CN104088278B - 一种强力水柱扩孔锚杆的施工方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种强力水柱扩孔锚索(杆)的施工方法，包括：钻孔、扩孔、排渣、预注浆、下锚索(杆)、压浆、二次注浆等工艺步骤。本发明还提供了施工装置。本发明在排渣土的过程中，用液体水冲刷锚孔孔壁，钻杆及套管往复运动使渣从钻机的出渣头完全排出，渣土完全置换出来，扩孔部位充满水，再用管帽压浆使水泥浆置换水，保证扩孔内水泥纯度，锚索(杆)被水泥完全包裹，增加锚索(杆)摩擦力及抗拉张拉强度；用水扩孔，不用水泥浆稀释排渣土，大大节约施工成本；减少因使用大量水泥浆排渣土产生的水泥浆对周边地质、水质等环境的污染。

Description

一种强力水柱扩孔锚杆的施工方法及装置

【技术领域】

本发明涉及锚索(杆)的施工方法，特别是涉及一种强力水柱扩孔锚索(杆)的施工方法及装置。

【背景技术】

锚索(杆)被大量运用于支护及抗浮工程中。常规锚索(杆)锚固端的锚固体直径小，摩擦力不大，从而设计上通过增加锚索(杆)体长度来达到摩擦系数，因而加大了施工钻进难度及材料成本。为增大锚固体摩擦力，常采用锚固体扩大的方式来实现。

目前有种高压旋喷扩孔方式，当钻到扩孔深度，拔出钻杆，下一根喷杆用低流量高压力将液体穿过地质，将水泥与杂质混和搅拌，形成一种混合物，再用许多的水泥浆不断注入去稀释，因比重原则，水泥浆很难将渣土完全置换出来，结果形成了劣质混泥土，影响锚索(杆)张拉效果，增大位移；套管没有跟到孔底，特别是斜孔，锚索(杆)很难保证在扩孔的中心位置；而且穿过锚固端的泥渣混合物时锚索(杆)很难一次到底，使锚索(杆)的钢绞线受到损伤及粘上杂质，容易造成张拉时拉断及张拉回复不到位。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题而提供一种将锚孔内渣土完全置换出来，增加锚索(杆)的摩擦力，使锚索(杆)的锚固端伸入套管底部，保证锚索(杆)安装到扩孔中心位置的强力水柱扩孔锚索(杆)的施工方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种强力水柱扩孔锚索(杆)的施工方法，该施工方法包括如下工艺步骤：

1)钻孔：采用全液压钻机的钻杆及套管钻孔至设计深度形成锚孔；

2)扩孔：将钻杆连接的灌注装置深入锚孔到扩孔位置，在钻杆上加长至少一节钻杆，灌注装置喷射液体对锚孔进行扩孔；

3)排渣：钻杆及套管往复运动，使渣土从钻机的出渣头排出；

4)预注浆：拔出钻杆，将注浆管放入套管底部，进行一次注浆；

5)下锚索(杆)：将锚索(杆)放入套管底部；

6)压浆：在套管上安装压浆装置，向套管底部注浆；

7)二次注浆：压浆后，通过二次注浆管实施二次劈裂注浆。

在所述步骤2)中，灌注装置到扩孔位置时，在钻杆上加长一节15厘米钻杆，使灌注装置向下伸出套管，开启注水泵，钻杆旋转使强力水柱从灌注装置喷射出来，冲击锚孔孔壁，使锚孔形成圆柱形扩孔。

在所述步骤3)中，钻杆做旋转运动、钻杆及套管往复运动，渣土水浆从钻杆及套管之间的钻机出渣头排出，当排出渣土水浆变清，钻杆及套管再跟进钻孔，钻杆重复旋转及往复运动，直至要求深度。

