应用有效地解决了松散岩土体锚固成孔困难的难题，同时具有施工效率高、施工质量有保障的优点，特别是采用了较大直径和深度的自钻式中空锚杆，效果显著，在普光气田净化厂的边坡治理中也发挥了巨大的作用。自钻式锚杆施工技术简便，易于操作，可靠性高的特点，适用于松散岩土体边坡支护。本文介绍了自钻式中空锚杆在边坡防护施工锚固成孔中的应用。
主题词 成孔；自钻式锚杆
自钻式中空锚杆作为一种较新的施工技术近年来在挡墙护坡中逐渐得到推广应用，解决了松散岩土体锚固施工中的一些技术难题。南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护支护施工中，自钻式中空锚杆，克服了在极为松散破碎的岩土体中锚杆施工易塌孔、难于成孔的问题，实现了南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡的初步稳定。本人参与了普光气田净化厂的建设，自钻式中空锚杆在净化厂边坡治理中也得到了应用。结合南宁-百海成品油管道工程南宁首站工
程边坡防护施工，现根据施工经验，总结了自钻式中空锚杆在边坡防护施工锚固成孔中的方法，仅供参考。
1、自钻式中空锚杆的特点
自钻式中空锚杆是一种空心锚杆，锚杆通体螺纹，采用联接套接长，前端安装一次性钻头。
1.1自钻式中空锚杆的特殊构造，用于锚固施工具有以下优点： ⑴施工效率高：自钻式中空预应力锚杆技术集钻进、注浆、锚固为一体，施工的各个工序在一个过程中完成，可以节省施工时间。
⑵适用于难于成孔的地层：如遇比较松软、破碎的围岩，一般成孔较困难，即便成孔，也容易塌孔，在孔内难以穿入其他锚杆或锚索，而自钻式中空锚杆技术正好避免了常规方法的不足。钻孔完成后，杆体留在孔内不用退出来，所以不怕塌孔，节省了穿进其他杆体的时间和降低了施工难度
⑶适应性强：自钻式中空锚杆全杆体有螺纹，可在任何位置截断接长，适应不同的施工条件。
⑷锚固力高：自钻式中空锚杆杆体为梯型螺纹，与联接套联接牢靠，和注浆体的结合良好。
⑸锚固效果好：注浆时，由于浆液是从孔底向上注浆，注浆饱满，密实度好，注浆质量好。
⑹施工简便：较常规锚杆施工相比，减少了起钻、安装锚杆和安插注浆管等工序，施工快捷简便。
1.2南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护工程概况
该工程位于南宁屯里油库内。本工程管道设计输量575万吨/年，起始输量45万吨/年(间断输送)。输送油品为93＃汽油、97＃汽油及柴油。南宁站是承接北海的来油，来油管线为：Φ508×8.7然后转输去百色，Φ456×7.9，同时与茂名-贵阳段1100万吨/年增输改造项目南宁-黎塘段合并一起，三个站合并一起建设，相互衔接，相互转输，长输管道干线设计压力为9.5MPa，主管管材采用L415(API 5L X60管线钢)。
南宁站工程主要在西南管道黎塘-南宁站基础上进行扩建，内容包括站场场地平整、总图、工艺、电气、仪表、给排水、大型边坡防护等。新建混油罐及泄放罐；新建收球区。工艺管线从原纯下载功能扩展到接收北海来油向西南管道及百色支线加压输送功能。
该站建址为山坡，山坡地质为剥蚀残丘地貌,地形起伏较大,拟建场地设计标高为107.5~108.1米，主要为挖方边坡。本工程主要工作面位于场区西侧和南侧，且山坡西侧边坡高度为24.2m,西南角高度为26m,南侧高度为19.4m。按设计图纸要求该站三通一平必须将山挖去三分之一，平整处一块长130米，宽100米的空地用于建设。因此工程土方量较大和边坡锚杆成孔施工难度较高。
边坡主要工作量为：C30挡墙1120m3，φ130锚索成孔1826m，C20毛石混凝土550m3，φ90锚杆成孔4300m，网格砌2400m2。
1.3南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护施工特点 该工程施工边坡为永久性边坡，根据设计要求4个坡面均分为两级防护；
1号边坡的一级边坡采用C20毛石混凝土进行防护，高度6m，坡率为1：0.3二级边坡采用混凝土网格框架护面，网格内植草绿化。
