自钻式中空锚杆施工工法1前言在水电工程施工中，经常遇到各类不良地质条件，如软弱围岩、断层破碎带、高地应力等复杂地质条件，为保证工程安全，需对不良地质进行锚固处理。

如：在西藏某水电站厂房后边坡覆盖层及交通洞工程中，岩石以Ⅴ类为主,岩性为全风化紫红色石英砂岩夹泥质粉砂岩；大渡河某水电站左岸坝顶以上高边坡工程中，岩石以Ⅴ类为主,岩性为全、强风化花岗岩；使用普通砂浆锚杆已远不能满足施工要求，根据现场实际情况，设计单位对边坡支护采用了自钻式中空锚杆。

某企业在工程施工中，结合工程实践进行了总结创新，形成了自钻式中空锚杆施工工法，实现工程施工了安全、快速、经济的目的，具有明显的社会效益和经济效益。

2工法特点2.1在边坡、隧道超前支护、径向支护及各类边坡处理、高地应力大变形病害等的整治工程中，具有操作简单、经济适用、安全可靠的特点。

2.2钻头具较强穿透力，能穿过各类岩石。

依靠普通凿岩机械, 不需采用套管、预注浆等特殊手法护壁，将钻孔、注浆及锚固等功能一体化。

2.3锚杆外表面全长采用波形连接螺纹，便于安装钻头、连接套、紧固螺母，并能任意切割和连接加长，便于狭小场地施工。

2.4锚杆体中空部分为注浆通道，可以从里至外注浆；安装止浆塞可进行压力注浆，使浆液充满空隙；垫板、螺母可以将锚杆端部应力均匀传递到岩体上。

2.5经过试验（无损检测法）检测：锚杆注浆密实度达到85%以上（达到75%为合格），杆体检测长度达到设计长度的95%（达到设计长度的90%即为合格）。

3适用范围适用于全强风化岩或岩体极其破碎的边坡、隧道超前支护、径向支护，高地应力大变形病害等整治中，也可适用于标准要求高的路基加固、深基坑边坡加固等工程。

4工艺原理自钻式锚杆端头为一次性简易钻头，在外力作用下能自行完成钻孔任务。

锚杆体外表通体为波纹状，可解决排渣不畅、塌孔、卡钻，增大锚杆的握裹力，同时，高强度钻杆即为锚杆体。

，显著增强隧洞或边坡工程的稳定性锚杆中空杆体为注浆通道，钻进后在中空杆体的孔腔中由内向外灌注水泥浆，且锚孔外端口有止浆塞和托板，能有效地防止浆液的外溢，保证杆体与孔壁间的注浆饱满，这样就能沿锚杆全长传递剪应力和拉应力，确保锚固范围内的岩体得到加固；必要时，还可以实施压力注浆，使浆液向杆体周边岩体的裂隙内渗透扩散，使锚固范围内的岩体得到进一步加固。

注浆凝固后，可用扭力扳手拧紧螺母，提供10KN左右的托板抗力在锚杆端头形成具有与机械式锚杆相似的球形压力区，从而可控制岩体开挖后的初期变形，阻止破碎岩块掉落，显著增强隧洞或边坡工程的稳定性。

在软弱破碎、成孔困难的地层中，采用将钻杆与中空锚杆杆体合二为一(钻头留置在地层内)的自钻式锚杆，并可通过连接套，方便地将锚杆加长，从根本上扭转了在松软、破碎等不良地层中无法安设锚杆或锚杆长度不能满足设计要求的状况。

中空锚杆不仅可保证杆体与孔壁间的空隙内注浆饱满，而且由于配置了锚头、止浆塞及连接套，可使杆体在锚孔内居中，从而锚杆能获得要求均匀的保护层厚度，大大提高了锚杆的耐久性。

5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工准备→测定孔位→自钻进→安装止浆塞→注浆→安装垫板和螺母→检测验收。

5.2操作要点5.2.1施工准备1熟悉工程设计图纸，明确锚固范围、锚孔深度；使用前，应检查钻头、钻杆是否通气，如有堵塞应处理通畅后方可使用。

2锚杆材质检验锚杆所用的杆体及配件，水泥应附有生产厂的质量证明书，并按规定要求取样试验合格后投入使用。

3注浆密实度试验选取与现场锚杆的直径和长度，锚杆孔径和倾斜度相同的锚杆和塑料管，采用与现场相同的材料和配比拌制砂浆或水泥净浆，并按现场施工相同的注浆工艺进行注浆，养护7天后剖管检查其密实度。

4锚杆拉拔力试验在施工现场选取有代表性的岩体中进行，在锚杆养护28天后，安装张拉千斤顶逐级加载直至设计（含超张拉）要求为止，观测达到设计锚固强度后的表象。

5.2.2测定孔位由测量专业人员使用全站仪按设计施工图位置布孔，控制孔位偏差不大于100mm，并用醒目红色油漆标注。

5.2.3钻孔采用台车或手持式凿岩机将安装好钻头的锚杆钻进至设计深度，锚杆如需加长，可用联结套进行联结，然后通过钻机钻进。

锚杆孔的孔轴方向应满足施工图纸的要求。

施工图纸未作规定时，其系统锚杆的孔轴方向应垂直于开挖面；局部加固锚杆的孔轴方向应与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角应大于45 。