在所述步骤4)中，水泥浆从套管管口冒出时，停止预注浆，从套管底部抽出注浆管。

在所述步骤5)中，锚索(杆)的锚固端从套管口插入套管，经过水泥浆放至套管底部。

在所述步骤6)中，至少两次用3～4兆帕压力向套管底部压浆，边压浆边拔出套管，每拔两根套管，在套管管口注浆一次，直至拔出全部套管。

在所述步骤7)中,压浆3～6小时后，以5～8包水泥浆，保压压力为1～3兆帕，保压时间为4～8分钟，实施二次劈裂注浆。

该施工装置包括钻杆、与该钻杆依次连接的灌注装置及钻机钻头，还包括与所述钻杆同轴的套管，该套管下端安装套管钻头。

在所述套管顶端设有管帽，该管帽连接注浆装置。

在所述灌注装置上设有至少一个径向喷头。

本发明低压水柱扩孔锚索(杆)的施工方法与现有技术相比较，其有益效果是：

1、使渣土从钻杆及套管之间的钻机出渣头排出，保证扩孔内水泥纯度，且锚索(杆)被水泥完全包裹，增加锚索(杆)摩擦力及抗拉张拉强度；

2、用水扩孔，不用水泥浆稀释排渣土，大大节约施工成本；

3、减少因用大量水泥浆排渣土产生的水泥浆对周边地质、水质等环境的污染。

【附图说明】

图1是本发明的扩孔及排渣施工示意图。

图2是本发明的压浆施工示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

如图1、图2所示，强力水柱扩孔锚索(杆)的施工装置包括钻机，该钻机采用全液压的双动力头钻机。全液压的双动力头钻机设有钻杆1及套管2，套管2与钻杆1同轴，套管2设在钻杆1外侧。套管2下端安装套管钻头(图中未示出)。钻杆1底部连接灌注装置3，该灌注装置3下端安装钻机钻头4。钻杆1顶部安装有注水装置(图中未示出)，注水装置包括注水泵及水管，注水泵为高扬程注水泵。

如图2所示，套管2顶端设有管帽21，该管帽21连接注浆装置，注浆装置包括注浆泵及注浆管。本实施例中，注浆泵为公知的注浆泵。

如图1，灌注装置3包括上连接部件及下连接部件。上连接部件及下连接部件之间由螺纹连接为一整体，上连接部件上端、下连接部件下端分别通过螺纹与钻杆1下端及钻机钻头4上端相连接。上连接部件及下连接部件中部为中空管道，与钻杆1的中空管道连接，作为喷射液体通道。下连接部件底部的中空管道呈漏斗形状，在漏斗形状处设置一个钢球。

如图1，在上连接部件的侧壁设有至少一个径向喷头31，喷头为本行业中通用的公知喷头，径向喷头31上设有一个喷嘴，喷嘴直径为0.3-3mm,在本实施例中，上连接部件的侧壁设有两个径向喷头，喷嘴直径为1.5mm。

如图1、图2所示，本发明强力水柱扩孔锚索(杆)的施工方法包括如下工艺步骤：

钻孔：采用全液压钻机的钻杆及套管安装的钻头钻孔至设计深度形成锚孔。为将锚孔的孔壁挤密实，增加其后水泥渗透的握裹力，少量的渣土从套管与钻杆之间通过出渣头排出。因地下水压大，渣土砂粒密实，钻杆及套管抱管严重，加快钻杆及套管旋转次数，使其运动速度加快；全液压钻机采用双动力头钻机；

扩孔：将钻杆连接的灌注装置深入锚孔内，当灌注装置到扩孔位置时，将钻杆上端加长至少一节钻杆，在本实施例中，加长一节15厘米的钻杆，保证灌注装置向下伸出套管下端口，开启注水泵，注水泵压力在0.5-3个兆帕，在本实施例中，按6公斤压力(80转/每分钟)水流量每分钟0.8立方流量从钻杆内中空通道送入，使强力水柱从灌注装置的径向喷头喷射出来，同时钻杆旋转，水冲击锚孔孔壁，对锚孔进行扩孔，使锚孔形成圆柱形扩孔。钻杆及套管跟进重复旋转抽动排渣扩孔；偶遇夹层及孤石时，将灌注装置收回套管内，用双管同时打击穿过夹层及孤石层，然后再伸出灌注装置继续扩孔到孔底；

