双套管跟管钻进在基坑支护锚索成孔中的应用

摘要：通过某小区基坑锚索支护成孔施工，由于地层原因起初简单采用单套管钻进施工，导致桩顶变形过大，后采用双套管跟管钻进成孔方法，最终满足了施工进度和工程质量要求，给今后类似工程施工提供了重要的参考借鉴作用。

关键词：双套管；跟管钻进；基坑支护；锚索成孔

中图分类号：TV551文献标识码： A

随着我国经济的高速发展，建筑行业也迅速发展，建筑用地越来越受限，而建筑基坑支护目前基本上是每个工程建设项目的必经之路，选择合理的基坑支护工艺及形式，对加快工程建设项目的进度、减少工程建设项目的造价、确保工程建设项目的质量都有着非凡的意义。对于地下水位高、地质条件复杂的区域，深基坑支护中经常会用到锚杆支护，但在地下水位高的松散砂粉土地层施工时，常常存在涌水、涌砂、塌孔等问题，导致成孔困难、基坑变形过大等，甚至引起周边地层下陷，严重危害基坑周围其他设施（如道路、建筑物等）的安全，基坑支护选用合适的方法显得尤为重要。

1 工程概况

“鹤唐福景“项目位于新希望大商汇茶叶市场以北，希望路与盘江西路之间。拟建场地四周与城市道路相邻，东侧为20m宽盘江西路，盘龙江沿盘江西路东侧流过，场地红线距离盘龙江51.3m左右，西侧为15.0m宽规划道路，北侧与新修建的25.0m宽西山16号前程路相邻，南侧现为空地、距离广福路700m。拟建项目为高层、多层住宅区。设有2层整体开挖地下室，基坑周长636.30m左右，地面高程在1888.46-1889.87米之间，基坑底板底面标高为1880.5m，开挖深度为8.50~9.10m。基坑采用φ600＠1200长螺旋钻孔混凝土灌注桩+预应力锚索桩锚进行支护。

2.工程和水文地质条件

场地岩土由自上而下可分为第四系人工活动层（Q4ml），第四系冲洪积层（Q4al+pl）及第四系湖积层（Q4l）三大类，主要以湖积成因的粘土、粉土（砂）、泥炭质土为主，多呈互层状分布，根据土的分类原则将场地地基土划分为9个大层及16个亚层：

①素填土：新近堆积，结构松散、固结差；

②粉质粘土：硬塑，局部可塑，饱和，中压缩性；（C=29.6Kpa,Φ=3.50,fak=150Kpa）

③粘土：可塑~软塑，饱和，高压缩性；（C=11.6Kpa,Φ=3.00,fak=130Kpa）

③1粉土：中密，湿，中压缩性；（C=27.6Kpa,Φ=8.90,fak=120Kpa）

③2泥炭质土：可塑，饱和，高压缩性，含大量腐殖质；（C=13.3Kpa,Φ=2.30,fak=60Kpa）

④粉质粘土：可塑，饱和，中压缩性；（C=12.1Kpa,Φ=3.80,fak=150Kpa）

④1粉砂：稍密，湿，中压缩性；（C=13.3Kpa,Φ=6.70,fak=140Kpa）

④2泥炭质土：软~流塑，饱和，高压缩性，含大量腐殖质；（C=12.3Kpa,Φ=2.60,fak=70Kpa）

④3砾砂：稍密，湿，中压缩性；（C=5.0Kpa,Φ=15.00,fak=180Kpa）

⑤粉质粘土：可塑~硬塑，饱和，中压缩性；（C=31.1Kpa,Φ=7.20,fak=155Kpa）

⑤1粉土：稍密~中密，湿，中压缩性；（C=25.1Kpa,Φ=15.50,fak=160Kpa）

⑤2泥炭质土：可~软塑，饱和，高压缩性，含大量腐殖质；（C=32.7Kpa,Φ=5.50,fak=75Kpa）⑤3砾砂：稍密，湿，中压缩性；（C=5.0Kpa,Φ=16.00,fak=180Kpa）

