滑坡治理工程中的锚索钻孔技术研究

摘 要：滑坡治理中锚索能否发挥最大作用，与锚索锚固体有很大关系，但锚索成孔环节经常被忽略，认为没有技术含量。本人结合年施工经验，针对岩土条件对锚索成孔质量的影响和成孔方法展开论述，为今后类似工程提供指导。

关键词：滑坡治理锚索 钻孔跟管定位注浆

1前言

随着我国经济建设的飞速发展，特别是水电站、山岭地区高等级公路和铁路建设更是一马当先。山岭地区搞工程建设，在滑坡段通常都需设计锚拉抗滑桩，预应力锚索、锚杆和网喷混凝土等。滑坡治理工程一般都涉及到钻孔问题，钻孔是预应力锚索和锚杆施工中的关键工序，只要有效解决钻孔问题，其他问题就会迎刃而解。滑坡治理工程的地质条件一般都比较差，钻孔比较困难，而影响钻孔的因素又比较多，归结起来有以下几个主要因素：地质条件、钻孔设备、钻孔方法和作业手的技术水平。

2 地质条件对钻孔的影响

地质条件主要指岩体的物理力学性质、岩（土）体的结构构造和水文地质条件。这些因素是客观存在的，对钻孔都有一定影响，特别是岩（土）体的结构和构造对钻孔的影响特别大，其次是水文地质条件。

2.1、岩（土）体物理力学性质对钻孔的影响

岩（土）体的物理力学性质是由岩（土）体的成因、形成条件、矿物成份和晶体结构形式等决定的。比较坚硬的造岩矿物成份越多，分子间的结合越紧密，风化程度越弱，则岩体的强度越高；造孔相对较难一些；岩性硬脆的比岩性柔韧的造孔容易些。

2.2 岩（土）体结构构造对钻孔的影响

岩（土）体的结构构造对钻孔的影响是极其复杂的，同时在诸多因素中也是最大的，需要我们认真分析和对待。滑坡体大体可分为以下几种结构：坡积土结构、坡积土夹岩结构、层状岩体结构和松散碎裂结构。

1）、坡积土结构

坡积土质结构是岩石长期风化，已经变成了不同种类的土，日积月累在山坡上形成厚度大小不等的土层。在这种地层中钻孔的难易程度主要取决于土体的结构形态和含水量，如果土质为粘土，且含水量在塑限以上时，钻孔相对容易些；如果土的含水量在塑限以下时钻孔就非常困难，这时采用潜孔钻造孔，钎头的排气孔有可能被泥土堵塞死，冲击器不工作，采用麻花钻造孔，钻杆会被泥土糊住，排不出渣来；若含水量特别大，会产生塌孔现象，使造孔无法进行。

2）、坡积土夹石结构

土夹岩结构是山上的岩石风化且逐渐崩塌下来而形成的，土和碎石的含量不一，碎石的块度大小不等，所以土夹岩结构是很不均匀的，土很软，石子又很硬。如果土夹石结构体内的含水量比较适中，在钻孔过程中石块不掉落，钻孔的难度要小一点。如果含水量很小或很大，在钻孔过程中孔壁上的石子就会塌落，造成卡钻现象，这对钻孔是非常不利的。

3）、层状岩体结构

层状岩体结构属沉积岩或沉积变质岩类，由于沉积的物质各异，形成的沉积岩也是多种多样的，岩层的厚度薄厚不等，有的是软硬互层的。如果沉积岩经过变质，由于受到的压力和温度的不同，其变质程度也就不同，致使岩性的差异很大。不管是沉积岩或沉积变质岩都会在多次地质构造运动中产生节理和裂隙，甚至出现规模大小不等的断层。在这种岩体中钻孔也是比较复杂的，总的来说有如下规律：钻孔与岩层的夹角越大，钻孔越容易，随着夹角变小，钻孔就越困难，特别是钻孔介于软硬层之间时，孔的方向会向软层偏，使孔的方向不满足设计要求。

4）、松散碎裂结构岩体

松散碎裂结构岩体多半由沉积岩或沉积变质岩经过多次强烈地质构造运动而形成，特别是在钻孔施工前坡体又再次发生滑动，在滑坡卸荷过程中又产生了众多纵横向张开裂缝，使本来已经很破碎的岩体变得更加破碎。在这种岩体中钻孔是非常困难的，采用通常的钻孔方法是不能成孔的，必须采用特殊的钻孔方法，对于这种岩体我们要倍加小心，必须通过试验来寻找较好的钻孔方法。

3 钻孔设备的选择

3.1 选择设备的重要性

在滑坡治理工程中，选择锚索钻孔设备至关重要，根据实际情况选择恰当的设备，给施工带来极大方便，工效可成倍提高；否则设备选择不当，将给施工造成很多困难，甚至可使钻孔工作无法进行。既影响了工期又增加了成本。由此可见，设备选择不当对钻孔施工是极其不利的，所以在进场之前，我们要非常认真研究这个问题，免得出现被动局面。