排渣：钻杆做自身旋转运动、钻杆及套管往复运动，钻杆不断旋转使水柱冲刷锚孔的孔壁，将锚孔内土、砂等杂质冲落，再利钻杆旋转及在套管内往复抽动，类似于缸套活塞原理，渣土随水流量将渣土水浆从钻杆及套管之间的钻机出渣头排出，当见出渣头出水变清，说明锚孔内杂质洗净，可再双管跟进重复旋转及往复运动，直至要求深度；

预注浆：将钻杆在套管内抽动洗净套管内壁的渣土后，拔出钻杆，将注浆管放入套管底部，开启注浆泵，进行一次注浆；水泥浆至套管管口冒出时，停止预注浆，从套管底部抽出注浆管；在套管内预注浆目的是1、通过水泥浆的压力避免孔底渣土进入套管，2、保证锚索(杆)被水泥浆完全包裹；3、防止在压浆过程中，锚索(杆)受到水泥浆冲击，锚索(杆)偏离扩孔的中心位置。

下锚索(杆)：锚索(杆)的锚固端从套管口插入套管，经过水泥浆放至套管底部，使锚索(杆)的锚固端放置在扩孔的中心位置。锚索(杆)为各种形式的锚索(杆)，锚索(杆)为预应力锚索(杆)或非预应力锚索(杆)中的一种，在本实施例中，锚索(杆)为预应力锚索(杆)；

压浆：在套管上端安装注浆装置，开启注浆泵，注浆泵压力在3-4个兆帕，在本实施例中，用3兆帕压力从套管内分两到三次压浆向套管底部开始压浆。使水泥浆从套管底往管外向四周及向上挤冲，比重大的水泥浆依靠压力将套管外比重小的水从套管外压出地面，完成泥浆置扩孔内水的全部过程；当水排净时，开始向上拔出套管，每拔两根套管时，在管口补水泥浆一次，直至拔出全部套管；

二次注浆：压浆后5小时(依气候等因素而定)，通过锚索(杆)上绑上的二次注浆管实施二次劈裂注浆，以6包水泥浆，保压压力为2兆帕，保压时间为6分钟。

下面通过具体施工例说明本发明的实现：

施工例1

设计参数：设计抗拔力为450KN,检测抗拔力为900KN,设计孔深为18M，孔径150CM,扩大部份位于孔底8M,直径500CM。

地层描述：从上至下地层分别为松散～稍密的泥质土，稍密到中密的粉细砂，其间偶遇过水夹层及孤石；水系丰富，水压大。

施工过程：

钻孔：采用全液压钻机的钻杆及套管安装的钻头钻孔至设计深度形成锚孔。地下水压大，水系丰富，加快钻杆及套管旋转次数，使其运动速度加快；

扩孔：将钻杆连接的灌注装置深入锚孔内，当灌注装置到扩孔位置时，将钻杆加长一节15厘米的钻杆，使灌注装置向下伸出套管下端口，开启注水泵，按6公斤压力(80转/每分钟)水流量每分钟0.8立方流量从钻杆内中空通道送入，从灌注装置的径向喷头喷射水冲击锚孔的孔壁，对锚孔进行扩孔。遇夹层及孤石时，将灌注装置收回套管内，用双管同时打击穿过夹层及孤石层，然后再伸出灌注装置继续扩孔到孔底；

排渣：钻杆做自身旋转运动、钻杆及套管往复运动，钻杆不断旋转使水柱冲刷锚孔的孔壁，将锚孔内土、砂等杂质冲落，再利钻杆旋转及在套管内往复抽动，类似于缸套活塞原理，渣土随水流量将渣土水浆从钻杆及套管之间的钻机出渣头排出，当见出渣头出水变清，说明锚孔内杂质洗净，可再双管跟进重复旋转及往复运动，直至要求深度；

预注浆：将钻杆在套管内抽动洗净套管内壁的渣土后，拔出钻杆，将注浆管放入套管底部，进行一次注浆；水泥浆至套管管口冒出时，停止预注浆，从套管底部抽出注浆管；

下锚索(杆)：将锚索(杆)通过套管口放入套管底部；

压浆：开启注浆泵向套管底部开始压浆。用3.5兆帕压力从套管内分两到三次压浆，使水泥浆从套管底往管外向四周及向上挤冲，比重大的水泥浆依靠压力将套管外比重小的水从套管外压出地面，完成泥浆置扩孔内水的全部过程；当水排净时，开始向上拔出套管，每拔两根套管时，在管口补水泥浆一次，直至拔出全部套管；