⑥粘土：硬塑，饱和，中压缩性；（C=45.8Kpa,Φ=11.40,fak=170Kpa）

地下水稳定水位埋深为0.6～1.2m（绝对标高为1887.49～1889.03m），属潜水类型，微具承压性，主要补给来源为大气降水。

3.施工方案

根据场地工程地质条件和水文地质条件，起初采用单套管（兼作钻具）跟进成孔法进行第一排锚索施工，但基坑逐层开挖采用上述方法钻第二排锚索孔时，泥浆水从钻孔四周孔隙不断涌出，通过监测桩顶冠梁日均发生较大位移，位移在不断增大，后根据实际情况停止了钻孔施工并对发生较大位移处进行了回填处理。后经过分析，造成变形过大的原因是由于该处地层为粉土、粉砂、泥炭质土同时采用单套管进行钻孔施工，泥浆水不断带出泥土颗粒，导致孔隙增大所致。

针对上述情况，决定采用单动力头单动双管跟管水循环钻进方法成孔。利用双套管同时钻进的功能可在粉砂层等与水压大的情况下，避免砂土等随地下水从套管喷涌，从而起到控砂控水作用。钻进过程产生的废渣由内外套管之间空隙排出，不会使大量清水及泥浆水从外套管外孔壁排出，使孔壁越洗越大而不能控制。

4.施工工艺方法

在该地层施工采用德国宝峨克莱姆679/CH804多功能全液压钻机成孔，其特点是：能保证成孔质量、行走方便、机械灵活、快捷高效、安全可靠，从水平到垂直钻孔，角度可任意调整。适合于砂层、粉土层、砂卵石层等各种复杂地层。

4.1工艺流程

安设钻机按设计要求对准孔位和方位加双套管套管跟进钻孔清水冲渣拆除内套管一次注浆孔内置入锚索拆除外套管补水泥浆二次注浆腰梁制作安装锚索张拉锁定封锚。

4.2钻孔

（1）安设钻机。挖土至锚索孔位设计标高并大致整平场地，按图纸要求标高定位，设备就位，调整钻孔机钻臂架的水平位置、高度、方位和倾角，使钻杆和套管夹具对准孔位，调整方位和倾角符合设计要求。钻孔时孔径为150mm，孔间水平方向允许偏差为±50mm，垂直方向允许偏差为±50mm，钻孔倾角允许偏差为30。安设高压水泵，将进水管与水源接通，将出水管与钻孔机上进水管接通。

（2）安装第一节钻杆和第一节套管。第一节钻杆和第一节套管的前端镶有钻头，后端为丝扣。将钻杆插入套管中，置于钻臂架上，前端对准坑壁。开动钻机，动力头正转，先安装第一节钻杆，再安装第一节套管。

（3）注水钻进。机械动力头回转带动双套管运转，通过内外钻头切削钻进，当遇有砂卵石层或较硬土层时，采用液压回转和冲击双作用钻进。同时开启多级高压清水泵，土层在高压水冲击钻头及推进力的作用下冲散成孔，使高压清水将泥渣从孔底排出。高压清水通过注水芯轴、内套管，从内套管前端钻头返出，然后携带泥渣从内外套管之间通过排渣头返出。当泥渣堵塞内外套管通道时可适当进行冲击。必要时拆开外套管，反复抽动内套管将泥渣排除。当第一节钻杆和套管钻到位后，将套管与动力头旋松脱开，然后前后抽动钻杆用水清渣，水清后停止泵水，再将钻杆与动力头旋松脱开。反复重复上述程序，不断添加内、外套管，直至外套管达到设计孔深，内套管超钻1~2m，以保证沉渣在设计孔深外。清洗外套管内的泥渣，然后取出内套管，此外套管始终对孔壁起到保护作用。

（4）安装第二节内套管（兼作钻杆）和第二节外套管，钻进清渣，安装以后各节钻杆和套管，直至钻到设计要求深度，清渣至水清，停止泵水。

（5）拆卸内套管。

在钻至设计孔深后，清渣至水清停止泵水后，将内套管逐节拉出拆除。

4.3注浆、下索及外套管拆除

① 一次注浆

清孔完成后，拔出内管，插入注浆管，注浆管插入孔底，开动注浆泵，压入预拌好的水泥浆，一次注浆用水泥采用P.O42.5，水灰比控制在0.45~0.50之间，并掺加复合膨胀剂和高效减水剂。由于注入的水泥浆较孔内残留的泥浆、清水比重大，故能依次将泥浆、清水置换出来，由孔底开始注浆，当孔口冒出的水泥浆与新浆相同时，再继续注浆1~2分钟即可，注浆压力一般不低于0.5Mpa，亦不大于2.0Mpa，注浆水泥量为25kg/m左右。当出现水头压力过大造成无法补浆时，应尽快拔出外套管，及时封堵孔口，缩短冒浆时间，减少浆体损失，在二次劈裂注浆时加大注浆量。

