超长土钉施工工法和机具研究1

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1、超长土钉施工工法与机具研究摘要：本文结合乐滩水电站左岸土石坝土钉墙工程施工实际，通过对施工技术难点的分析研究，介绍了在该工程中应用的新机具、新工艺，为超长土钉设计、施工提供了借鉴。关键词：土钉墙造孔超长注浆螺旋钻头热压法1.工程概况乐滩水电站扩建工程是红水河规划开发的第八个梯级水电站，坝址位于广西忻城县红渡镇镇府上游3Km，坝址上下游分别与已建的百龙滩水电站尾水和规划的桥巩水电站正常蓄水位衔接。该扩建工程是一座以发电为主，兼有航运、灌溉等综合利用效益的水利水电工程。电站总装机容量600MW，多年平均发电

2、量为34.95亿kW.h。2.工程地质条件在乐滩水电站左岸边坡（坡比1:0.6）开挖施工过程中，根据沉陷、位移观测点监测数据反映，边坡出现了位移变形，为确保左岸施工和绕坝公路的安全，设计决定对边坡采用边开挖边进行土钉支护的方法进行施工。本土钉墙支护的范围为EL128.5~EL113，桩号坝上0+55m~坝下0+58.5m。根据2002年6月补勘钻探记录中钻孔ZK22和ZK23的地质资料以及现场开挖后出露的土层状况，结合施工钻孔资料分析，该工程地质条件如下：土坡上部2~3m为填土，由粘土混灰岩块石，砂土混

3、碎石等组成，为新近未经碾压的填土，松散状。中部约6~11m为硬塑状含碎石粘土，断面粗糙，稍密~中密状，局部夹5~6mm硅质岩块石。下部为可塑状含少量碎石粘土，厚约2~6m。基岩主要为灰岩，岩土相交面倾向基坑，倾角约30°。在基岩上覆有一层厚1.5~6m厚度不同的软塑状粘土，含水量高达29.6%。3.主要施工技术参数本工程共施工土钉8排，352根（其中2根为测试钉），累计5842.42米。其中φ28mm1675.27米、φ32mm2040.01米、φ36mm2127.14米。土钉孔距2.0m，排距分为1.

4、5m和2.0m两种，钻孔孔径为150mm，倾角15°，孔深多数为15~20m，最大孔深为36.2m，因下伏基岩面起伏，下部3排部分钻孔嵌岩，施工中嵌岩孔均深入基岩3m。要求钻孔孔位偏差不大于10㎝，孔斜不大于5%，孔深误差控制在0.5m范围内。典型土钉布置图如下图：4.土钉墙施工土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件土钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。土钉墙支护充分利用土层介质的自承力，形成自稳结构，承担较小的变形压力，土

5、钉承受主要拉力，喷射混凝土面层调节表面应力分布，体现整体作用。同时由于土钉排列较密，通过高压注浆扩散后使土体性能提高。在实际施工中采用边开挖边支护的方法施工。本土钉墙支护的施工流程为：开挖工作面，修整边坡→土钉钻孔（土钉加工）→安装土钉→土钉注浆→铺设、固定表层钢筋网，设置排水孔→喷射砼面层150mm→开挖下一层面。4.1造孔施工本土钉墙工程在施工中面临的施工难点有：土钉超长（最大孔深达36.20m，为当前国内之最，设计一般采用土钉长度L与开挖深度H之比为L/H=0.6~1.2范围，土钉长度为15.0~

6、20.0米，）、设备难以满足扭矩要求；土层松散、孔隙率大、含水率高成孔难度大；以及塌孔、缩径、等方面的困难。传统施工工艺因为孔深较浅，大多采用螺旋钻进造孔，这种工艺在孔深超出10.0m以后，往往因为土体对钻具的摩擦和设备扭矩不足而钻进困难，在土体极松散的情况下，钻具拔出后也会因为塌孔而造成成孔率低的现象。为此，我们从施工工艺、施工设备、施工技术等方面进行了探索和改进，根据施工进度要求结合施工工艺特点，我们采用一台20m3/min空压机供给风力，钻孔采用英格索兰KR803-02全断面液压钻机，ODEX工法

7、偏心跟管钻进。其钻进工艺基本原理是：使用钻杆连接一套钻具（冲击器、中心钻头、偏心钻头、稳杆器），冲击器在高风压作用下，带动中心钻头冲击钻进，偏心钻头在钻机旋转力矩作用下，甩出偏心，扩孔，套管在稳杆器作用下强行跟进的钻孔方法。钻孔开孔5.0m使用φ150mm螺旋钻钻进，以确保造孔施工时避免对边坡表层土体产生破坏，5.0m以后使用偏心钻头跟套管钻进，利用钻头的冲击、振动扰动孔壁周围土体，改变其密实度；利用套管跟进保证在流态粉质粘土层的成孔。针对钻孔深度大，钻进时在流态粉质粘土层和基岩界面极易产生错台，容易造

8、成套管变形和增加土钉钢筋置入难度的情况，我们采取了在界面处使用低压、低速、反复扫孔的措施加大该部位孔径，以保证钻孔孔斜、消除错台的方法进行处理。本工程累计施工钻孔352个，均一次性成孔。由于下设土钉不及时，有28孔因为降雨，边坡土体含水率增加，在置入土钉时发现有塌孔、缩径现象。实践证明，该项造孔工艺的改进在造孔施工进度、成孔率等方面较传统工艺均有很大提高，不仅顺利的完成了工程施工，确保了工程质量，同时也为后续工序的施工在质量、工期上提供了可