二次注浆：压浆后3.5小时(依气候等因素而定)，通过锚索(杆)上绑上的二次注浆管实施二次劈裂注浆，以5包水泥浆，保压压力为3兆帕，保压时间为5分钟。

施工例2

设计参数：设计抗拔力为25KN,检测抗拔力为50KN,设计孔深为14M孔径150CM,扩大部份位于孔底6M,直径600CM。

地层描述：从上至下地层分别为松散～稍密的粉质性粘土，稍密到中密的粉细砂，强风化砂岩。深度14米后面1米为市政下水道，要准确掌握角度与深度，在保证扩孔的同时不能扰动过大。

施工过程：

钻孔：采用全液压钻机的钻杆及套管安装的钻头钻孔至设计深度形成锚孔。因地层为松散～稍密的粉质性粘土，尽量少用旋转直接挤压钻进；

扩孔：将钻杆连接的灌注装置深入锚孔内，当灌注装置到扩孔位置时，将钻杆加长一节15厘米的钻杆，使灌注装置向下伸出套管下端口，开启注水泵，按8公斤压力(80转/每分钟)水流量每分钟0.8立方流量从钻杆内中空通道送入，从灌注装置的径向喷头喷射水冲击锚孔的孔壁，对锚孔进行扩孔；

排渣：钻杆做自身旋转运动、钻杆及套管往复运动，钻杆不断旋转使水柱冲刷锚孔的孔壁，将锚孔内土、砂等杂质冲落，再利钻杆旋转及在套管内往复抽动，类似于缸套活塞原理，渣土随水流量将渣土水浆从钻杆及套管之间的钻机出渣头排出，当见出渣头出水变清，说明锚孔内杂质洗净，可再双管跟进重复旋转及往复运动，直至要求深度；

预注浆：将钻杆在套管内抽动洗净套管内壁的渣土后，拔出钻杆，将注浆管放入套管底部，进行一次注浆；水泥浆至套管管口冒出时，停止预注浆，从套管底部抽出注浆管；

下锚索(杆)：将锚索(杆)通过套管口放入套管底部；

压浆：开启注浆泵向套管底部开始压浆。用3兆帕压力从套管内分两到三次压浆，使水泥浆从套管底往管外向四周及向上挤冲，比重大的水泥浆依靠压力将套管外比重小的水从套管外压出地面，完成泥浆置扩孔内水的全部过程；当水排净时，开始向上拔出套管，每拔两根套管时，在管口补水泥浆一次，直至拔出全部套管；

二次注浆：压浆后4小时(依气候等因素而定)，通过锚索(杆)上绑上的二次注浆管实施二次劈裂注浆，以6包水泥浆，保压压力为3兆帕，保压时间为5分钟。

施工例3

设计参数：设计抗拔力为40KN,检测抗拔力为80KN,设计孔深为28M，孔径150CM,扩大部份位于孔底8M,直径400CM。

地层描述：从上至下地层分别稍密～中密的粉细砂，中密～高密中粗靠近海边，水压大，砂粒粗易抱管。

施工过程：

钻孔：采用全液压钻机的钻杆及套管安装的钻头钻孔至设计深度形成锚孔。因水压大，砂粒密实，抱管严重，旋转次数增多，速度加快；

扩孔：将钻杆连接的灌注装置深入锚孔内，当灌注装置到扩孔位置时，将钻杆加长一节15厘米的钻杆，使灌注装置向下伸出套管下端口，开启注水泵，按7公斤压力(90转/每分钟)水流量每分钟0.7立方流量从钻杆内中空通道送入，从灌注装置的径向喷头喷射水冲击锚孔的孔壁，对锚孔进行扩孔；

排渣：钻杆做自身旋转运动、钻杆及套管往复运动，钻杆不断旋转使水柱冲刷锚孔的孔壁，将锚孔内土、砂等杂质冲落，再利钻杆旋转及在套管内往复抽动，类似于缸套活塞原理，渣土随水流量将渣土水浆从钻杆及套管之间的钻机出渣头排出，当见出渣头出水变清，说明锚孔内杂质洗净，可再双管跟进重复旋转及往复运动，直至要求深度；