② 下入锚索、拔出外套管

将按照设计要求制作好并经检验合格的锚索慢慢下入锚孔内。二次高压注浆管距孔底0.5~1.0m,锚固段每隔1.5~2.0m做花管，花管管眼φ6~φ8，梅花形布置，注浆管底与花管管眼均需用胶带包裹密封，二次注浆管外露工作长度为1.5m，杆体放入孔内后，外露长度1.0~1.5m。

锚索安放完成后拔外套管，套管拆卸为逐节拆卸，但套管为边旋转边拉出，并应控制拉出速度。最初两节套管，拉出速度宜为0.6m/min，其余各节套管拉出速度宜为1.2m/min。每外拔2-3节外套管补浆一次，直至外套管全部拔出，做最后补浆。当套管旋出时有锚索带出现象时，应在锚索尾端和动力头间顶以小直径圆木或方木，启动动力头将锚索顶回复位。

③ 二次高压劈裂注浆

在一次注浆体强度达到5MPa时进行，常温下约在一次注浆后4～5h间，进行二次劈裂注浆，以便能冲开一次常压灌浆所形成的具有一定强度的锚固体，使浆液在高压下被压人孔内壁的土体中，使锚索能牢固地锚在土层中。注浆用水泥为P.O42.5，水灰比控制在0.50-0.55。劈裂注浆采取三控：二次注浆压力控制在2.5-5.0Mpa；注浆量为30kg/m；端部出现冒浆现象，满足上述其一即可停止注浆。二次注浆完成后要稳定1.5~2.0min，并立即封堵注浆管管口。

4.4腰梁制作及锚索张拉

① 按设计要求安装好腰梁；

② 当水泥浆锚固体强度大于15MPa并达到设计强度的75%后可进行锚索张拉。

③ 锚索应根据设计规定的张拉力分级张拉，并控制锚索的弹性变形，使符合规定，然后退回到设计要求的锁定值锁定。

5.双套管钻进的效果及优越性

采用上述施工方法后，通过对施工过程的观察和基坑的检测，泥浆没有从锚孔周围土层裂隙大量涌出，基坑变形不大，同时锚索张拉力满足设计要求，证明采用上述双套管跟管钻进在砂土层中施工是成功的、完全合适的。

钻机为履带式全液压操作，移动灵便，对机械行走，安设场所没有严格要求，只需大致平整即可，机械下一般不需支垫，这就降低了施工人员的工作强度，节约了大量的时间。

在对孔洞进行清洗的过程中，施工人员采用的是清水冲渣的方式，不需制备泥浆，这一方式有效的避免对周边环境产生影响，避免环境受到污染；在施工过程中，采用的是双套管护壁，不仅避免塌孔等现象的发生，而且还避免了水泥浆体中夹有泥砂等现象，从而保证了水泥浆锚固体的形状、强度和握力，同时确保了支护工程的工程质量，降低地面出现不均匀沉降、裂缝等不良现象。

6、结束语

在基坑工程施工过程中，对地下水埋藏浅且地层分布有较多粉土、粉砂等情况的锚索支护成孔，采用双套管跟进成孔法是非常适合的一种方法，该方法具有非常好的施工效果，它可以避免对周边环境造成污染和影响，能够保证和提高施工质量，并且投入的施工材料少，保证了其经济性，是一种适用于地下水位以下流砂层、涌泥层或淤泥层中广为推广的施工技术 。

参考文献

[1]《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-2012）；

[2]《岩土锚杆（锚索）技术规程》（CECS22：2005）；

[3] 范国荣. 套管跟进技术在流沙地层中的应用. 科技向导，2012(86)