预应力锚索在山地复杂地层的施工难点与对策课件

一、前言1、山地工程中常见到一些复杂地层：风化破碎地层深厚堆积体地层岩溶和夹泥地层夹煤地层一、前言1、山地工程中常见到一些复杂地层：12、锚索在复杂地层中施工常见问题：成孔困难：漏风、掉块、埋钻锚索安装：不易安装注浆失效：漏浆、注不满浆2、锚索在复杂地层中施工常见问题：成孔困难：漏风、掉块、埋2表1：山地复杂地层类型及锚索施工中常见的问题

复杂地层类型风化破碎地层深厚堆积体地层岩溶夹泥、夹煤地层地层特点

主要为全风化及强风化岩层，局部夹断层及风化破碎带

粘性土夹风化孤石或与卵石、漂石互层出现，地层极不稳定，成分混杂，且富含地下水

在碳酸盐地区，有溶蚀裂隙、石芽、土洞、溶洞等溶蚀现象发育

多与沉积砂岩或灰岩地层互层存在。地层破碎，且富含地下水锚索施工中常见问题成孔

漏风、掉块、埋钻

漏风、掉块、埋钻、钻孔偏差大

遇溶洞漏风、掉块、卡钻、易偏差

漏风、掉块、埋钻、偏差大锚索安装

不易安装

不易安装

锚索掉入溶洞、不易安装

不易安装注浆

漏浆、注不满浆

漏浆、注不满浆

漏浆、注不满浆

漏浆表1：山地复杂地层类型及锚索施工中常见的问题复3二、主要成孔工法的技术特点、适用地层及存在问题⑴护壁压力灌浆冲击钻进

主要工艺特点：对漏风、掉块、岩溶等先用水泥净浆或砂浆对破碎地层进行护壁灌浆

适用地层：风化破碎地层、岩溶、夹泥、夹煤地层存在问题：⑴时间较长；⑵需二次或多次扫空作业，不利锚索高效施工；⑶由于浆液强度和周边地层不一致，因此易偏孔二、主要成孔工法的技术特点、适用地层及存在问题⑴护壁压力灌浆4⑵后跟管合金或冲击钻进主要工艺特点：先用冲击或合金钻具开孔并钻进破碎地层一定深度，然后将套管以回转或打入方式穿过破碎地层适用地层：风化破碎地层、夹泥夹煤地层

存在问题：⑴易导致套管变形和破裂，造成孔内事故；⑵工效低；⑶下套管不宜太深⑵后跟管合金或冲击钻进主要工艺特点：先用冲击或合金钻具开孔5⑶偏心跟管冲击钻进主要工艺特点：

利用偏心冲击器在冲击破碎地层的同时，套管随钻跟进一直跟过破碎深度，然后反转收回偏心块，拔出钻头和钻杆，安装完成锚索后，再利用拔管器将套管收回。适用地层：风化破碎地层、山前堆积体地层、夹泥夹煤地层

存在问题：

⑴套管材质强度要求较高，否则易出现套管丝扣断、套管变形、套管靴被打毛，使偏心潜头被卡等孔内事故；

⑵钻机动力和空压机供风要求高⑶偏心跟管冲击钻进主要工艺特点：6⑷同心跟管冲击钻进

主要工艺特点：

利用中心潜头破碎地层，并通过套在中心潜头外的同心套钻具的扩孔作用，形成比套管直径稍大的钻孔，通过同心套与套管之间的连接顺利将套管带入孔内适用地层：风化破碎地层、深厚堆积体地层、夹泥夹煤