预注浆：将钻杆在套管内抽动洗净套管内壁的渣土后，拔出钻杆，将注浆管放入套管底部，进行一次注浆；水泥浆至套管管口冒出时，停止预注浆，从套管底部抽出注浆管；

下锚索(杆)：将锚索(杆)通过套管口放入套管底部；

压浆：开启注浆泵向套管底部开始压浆。用4兆帕压力从套管内分两到三次压浆，使水泥浆从套管底往管外向四周及向上挤冲，比重大的水泥浆依靠压力将套管外比重小的水从套管外压出地面，完成泥浆置扩孔内水的全部过程；当水排净时，开始向上拔出套管，每拔两根套管时，在管口补水泥浆一次，直至拔出全部套管；

二次注浆：压浆后5小时(依气候等因素而定)，通过锚索(杆)上绑上的二次注浆管实施二次劈裂注浆，以7包水泥浆，保压压力为3兆帕，保压时间为7分钟。

本发明强力水柱扩孔锚索(杆)的施工方法与现有技术相比较，其有益效果是：使渣土从钻杆及套管之间的钻机出渣头排出，保证扩孔内水泥纯度，且锚索(杆)被水泥完全包裹，增加锚索(杆)摩擦力及抗拉张拉强度；用水扩孔，不用水泥浆稀释排渣土，大大节约施工成本；减少因用大量水泥浆排渣土产生的水泥浆对周边地质、水质等环境的污染。在全国多个地区都取得了很好经济和社会效益。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种强力水柱扩孔锚杆的施工方法，包括如下工艺步骤：

1)钻孔：采用全液压钻机的钻杆及套管钻孔至设计深度形成锚孔；

2)扩孔：将钻杆连接的灌注装置深入锚孔到设计扩孔位置，在钻杆上加长至少一节钻杆，开启注水泵喷射液体，对锚孔进行扩孔；

3)排渣：钻杆及套管往复运动，使渣土从钻机的出渣头排出；

4)预注浆：拔出钻杆，将注浆管放入套管底部，进行一次注浆；

5)下锚杆：将锚杆放入套管底部；

6)压浆：在套管上安装管帽压浆装置，向套管底部分次压浆；

7)二次注浆：压浆后，通过二次注浆管实施二次劈裂注浆。

2.如权利要求1所述强力水柱扩孔锚杆的施工方法，其特征在于，在所述步骤2)中，灌注装置到扩孔位置时，在钻杆上加长一节15厘米钻杆，使灌注装置向下伸出套管，开启注水泵，钻杆旋转使强力水柱从灌注装置喷射出来，冲击锚孔孔壁，使锚孔形成圆柱形扩孔。

3.如权利要求2所述强力水柱扩孔锚杆的施工方法，其特征在于，在所述步骤3)中，钻杆做旋转运动、钻杆及套管往复运动，渣土水浆从钻杆及套管之间的钻机的出渣头排出，当排出渣土水浆变清，钻杆及套管再跟进钻孔，钻杆重复旋转及往复运动，直至要求深度。

4.如权利要求1所述强力水柱扩孔锚杆的施工方法，其特征在于，在所述步骤4)中，水泥浆从套管管口冒出时，停止预注浆，从套管底部抽出注浆管。

5.如权利要求1所述强力水柱扩孔锚杆的施工方法，其特征在于，在所述步骤5)中，锚杆的锚固端从套管口插入套管，经过水泥浆放至套管底部。

6.如权利要求1所述强力水柱扩孔锚杆的施工方法，其特征在于，在所述步骤6)中，至少两次用3～4兆帕压力向套管底部压浆，边压浆边拔出套管，每拔两根套管，在套管管口注浆一次，直至拔出全部套管。

7.如权利要求1所述强力水柱扩孔锚杆的施工方法，其特征在于，在所述步骤7)中,压浆3～6小时后，以5～8包水泥浆，保压压力为1～3兆帕，保压时间为4～8分钟，实施二次劈裂注浆。