2号边坡一级边坡采用C30挡墙防护，高度为8－10m，挡墙厚度为50cm，基础埋深1m，墙身设两排采用4×7φ5压力分散型预应力锚索锚固。锚索长度为20－22m，间距4m，交错布置，设计荷载为500KN。二级边坡采用混凝土网格框架护面，网格内植草绿化，坡率为1：1.2。
3号边坡一级边采用C30挡墙防护，高度为12m，挡墙厚度为50cm，基础埋深1m，墙身设三排采用4×7φ5压力分散型预应力锚索锚固。锚索长度为20－24m，间距4m，交错布置，设计荷载为500KN。二级边坡采用混凝土网格框架护面，网格内植草绿化，坡率为1：1.2。
4号边坡一级边采用C30挡墙防护，高度为12m，挡墙厚度为50cm，基础埋深1m，墙身设三排采用4×7φ5压力分散型预应力锚索锚固。锚索长度为20－24m，间距4m，交错布置，设计荷载为500KN。二级边坡采用混凝土网格框架护面，坡率为1：0.6，框架节点设置5排φ28全长粘结锚杆，长度为9－12m，网格内植草绿化。
由于南宁站边坡地质条件较为复杂，普通锚杆支护手段成孔困难，难于奏效。因此采用自钻式中空锚杆，有效地解决了松散岩土体锚固成孔困难的难题，同时具有施工效率高、施工质量有保障的优点，特别是采用了较大直径和深度的自钻式中空锚杆，效果显著。自钻式锚杆施工技术简便，易于操作，可靠性高的特点，适用于松散岩土体边坡支护。
1.4自钻式中空锚杆在边坡锚固成孔应用情况
由于按常规方法难以解决成孔问题，决定在2号边坡、3号边坡、4号边坡采用自钻式中空锚杆进行地质条件较差部位的支护。
为论证自钻式中空锚杆用于边坡支护的可行性，在二期自钻式中空锚杆锚固施工进行了工艺试验，第一期试钻了四个孔，第二期试验钻了二个孔，共计试验锚杆72米。
试验区设于2号边坡下侧，该部位地层以全强风化泥质砂岩为主，地质条件略好于实际支护施工区。
主要试验内容：1、钻孔工艺试验；2、注浆工艺试验。
1、钻孔工艺试验
钻机采用QZJ-100D潜孔钻机，玉柴—12m³空压机供风。使用了孔径为φ90mm三页钻头，钻头分别试用了90mm。
钻机动力头通过专用接手与自钻式锚杆连接进行回转钻进，利用空压机送风钻进，钻进速度均匀，用风力进行清空：
（1）在自钻式锚杆与动力头之间安装冲击器，进行顶驱冲击钻进：
为克服直接钻进遇到块碎石时钻头磨损的问题，在潜孔钻机动力头与自钻式锚杆之间加装冲击器，自钻式锚杆前端安装球齿合金钻头，进行冲击回转钻进。前四五米钻进速度较快，逐渐钻进速度减慢，直至无明显进尺。分析原因，主要是由于采用顶驱方式钻孔，冲击功损失较大，随着锚杆长度的增加，各种方式的冲击功损失急剧增加，如锚杆刚度不够产生的损失、锚杆与孔壁相互作用损失等，最终传递到钻头的冲击能较少。由球齿合金钻头的工作原理可以知道，钻头的破
碎石作用很差，不能有效地钻进。采用此种方式钻孔最大深度4~7m。
2、注浆工艺试验
本工程采用从自进式锚杆中心孔注浆，浆液配比为： 水：灰=1:0.5。浆液经自钻式锚杆中心孔到达孔底后从孔底沿锚杆与孔壁之间向孔口返浆。灌注压力为0.3~0.5Mpa。
3、试验基本结论
钻孔试验表明采用50型自钻式锚杆。
1.5 现场实际施工情况
自钻式锚杆按照2 m*2m的孔、排距布置，总工程量为挡土墙3808.6m2，锚索2588m，格子梁4861m，锚杆3048m。其中孔深最深的为24m, 孔深最浅的为9m。
自钻式锚杆区的支护施工顺序为：
钻孔定位→开孔钻进→孔深验收→安装锚杆→注浆→挂钢筋网→混凝土喷射→锚墩浇筑→排水孔施工
1、自钻式中空锚杆钻孔安装情况
以锚杆试验的初步成果为指导，进一步在施工中根据具体问题研究对策，确定方案。
研究表明：对于覆盖层厚度较大、块碎石含量较少的地层，采用以锚杆为钻杆、回转钻进的方法，效果较好。对于全强风化岩石为主的地层，采用潜孔钻常规方法成孔，孔径Φ90，终孔起出钻具后，原孔一般已塌孔，再以钻机带自钻式锚杆再次钻进直至到达原孔深。虽说多了一次钻孔，但解决了回转钻进方法遇块碎石含量大地层孔深不
大的问题，能够实现自钻式锚杆的顺利安装。