地层存在问题：

⑴目前的方法每一个钻孔需一个同心套，经济上浪费，出现孔内事故不易处理；⑵钻机动力和空压机供风要求高⑷同心跟管冲击钻进

主要工艺特点：7表3常用工法的适用性评价

适用条件常用工法风化破碎地层深厚堆积体地层岩溶夹泥、夹煤地层

护壁压力灌浆冲击钻进*********

后跟管合金或冲击钻进******

偏心跟管冲击钻进*********

同心跟管冲击钻进**********注：适用――*；较适用――**；很适用――***；表38三、解决注浆问题的方法

破碎地层特点：岩体松散、机械性能脆弱、岩石风化卸荷严重，并且常为地下水富集带。破碎地层危害性：破碎地层的松散性、大变形与高渗透性是各类山地工程的危险源，也是施工的高危险部位，容易诱发边坡垮塌与滑坡等灾害。破碎地层灌浆重要意义：⑴充分发挥锚固力⑵保护索体⑶解决成孔难的有效方法。三、解决注浆问题的方法破碎地层特点：岩体松散、机械性能脆弱9方法1：调整浆液配合比

调整浆液配合比，使浆液变浓变稠，减缓浆液的流动性，使其具有速凝的特性，在灌浆过程中快速封堵裂隙。对处理锚索孔和成孔后灌浆均有效，对小到中等孔洞裂隙均有效，是比较常用的方法。方法1：调整浆液配合比调整浆液配合比，使浆液变浓变稠，减缓10方法2：喷射混凝土堵漏

用混凝土喷射机和注浆泵，将拌制好的材料高压喷于孔内。该方法只能用于处理锚索孔，对较大的孔洞裂隙有较好的效果。方法2：喷射混凝土堵漏用混凝土喷射机和注浆泵，将拌制好的材11方法3：水泥球堵漏

在发现较大裂隙时，用塑料袋包裹水泥球投入孔内，用端部加了顶托钢板的钻杆向孔内推进挤压水泥球，利用孔底的顶托将水泥球挤入周边裂隙孔洞内。该方法只能用于处理锚索孔，对成孔后灌浆有帮助，对中等孔洞裂隙有效。方法3：水泥球堵漏在发现较大裂隙时，用塑料袋包裹水泥球投入12方法4：自由段包裹土工布

对自由段采取外包土工布的办法来隔离浆液流失，减少了灌浆量，提高了注浆工效，又保证了水泥浆体对锚索的保护作用。该方法只能用于成孔后灌浆。方法4：自由段包裹土工布对自由段采取外包土工布的办法来隔离13方法5：改变灌浆方式

采用分时段间隔灌浆，即在破碎地层先灌浆灌到一定时间或一定水泥量时停止，待浆液初凝后能将孔内裂隙闭合一部分，然后再灌注，到同标准时再停止，依次重复下去，直到孔内裂隙全部堵塞，保证浆液灌满。该方法对处理锚索孔和成孔后灌浆均有效，对小孔洞裂隙有效，是比较常用的方法。方法5：改变灌浆方式采用分时段间隔灌浆，即在破碎地层先灌浆14表4各种控制灌浆方式的优越性与不足操作方式优越性不足之处用途

调整浆液配合比

可操作性强，能对裂隙进行封闭

改变了浆液性质，操作不好可能会影响浆体质量

处理锚索孔、成孔后灌浆

喷射混凝土堵漏

适用于较大的孔洞裂隙

不易操作，对小裂隙收效不大

处理锚索孔

水泥球堵漏

封闭效果好

见裂隙即需停机、拔钻、堵漏，重复工序，操作复杂

处理锚索孔、对成孔后灌浆有帮助

自由段包裹土工布

工艺简单，能节约水泥，不需要过多处理锚索孔

增加安装锚索的难度与材料投入

成孔后灌浆

改变灌浆方式

能有效节约水泥

施工周期长，影响因素多

处理锚索孔、成孔后灌浆表4各种控制灌浆方式的优越性与不足15结论

⑴针对复杂地层，原则上应先通过试钻以确定合理的成孔工艺，一般先用护壁灌浆的方法消除漏风、掉块、卡钻等问题，只有在该工法工效低时才考虑采用跟管钻进的方法。⑵护壁压力灌浆技术是对付破碎地层、岩溶地层锚索施工常用且有效的手段。结论⑴针对复杂地层，原则上应先通过试钻以确定合理的成孔工艺16

