西江特大桥锚索成孔施工技术

西江特大桥为新建南广铁路的标志性和控制性工程，其孔跨布置为：(41.2+486+49.1)m+1-32m简支箱梁，桥梁全长618.3m。主跨为中承式钢箱提篮拱桥，拱脚中心距450m，矢跨比1/4，桥面距拱顶71.7m。钢箱拱肋，桥面为钢砼结合梁体系。拱肋采用缆索吊机悬臂拼装施工。全桥共设扣索塔架2座，扣缆塔合建。每座扣塔设置4个后锚碇用以平衡拱肋悬臂拼装自重，缆塔设置2个后锚碇用以提供吊装节段过程中所产生的拉力。锚碇总体布置图见图1。

图1：锚碇总体布置图

锚碇采用预应力岩锚体系，由预应力锚索与钢筋混凝土锚碇体组成。锚索采用密集群锚体系，由斜向锚索与竖向锚索组成。扣塔锚碇斜向锚索布置为7列(间距2m)4排(间距1.5m)，竖向锚索为6列(间距2m)×2排(间距3.8m);缆塔锚碇斜向锚索为7列(间距2m)×3排(间距2.25m)，竖向锚索同扣塔锚碇。锚索设计钻孔深度最大为70m，钻孔倾角为20°或30°，孔径为150mm。锚碇结构图见图2。

桥位跨越西江，两岸皆为中低山，地层广泛发育，岩性复杂，主要以砂岩为主，岩层透水性强。特别是靠南宁侧山体，锚碇区存在断层，节理裂隙发育，岩体破碎。在锚索钻孔施工过程中出现塌孔，渗水等不良地质现象，导致锚索施工成孔困难。
锚碇结构图

图2：锚碇结构图

2、方案研究

在复杂地理地质条件下出现锚索施工成孔困难时，一般会采取渗透注浆固结地层或跟套管成孔。

2.1方案一：渗透注浆固结地层

渗透注浆通过压力作用使浆液充填土的空隙和岩石的裂隙，从而达到固结岩土，防止渗水的目的。先钻注浆孔，然后安装注浆管及埋设止浆塞，然后进行注浆。注浆孔布置在相邻两个锚索孔之间，孔径为120mm，孔深比设计钻孔深度深5m，钻孔倾角比设计锚索钻孔倾角小1°～2°，浆液采用纯水泥浆，水灰比为0.75:1，注浆管为φ16mm钢管，注浆压力达到10Mpa。

2.2方案二：跟套管成孔

套管跟进即在进行钻孔施工的过程中采取套管随钻孔跟进，使孔壁增加一层钢护壁，防止塌孔，从而保证锚索顺利成孔，在锚索下放到位后拔出套管循环利用。钻头采用φ115mm扩孔直径达到φ146mm以上的偏心钻头，钻杆直径为89mm，跟进管靴外径φ146mm，内径为φ120mm，跟进套管外径φ146mm，壁厚为10mm。

2.3方案确定

对于方案一，因岩层破碎，存在断层，在进行注浆加固时，注浆浆液大部分往断层裂隙处渗透，而压力只能达到2Mpa，重新进行锚索钻孔时，成孔还是出现塌孔。而采取方案二进行试钻时，因钻孔深，套管跟进拔不出，成本投入大，也只好放弃。

为使锚索施工能够顺利成孔，也为减小成本投入，决定综合以上两种方案，通过高压旋喷注浆固结地层形成保护层，使锚索顺利成孔。

2.4 高压旋喷注浆固结地层

高压旋喷注浆是由高压设备使浆液以20～40 Mpa的高压射流从喷嘴中射出，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，使浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成圆柱状的固结体。注浆孔位与设计锚索孔一致，注浆采用单管法，浆液采用纯水泥浆，水灰比为1:1。

3、预应力锚索成孔施工

预应力锚索以高压旋喷注浆固结地层使成孔顺利进行。

锚碇成孔施工顺序为：施工准备→搭设支架→旋喷孔施工→旋喷注浆→锚索孔施工。

3.1 搭设支架

由于锚碇边坡比较高，钻孔时需搭设脚手架。为保证脚手架稳固及给钻机预留足够摆放空间，脚手架共布设三排，脚手架布置间距以保证施工安全稳定为宜，另在临空侧需设置剪刀撑，钢管间增设斜撑，在钻机安放位置需加密杆件。脚手架与坡面预埋筋连接以保证支架稳定。钻进过程中经常检查钻机紧固件的紧固程度及支架的稳定性，如发现松弛随时进行紧固。

3.2 旋喷孔施工

钻孔采用ZSY-80锚固钻机造孔, 准确安装固定钻机，应保证钻机不发生轴向或横向位移。按孔位、孔向架设钻机，开孔时力求精确，钻孔的孔位、倾斜度应按设计要求进行严格控制，孔深超设计锚索钻孔孔深2m。钻孔采用干钻，钻进过程中对地层变化、地下水及一些特殊情况做好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象，须立即停钻，在旋喷注浆后继续钻进。

3.3 旋喷施工

旋喷孔施工完后，将ZSY-80锚固钻机钻杆(钻杆长1.5m)全部退出，为减少拆杆的次数，改成采用地质钻机(钻杆长3m)进行旋喷，锚固钻机则固定在原处。将地质钻机固定牢靠后，调整钻杆倾斜角度，将旋喷管下到孔底。旋喷管设置2个喷嘴，其大小为3mm。下放过程中通风防止喷嘴堵塞。喷射前，根据钻孔地质情况，设置详尽的喷射参数，预定的喷射压力为25Mpa。喷射时，喷浆旋转30秒，并达到预定压力，使水泥浆与碎石土充分搅拌后，再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管，提升速度为200mm/min，直至孔口。

3.4 锚索孔施工

高压喷射12小时后进行锚索孔钻进，钻孔工艺必须与旋喷孔工艺及钻具保持一致，采用ZSY-80锚固钻机造孔。如钻进过程中仍出现塌孔，重复高压旋喷注浆操作。

4、结束语

西江特大桥锚碇预应力锚索采用高压旋喷注浆固结地层的方式使锚索顺利成孔，这是高压旋喷注浆的一种拓展应用。此应用成功的关键在于锚索孔路径尽量处于所形成的圆柱状固结体中，因此旋喷孔与锚索孔钻孔设备工艺保持一致。通过高压旋喷注浆固结地层使锚索施工顺利成孔，这为复杂地理地质条件下施工锚索提供了参考依据。

参考文献：

(1)叶观宝，叶书麟编著地基加固新技术北京机械工业出版社 1999.12