按照上述两种方法施工，能够应付各种复杂的地层情况，施工效率也较高。
2、 自钻式中空锚杆注浆情况
采用孔口与锚杆直接连接的纯压式灌注工艺。灌浆结束标准为：当锚杆孔道内充分填满，返出浆液浓度与进入浆液基本一致时即可结束灌浆。
由于边坡本身特点决定，注浆量较大，大多数注浆超耗，有二十三余孔共计超耗就近七吨水泥。
3、 自钻式中空锚杆注浆情况
锚墩施工在混凝土喷射结束后进行，加工合格的钢筋按照设计图中的位置安装在自钻式锚杆区。使用小型钢模板立模，应确保锚墩的外形尺寸，采用C30的二级配混凝土进行浇筑，技术参数符合规范要求。浇筑使用小振捣器振捣，保证混凝土内部均匀、密实。
结 论
（1）南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护采用综合手段进行整治，自钻式中空锚杆起了关键性作用。
（2）南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护支护自钻式锚杆施工具有如下特点：单根锚杆抗拔力大；锚杆深度大；工程量大；地质条件复杂。
（3）自钻式锚杆在普光气田净化厂工程的边坡治理中发挥了巨大
的作用。
（4）原设计为预应力锚杆，后因地层极为松散破碎，注浆不能形成可靠的锚固段及张拉段，表层岩土体无法提供足够的支座反力，预应力无法施加，取消了预应力。这种情况下的预应力施加问题值得进一步研究。
参考文献
[1] 自钻锚杆在边坡破碎岩体及浅层塌方体中的应用 谢小林 杨贵
中 陈波 《四川水利发电》 2007第2期
[2] 自钻式预应力中空锚杆在松散土层基坑支护的应用 张碧颖 《广西城镇建设》 2007第10期
[3] 中空自钻式注浆锚杆在边坡支护中的应用 杨波 贺波 《四川水
利发电》 2010第A01期
[4] 高陡边坡防护加固处理技术与应用 袁伟力 《土工基础》 20090第4期
自钻式中空锚杆在边坡防护施工锚固成孔中
的应用
中原油田培训中心 董耀升
摘 要
边坡治理工程在公路、铁路、水利工程等基础设施中分布较为广泛，施工方法各不相同。南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护由于地质条件较为复杂，普通锚杆支护手段成孔困难，难于奏效。自钻式中空锚杆的应用有效地解决了松散岩土体锚固成孔困难的难题，同时具有施工效率高、施工质量有保障的优点，特别是采用了较大直径和深度的自钻式中空锚杆，效果显著，在普光气田净化厂的边坡治理中也发挥了巨大的作用。自钻式锚杆施工技术简便，易于操作，可靠性高的特点，适用于松散岩土体边坡支护。本文介绍了自钻式中空锚杆在边坡防护施工锚固成孔中的应用。
主题词 成孔；自钻式锚杆
自钻式中空锚杆作为一种较新的施工技术近年来在挡墙护坡中逐渐得到推广应用，解决了松散岩土体锚固施工中的一些技术难题。南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护支护施工中，自钻式中空锚杆，克服了在极为松散破碎的岩土体中锚杆施工易塌孔、难于成孔的问题，实现了南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡的初步稳定。本人参与了普光气田净化厂的建设，自钻式中空锚杆在净化厂边坡治理中也得到了应用。结合南宁-百海成品油管道工程南宁首站工
程边坡防护施工，现根据施工经验，总结了自钻式中空锚杆在边坡防护施工锚固成孔中的方法，仅供参考。
1、自钻式中空锚杆的特点
自钻式中空锚杆是一种空心锚杆，锚杆通体螺纹，采用联接套接长，前端安装一次性钻头。
1.1自钻式中空锚杆的特殊构造，用于锚固施工具有以下优点： ⑴施工效率高：自钻式中空预应力锚杆技术集钻进、注浆、锚固为一体，施工的各个工序在一个过程中完成，可以节省施工时间。
⑵适用于难于成孔的地层：如遇比较松软、破碎的围岩，一般成孔较困难，即便成孔，也容易塌孔，在孔内难以穿入其他锚杆或锚索，而自钻式中空锚杆技术正好避免了常规方法的不足。钻孔完成后，杆体留在孔内不用退出来，所以不怕塌孔，节省了穿进其他杆体的时间和降低了施工难度