⑶偏心跟管和同心跟管钻具在对付风化破碎地层及深厚堆积体地层效果明显，但需进一步完善其工艺设计及提高材料加工水平，并开发出适应不同地层的钻具，减少孔内事故的发生。⑷本文列举的钻孔和灌浆问题均从实践中获得，并在实际中加以应用，取得了较好的效果，因此对所有山地工程的锚索施工都具有一定的参考作用。各种钻孔和灌浆方法都有优越性和不足之处，实际工程中需要统筹考虑，来选择最适当的方法。⑶偏心跟管和同心跟管钻具在对付风化破碎地层及深厚堆积体地层17

⑸需要说明的是，锚索的最初设计要求是穿过岩层中潜在的滑移面，使外层的不稳定岩层与内层稳定岩层连接在一起，形成稳定的整体，因此内锚固段必须处于稳定的完好岩层上，即内锚固段不存在破碎地层问题。如实际施工中发现内锚固段正处于破碎地层上，从整个工程质量来考虑，需要作设计变更，通常是加长锚索以穿过破碎地层。⑸需要说明的是，锚索的最初设计要求是穿过岩层中潜在的滑移面18一、前言1、山地工程中常见到一些复杂地层：风化破碎地层深厚堆积体地层岩溶和夹泥地层夹煤地层一、前言1、山地工程中常见到一些复杂地层：192、锚索在复杂地层中施工常见问题：成孔困难：漏风、掉块、埋钻锚索安装：不易安装注浆失效：漏浆、注不满浆2、锚索在复杂地层中施工常见问题：成孔困难：漏风、掉块、埋20表1：山地复杂地层类型及锚索施工中常见的问题

复杂地层类型风化破碎地层深厚堆积体地层岩溶夹泥、夹煤地层地层特点

主要为全风化及强风化岩层，局部夹断层及风化破碎带

粘性土夹风化孤石或与卵石、漂石互层出现，地层极不稳定，成分混杂，且富含地下水

在碳酸盐地区，有溶蚀裂隙、石芽、土洞、溶洞等溶蚀现象发育

多与沉积砂岩或灰岩地层互层存在。地层破碎，且富含地下水锚索施工中常见问题成孔

漏风、掉块、埋钻

漏风、掉块、埋钻、钻孔偏差大

遇溶洞漏风、掉块、卡钻、易偏差

漏风、掉块、埋钻、偏差大锚索安装

不易安装

不易安装

锚索掉入溶洞、不易安装

不易安装注浆

漏浆、注不满浆

漏浆、注不满浆

漏浆、注不满浆

漏浆表1：山地复杂地层类型及锚索施工中常见的问题复21二、主要成孔工法的技术特点、适用地层及存在问题⑴护壁压力灌浆冲击钻进

主要工艺特点：对漏风、掉块、岩溶等先用水泥净浆或砂浆对破碎地层进行护壁灌浆

适用地层：风化破碎地层、岩溶、夹泥、夹煤地层存在问题：⑴时间较长；⑵需二次或多次扫空作业，不利锚索高效施工；⑶由于浆液强度和周边地层不一致，因此易偏孔二、主要成孔工法的技术特点、适用地层及存在问题⑴护壁压力灌浆22⑵后跟管合金或冲击钻进主要工艺特点：先用冲击或合金钻具开孔并钻进破碎地层一定深度，然后将套管以回转或打入方式穿过破碎地层适用地层：风化破碎地层、夹泥夹煤地层

存在问题：⑴易导致套管变形和破裂，造成孔内事故；⑵工效低；⑶下套管不宜太深⑵后跟管合金或冲击钻进主要工艺特点：先用冲击或合金钻具开孔23⑶偏心跟管冲击钻进主要工艺特点：

利用偏心冲击器在冲击破碎地层的同时，套管随钻跟进一直跟过破碎深度，然后反转收回偏心块，拔出钻头和钻杆，安装完成锚索后，再利用拔管器将套管收回。适用地层：风化破碎地层、山前堆积体地层、夹泥夹煤地层