3.2 选择设备的原则

滑坡治理工程中的锚索造孔通常都采用潜孔钻机，目前国内潜孔钻机的型号比较多，各种类型的钻机性能和技术参数也不相同。对于一个具体工程而言，究竟如何选择高效率的钻机，建议遵照下列原则：

1）、接到任务后，要认真细致地阅读设计文件，特别是要详细了解地质情况，最好是能到现场实地勘察地质情况，特别是要彻底搞清产体的产状、结构、节理裂隙组数、裂隙的性质和发育情况、岩体的风化程度和水文地质条件，客观地质条件是选择钻具的重要依据。

2）、了解现场的地形情况，特别是坡体的高度和坡度比。如果坡度较陡，重型钻机就不能使用，原因是安装转移困难，只能用轻型钻机；如果坡度较缓，稍重些的钻机也能使用。

3）、选择钻孔设备的另一个重要原则是设计的锚索参数，最重要的就是孔深和孔径，选用的钻孔设备要能保证孔深和孔径，达到设计的要求。

综上所述，在特定的地质和地形条件下，选择的钻孔设备必须能满足设计的锚索参数要求，在满足要求的前提下，所选用的钻孔设备体积和自重越小越好，转移位置越方便，作业效率越高越好。

3.3 适合锚索钻孔的设备

根据目前所了解的信息，适于在边坡上钻孔的钻机有：100B、100D、30型和60型、50型、80型和100型等，凿岩冲击器的动力均为压缩空气，旋转和进退动为电动和液压。使用的钻杆要根据地质情况来定，可用光面和花麻两种形式，通常情况下100B、100D、30型配φ54钻杆，50型和60型配ф73钻杆，80型配Φ89钻杆。在极易塌孔的地质条件下，尽量采用Φ127套管。设计孔深在30M左右时最好选用100B、100D和30型钻机，孔深在40M以上时选用50型或60型钻机，孔深大于60M时最好用80型钻机（现场条件具备时）。

4 钻孔方法

高效的钻孔不仅要有合适的设备还应结合现场试钻来确定最终方案。

目前国产潜孔钻机的钻孔方法有：光面钻杆钻孔、光面钻杆注浆钻孔、麻花钻杆钻孔、麻花钻杆注浆钻孔、局部跟管钻孔和全跟管钻孔。

4.1 光面钻杆钻孔法

光面钻杆的优点很多：钻杆与岩孔之间的空隙大，摩阻力特小，排渣非常顺畅，消耗的旋转能量少，是钻孔时首选的方案。这种钻孔方法适用于在钻进过程中很少出现塌孔的地层中，如均匀的坡积土层，较完整的层状岩体等。

4.2 光面钻杆注浆钻孔法

这种钻孔方法是在保持光面钻杆钻孔法的全部优点，尽量克服其缺点的基础上产生的，是光面钻杆钻孔法的发展和进步。当用光面钻杆钻孔不时出现卡钻现象，经过处理还能钻进，每次可成孔5M以上，且退出钻杆不会马上塌孔，可及时向孔中送入注浆管，采用定位压力注浆法，把孔壁上的易掉破碎石块胶结起来，使和孔同围岩成为一体，当浆液有一定强度（钻孔时不掉块）后，现继续钻孔。经过几次反复就可钻完全成孔，这种钻孔方法可在轻微破碎的岩体中应用，它解决了用光面钻杆不注浆不能继续钻进的难题，该法的最大缺点是注浆需要硬化时间长，增加了作业工序，施工进度慢。

4.3 麻花钻杆钻孔法

采用麻花钻杆上的螺旋叶片有助于排渣，可将掉下来的小石块及时排出孔外，减少卡钻现象。其缺点是钻杆的摩阻力大，且摩阻力随孔深的增加而增大。这种钻孔法可适用于塌孔现象较轻，岩层虽稍破碎，但节理裂隙都是闭合的，或者有些裂隙是张开的，但裂隙内充填有粘性土，有一定的粘结力，成孔后很少再发生掉块现象的岩层。

4.4 麻花钻杆注浆钻孔法

用麻花钻杆钻孔遇到困难，卡钻现象比较严重，并有局部塌孔，但一次还能成孔5M左右，退出钻杆后不立即塌孔，这时可立即向孔中送入注浆管，在预定的位置上注浆，把孔壁上的破碎岩块胶结起来，当有一定胶结强度后，现继续钻孔，经过钻孔――注浆――钻孔的几次反复，就能钻完全孔。这种钻孔法保持了麻花钻杆钻孔的原有优缺点，同时又增加了工序，延长了钻孔时间，但采用这种方法确实能成孔。此法适合于比较破碎且有少量张开裂隙，或有局部断层破碎带的岩层。

4.5 局部跟管钻进法

这种方法适用于开孔段（1―15M）为极易塌孔的碎石土层和极其破碎的岩层，采用一般的钻孔方法不能成孔，即使能钻进2―3M，当退出钻杆后马上就塌孔，定位注浆法也实施不成的情况，就必须采用跟管钻进法，当通过极其破碎层进入较好岩层时可采用光面钻杆或麻花钻杆继续钻进，再遇到卡钻严重孔段仍可采用定位注浆固结法继续钻进，直至完成整个钻孔。