⑶适应性强：自钻式中空锚杆全杆体有螺纹，可在任何位置截断接长，适应不同的施工条件。
⑷锚固力高：自钻式中空锚杆杆体为梯型螺纹，与联接套联接牢靠，和注浆体的结合良好。
⑸锚固效果好：注浆时，由于浆液是从孔底向上注浆，注浆饱满，密实度好，注浆质量好。
⑹施工简便：较常规锚杆施工相比，减少了起钻、安装锚杆和安插注浆管等工序，施工快捷简便。
1.2南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护工程概况
该工程位于南宁屯里油库内。本工程管道设计输量575万吨/年，起始输量45万吨/年(间断输送)。输送油品为93＃汽油、97＃汽油及柴油。南宁站是承接北海的来油，来油管线为：Φ508×8.7然后转输去百色，Φ456×7.9，同时与茂名-贵阳段1100万吨/年增输改造项目南宁-黎塘段合并一起，三个站合并一起建设，相互衔接，相互转输，长输管道干线设计压力为9.5MPa，主管管材采用L415(API 5L X60管线钢)。
南宁站工程主要在西南管道黎塘-南宁站基础上进行扩建，内容包括站场场地平整、总图、工艺、电气、仪表、给排水、大型边坡防护等。新建混油罐及泄放罐；新建收球区。工艺管线从原纯下载功能扩展到接收北海来油向西南管道及百色支线加压输送功能。
该站建址为山坡，山坡地质为剥蚀残丘地貌,地形起伏较大,拟建场地设计标高为107.5~108.1米，主要为挖方边坡。本工程主要工作面位于场区西侧和南侧，且山坡西侧边坡高度为24.2m,西南角高度为26m,南侧高度为19.4m。按设计图纸要求该站三通一平必须将山挖去三分之一，平整处一块长130米，宽100米的空地用于建设。因此工程土方量较大和边坡锚杆成孔施工难度较高。
边坡主要工作量为：C30挡墙1120m3，φ130锚索成孔1826m，C20毛石混凝土550m3，φ90锚杆成孔4300m，网格砌2400m2。
1.3南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护施工特点 该工程施工边坡为永久性边坡，根据设计要求4个坡面均分为两级防护；
1号边坡的一级边坡采用C20毛石混凝土进行防护，高度6m，坡率为1：0.3二级边坡采用混凝土网格框架护面，网格内植草绿化。
2号边坡一级边坡采用C30挡墙防护，高度为8－10m，挡墙厚度为50cm，基础埋深1m，墙身设两排采用4×7φ5压力分散型预应力锚索锚固。锚索长度为20－22m，间距4m，交错布置，设计荷载为500KN。二级边坡采用混凝土网格框架护面，网格内植草绿化，坡率为1：1.2。
3号边坡一级边采用C30挡墙防护，高度为12m，挡墙厚度为50cm，基础埋深1m，墙身设三排采用4×7φ5压力分散型预应力锚索锚固。锚索长度为20－24m，间距4m，交错布置，设计荷载为500KN。二级边坡采用混凝土网格框架护面，网格内植草绿化，坡率为1：1.2。
4号边坡一级边采用C30挡墙防护，高度为12m，挡墙厚度为50cm，基础埋深1m，墙身设三排采用4×7φ5压力分散型预应力锚索锚固。锚索长度为20－24m，间距4m，交错布置，设计荷载为500KN。二级边坡采用混凝土网格框架护面，坡率为1：0.6，框架节点设置5排φ28全长粘结锚杆，长度为9－12m，网格内植草绿化。
由于南宁站边坡地质条件较为复杂，普通锚杆支护手段成孔困难，难于奏效。因此采用自钻式中空锚杆，有效地解决了松散岩土体锚固成孔困难的难题，同时具有施工效率高、施工质量有保障的优点，特别是采用了较大直径和深度的自钻式中空锚杆，效果显著。自钻式锚杆施工技术简便，易于操作，可靠性高的特点，适用于松散岩土体边坡支护。
1.4自钻式中空锚杆在边坡锚固成孔应用情况
由于按常规方法难以解决成孔问题，决定在2号边坡、3号边坡、4号边坡采用自钻式中空锚杆进行地质条件较差部位的支护。
为论证自钻式中空锚杆用于边坡支护的可行性，在二期自钻式中空锚杆锚固施工进行了工艺试验，第一期试钻了四个孔，第二期试验钻了二个孔，共计试验锚杆72米。