存在问题：

⑴套管材质强度要求较高，否则易出现套管丝扣断、套管变形、套管靴被打毛，使偏心潜头被卡等孔内事故；

⑵钻机动力和空压机供风要求高⑶偏心跟管冲击钻进主要工艺特点：24⑷同心跟管冲击钻进

主要工艺特点：

利用中心潜头破碎地层，并通过套在中心潜头外的同心套钻具的扩孔作用，形成比套管直径稍大的钻孔，通过同心套与套管之间的连接顺利将套管带入孔内适用地层：风化破碎地层、深厚堆积体地层、夹泥夹煤

地层存在问题：

⑴目前的方法每一个钻孔需一个同心套，经济上浪费，出现孔内事故不易处理；⑵钻机动力和空压机供风要求高⑷同心跟管冲击钻进

主要工艺特点：25表3常用工法的适用性评价

适用条件常用工法风化破碎地层深厚堆积体地层岩溶夹泥、夹煤地层

护壁压力灌浆冲击钻进*********

后跟管合金或冲击钻进******

偏心跟管冲击钻进*********

同心跟管冲击钻进**********注：适用――*；较适用――**；很适用――***；表326三、解决注浆问题的方法

破碎地层特点：岩体松散、机械性能脆弱、岩石风化卸荷严重，并且常为地下水富集带。破碎地层危害性：破碎地层的松散性、大变形与高渗透性是各类山地工程的危险源，也是施工的高危险部位，容易诱发边坡垮塌与滑坡等灾害。破碎地层灌浆重要意义：⑴充分发挥锚固力⑵保护索体⑶解决成孔难的有效方法。三、解决注浆问题的方法破碎地层特点：岩体松散、机械性能脆弱27方法1：调整浆液配合比

调整浆液配合比，使浆液变浓变稠，减缓浆液的流动性，使其具有速凝的特性，在灌浆过程中快速封堵裂隙。对处理锚索孔和成孔后灌浆均有效，对小到中等孔洞裂隙均有效，是比较常用的方法。方法1：调整浆液配合比调整浆液配合比，使浆液变浓变稠，减缓28方法2：喷射混凝土堵漏

用混凝土喷射机和注浆泵，将拌制好的材料高压喷于孔内。该方法只能用于处理锚索孔，对较大的孔洞裂隙有较好的效果。方法2：喷射混凝土堵漏用混凝土喷射机和注浆泵，将拌制好的材29方法3：水泥球堵漏

在发现较大裂隙时，用塑料袋包裹水泥球投入孔内，用端部加了顶托钢板的钻杆向孔内推进挤压水泥球，利用孔底的顶托将水泥球挤入周边裂隙孔洞内。该方法只能用于处理锚索孔，对成孔后灌浆有帮助，对中等孔洞裂隙有效。方法3：水泥球堵漏在发现较大裂隙时，用塑料袋包裹水泥球投入30方法4：自由段包裹土工布

对自由段采取外包土工布的办法来隔离浆液流失，减少了灌浆量，提高了注浆工效，又保证了水泥浆体对锚索的保护作用。该方法只能用于成孔后灌浆。方法4：自由段包裹土工布对自由段采取外包土工布的办法来隔离31方法5：改变灌浆方式

采用分时段间隔灌浆，即在破碎地层先灌浆灌到一定时间或一定水泥量时停止，待浆液初凝后能将孔内裂隙闭合一部分，然后再灌注，到同标准时再停止，依次重复下去，直到孔内裂隙全部堵塞，保证浆液灌满。该方法对处理锚索孔和成孔后灌浆均有效，对小孔洞裂隙有效，是比较常用的方法。方法5：改变灌浆方式采用分时段间隔灌浆，即在破碎地层先灌浆32表4各种控制灌浆方式的优越性与不足操作方式优越性不足之处用途

调整浆液配合比

可操作性强，能对裂隙进行封闭

改变了浆液性质，操作不好可能会影响浆体质量

处理锚索孔、成孔后灌浆

喷射混凝土堵漏

适用于较大的孔洞裂隙

不易操作，对小裂隙收效不大

处理锚索孔

水泥球堵漏