4.6 全跟管钻进法

这种方法适用于整个被加固岩体都是极其松散破碎的岩（土）层，除了用地质取芯钻机能成孔外基它潜孔钻进跟本无法进行，在这种地层中必须采用全孔跟管钻进法，确保在钻进过程中不塌孔。跟管钻进的优点是不会塌孔，能保证成孔，其缺点是装卸管困难，耗用的时间多，钻进过程中易在管靴后面的一两根管的丝扣处断管，损失套管比较多，作业过程中钎头要始终带着套管走，冲击器的冲击功能量要消耗套管上一部分能量，且跟管的深度也是有限的。

5 操作手技术对钻孔的影响

现场的地质条件是客观存在的，它不以人们的意志而转移，当有针对性的选好钻孔设备，又结合实际摸索出钻孔方法后，可以说人们已经掌握了现场钻孔的客观规律，为完成钻孔打下了坚实的基础，但我们不能忽略人的因素，如果作业手的技术水平不高，仍然是打不好孔的，可能造成钻具的损坏，浪费了能源，延误了钻孔时间，大大增加钻孔成本。由此可见，作业手的技术水平在钻孔过程中将起到非常关键的作用。作业手要具备下列条件：

5.1 熟悉钻孔设备

钻机手要非常熟悉常用钻孔设备的构造、工作台原理、主要技术性能和日常维护保养常识，以便能熟练的操作设备，充分发挥设备的性能，加强对设备的及时维护保养，确保设备完好。

5.2 严格遵守设备的操作规程

各种钻孔设备的构造是不同的，操作方法也各有异同，但都有各自的操作规程，每个作业手对所使用设备的操作规程要了如指掌，操作起来得心应手，使设备始终处于良好状态，充分发挥设备的应有作用，防止事故，确保安全。

5.3 熟悉钎头的凿岩原理

作业手光会操作钻机不行，必须懂得钻机的凿岩原理，只有这样才能在不同的岩层中打好孔，发挥出钻机的效率。

在钻进过程中，钻机旋转越快，凿出的岩粉越粗，粗粉对排渣是不利的，特别是下倾孔较深时排渣就更困难，由于排渣不畅，会降低钻孔速度，甚至会发生卡钻现象；钻杆旋转越快，钻机输给钻杆的扭矩越小，在突然发生卡钻时，易发生断钻杆或损坏钻机的传动部件。因此，在作业过程中，作业手必须根据岩石的情况，合理的选择钻机的转速，以便使凿出的岩粉适度，既便于排渣又不影响进尺速度。

在钻进过程中，冲击是凿岩唯一手段，凿岩是由冲击器和钎头共同实现的。冲击器的各种技术参数均是固定的，必须按说明书要求，给冲击器提供合适的风压和风量，保证作业动力，使冲击器处于最佳凿岩状态。

在钻进过程中，钻杆在钻机上是不断进退的，各种钻机的进退力也不相同，对同一型号的钻机而言，一般是推进力大于后退力。在作业过程中，施给钻杆的推进力要适当，只要把钎头始终抵在孔底，击打钎头时钻杆不后退即可。推进力适当，在出现卡钻杆时，钻杆后退较顺利，否则有可能卡住，退不出来钻杆。

5.4 判断情况准、处理及时、方法得当

作业手在钻进过程中，眼睛始终要盯在钻机的动作上，通过钻机的动作就能了解钻孔内存在什么问题：如卡钻时钻杆会跳动，遇到软岩或土层时，钻进速度会加快，遇到硬岩会变慢，遇到大裂隙或软填充物时，钻杆会突然向前猛进，有时孔口不排风等。耳朵要听钻机的声音，通过声音可知钻机各运动部件工作是否正常，特别是冲击器是否还在工作。通过眼观耳听就能发现所有问题，及时果断地采限相应的处理办法，可使钻孔比较顺利，不发生大的问题，避免发生事故。

5.5 及时维护保养设备

作业手必须按设备使用说明书的要求，对设备进行日、班、周、月保养，该的部位涂油或脂，该换油的换油，损坏的部件及时更换。平时作业看好每个紧固件，不能让其松动，确保设备的完好率。

6 结束语

对于一个具体的滑坡冶理工程而言，要想钻好每一个锚索孔，首先必须对场地的地质情况了解清楚，选择适合当地情况的钻孔设备，然后在现场进行钻孔试验，探索出适应本工程地质情况的钻孔方法，给钻孔施工打下坚实的客观基础，仅作到此还不够，我们还必须重视主观因素――作业手，要想操纵好钻孔设备，必须有一些技术熟练的作业手，他们是施工的主力，不得忽视。只有主观努力和客观实际紧密结合起来，采取科学的施工方法，才能把锚索钻孔工作搞好。