试验区设于2号边坡下侧，该部位地层以全强风化泥质砂岩为主，地质条件略好于实际支护施工区。
主要试验内容：1、钻孔工艺试验；2、注浆工艺试验。
1、钻孔工艺试验
钻机采用QZJ-100D潜孔钻机，玉柴—12m³空压机供风。使用了孔径为φ90mm三页钻头，钻头分别试用了90mm。
钻机动力头通过专用接手与自钻式锚杆连接进行回转钻进，利用空压机送风钻进，钻进速度均匀，用风力进行清空：
（1）在自钻式锚杆与动力头之间安装冲击器，进行顶驱冲击钻进：
为克服直接钻进遇到块碎石时钻头磨损的问题，在潜孔钻机动力头与自钻式锚杆之间加装冲击器，自钻式锚杆前端安装球齿合金钻头，进行冲击回转钻进。前四五米钻进速度较快，逐渐钻进速度减慢，直至无明显进尺。分析原因，主要是由于采用顶驱方式钻孔，冲击功损失较大，随着锚杆长度的增加，各种方式的冲击功损失急剧增加，如锚杆刚度不够产生的损失、锚杆与孔壁相互作用损失等，最终传递到钻头的冲击能较少。由球齿合金钻头的工作原理可以知道，钻头的破
碎石作用很差，不能有效地钻进。采用此种方式钻孔最大深度4~7m。
2、注浆工艺试验
本工程采用从自进式锚杆中心孔注浆，浆液配比为： 水：灰=1:0.5。浆液经自钻式锚杆中心孔到达孔底后从孔底沿锚杆与孔壁之间向孔口返浆。灌注压力为0.3~0.5Mpa。
3、试验基本结论
钻孔试验表明采用50型自钻式锚杆。
1.5 现场实际施工情况
自钻式锚杆按照2 m*2m的孔、排距布置，总工程量为挡土墙3808.6m2，锚索2588m，格子梁4861m，锚杆3048m。其中孔深最深的为24m, 孔深最浅的为9m。
自钻式锚杆区的支护施工顺序为：
钻孔定位→开孔钻进→孔深验收→安装锚杆→注浆→挂钢筋网→混凝土喷射→锚墩浇筑→排水孔施工
1、自钻式中空锚杆钻孔安装情况
以锚杆试验的初步成果为指导，进一步在施工中根据具体问题研究对策，确定方案。
研究表明：对于覆盖层厚度较大、块碎石含量较少的地层，采用以锚杆为钻杆、回转钻进的方法，效果较好。对于全强风化岩石为主的地层，采用潜孔钻常规方法成孔，孔径Φ90，终孔起出钻具后，原孔一般已塌孔，再以钻机带自钻式锚杆再次钻进直至到达原孔深。虽说多了一次钻孔，但解决了回转钻进方法遇块碎石含量大地层孔深不
大的问题，能够实现自钻式锚杆的顺利安装。
按照上述两种方法施工，能够应付各种复杂的地层情况，施工效率也较高。
2、 自钻式中空锚杆注浆情况
采用孔口与锚杆直接连接的纯压式灌注工艺。灌浆结束标准为：当锚杆孔道内充分填满，返出浆液浓度与进入浆液基本一致时即可结束灌浆。
由于边坡本身特点决定，注浆量较大，大多数注浆超耗，有二十三余孔共计超耗就近七吨水泥。
3、 自钻式中空锚杆注浆情况
锚墩施工在混凝土喷射结束后进行，加工合格的钢筋按照设计图中的位置安装在自钻式锚杆区。使用小型钢模板立模，应确保锚墩的外形尺寸，采用C30的二级配混凝土进行浇筑，技术参数符合规范要求。浇筑使用小振捣器振捣，保证混凝土内部均匀、密实。
结 论
（1）南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护采用综合手段进行整治，自钻式中空锚杆起了关键性作用。
（2）南宁-百海成品油管道工程南宁首站工程边坡防护支护自钻式锚杆施工具有如下特点：单根锚杆抗拔力大；锚杆深度大；工程量大；地质条件复杂。
（3）自钻式锚杆在普光气田净化厂工程的边坡治理中发挥了巨大
的作用。
（4）原设计为预应力锚杆，后因地层极为松散破碎，注浆不能形成可靠的锚固段及张拉段，表层岩土体无法提供足够的支座反力，预应力无法施加，取消了预应力。这种情况下的预应力施加问题值得进一步研究。
参考文献
[1] 自钻锚杆在边坡破碎岩体及浅层塌方体中的应用 谢小林 杨贵
中 陈波 《四川水利发电》 2007第2期
[2] 自钻式预应力中空锚杆在松散土层基坑支护的应用 张碧颖 《广西城镇建设》 2007第10期
[3] 中空自钻式注浆锚杆在边坡支护中的应用 杨波 贺波 《四川水
利发电》 2010第A01期
[4] 高陡边坡防护加固处理技术与应用 袁伟力 《土工基础》 20090第4期