钻孔深度必须达到设计要求，孔深偏差值不大于50mm。

钻孔孔斜偏差2～4°。

5.2.4安装止浆塞钻孔至设计深度后，卸下钻机，安装止浆塞，将其安装在锚孔内离孔口250mm处。

特殊情况如注浆压力较大或围岩太破碎，也可用锚固剂封孔。

5.2.5注浆通过快速注浆接头将锚杆尾端与注浆泵相连。

开动机器注浆，待注浆饱满且压力达到设计值时停机。

注浆压力根据设计参数和注浆机性能确定。

灰砂比参考值：1：0～1：1，水灰比参考值：0.45～0.5:1。

注浆后，在浆液凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。

5.2.6根据设计需要，安装垫板和螺母。

5.2.7检测验收（1）根据要求的抽验范围和数量，对锚杆孔的钻孔规格（孔径、深度和倾斜度）进行抽查并作好记录。

（2）注浆密实度检测：采用无损检测等方法，密实度达到75%及以上为合格。

（3）锚杆长度检测：采用无损检测法，抽检数量每作业区不小于5%，杆体检测长度达到设计长度的90%即为合格。

6材料与设备6.1材料中空自进式锚杆：中空全螺纹杆体、连接套、钻头、止浆塞、垫板、螺母等定型产品。

注浆材料：水泥、砂（根据需要）、外加剂。

6.2设备采用的机具设备见表6-1。

7质量控制7.1工程质量控制标准中空锚杆施工质量控制执行《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GD50086-2001）、《水利水电工程锚喷支护施工规范》（DL/T5181-2003）。

7.2质量保证措施7.2.1确保造孔深度，利用测量中空杆体长度检查造孔深度，锚杆外露长度小于喷射混凝土厚度。

7.2.2注浆必须注意质量，保证注浆饱满。

采用配套的专用注浆机和注浆接头，以保证整个锚固体系的有效性。

考虑到预应力锚杆注浆的目的主要在于加强杆体与围岩、防止杆体锈鉵，以及充填裂隙、改良围岩，尽量采用具有良好渗透性的纯水泥浆进行注浆。

8安全措施8.1认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。

8.2建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保安全作业标准化、规范化。

8.3在边坡及洞内进行锚杆施工作业前，必须清理干净工作面的危石，以确保安全。

8.4严格遵守《水利水电建筑安装安全技术工作规程》，锚杆施工人员进入现场作业必须佩带安全帽、系好安全带。

8.5高空作业必须保证脚手架、平台、斜道、靠梯、跳板等设施的坚固和稳定，设置专用专用安全通道，严禁6级以上强风下从事露天高空作业，禁止患高血压、心脏病等不适于高处作业人员从事高空作业，严禁酒后从事高空作业。

8.6高度警惕塌方、滑坡现象的发生，在软弱破碎地质边坡、隧道不良地质段，安排专人进行安全监测，并设置专用安全通道，以便在岩石发生显著位移或塌块时发出警报时，现场人员能迅速撤离危险区。

9环保措施9.1成立施工环境卫生管理机构，编制详细的施工区和生活区的环境保护措施计划，并严格遵照执行。

9.2加强对施工材料、设备噪音、废水、水泥浆液的控制和治理，防止破坏周围环境。

9.3施工作业产生的粉尘，除作业人员配备必要的防尘劳保用品外，还应采取防尘措施，防止粉尘飞扬，使粉尘危害降至最小程度。

10效益分析中空注浆锚杆具有穿透力强的钻头,在一般凿岩机械的作用下,可以轻易穿透各类岩石；锚杆的波形螺纹和高强度联结套,使其具有边钻进边加长的特性,适用于较窄小的施工空间,便于对地层变化的围岩进行加固；相对于普通砂浆锚杆更具有及时性和质量保证。

同普通砂浆锚杆相比，中空注浆锚杆适应性强，由于锚杆体不需要拔出，适用于各种地层，避免了在同类地层中普通砂浆锚杆造孔需要固壁灌浆或跟管，钻完后拔钻杆出现塌孔返工，进度缓慢或返工等。

该锚杆三位一体的功能使得它在各类围岩条件下施工时不需套管护壁,预注浆手法易于形成锚孔并保证锚固与注浆效果。

相对于普通砂浆锚杆，中空注浆锚杆在各类围岩条件下提高了施工质量。

由于自钻式锚杆在性能上具有普通锚杆不具备的施工优势,虽然单就钻孔材料来说增大了自钻式锚杆的成本和造价，但是在同样难度的施工条件下,普通锚杆需要循环固壁灌浆或跟管钻进，而自钻式锚杆却可以克服这些问题，施工简单、速度快，从综合施工费用上讲，自进式锚杆较普通锚杆节约。

11应用实例11.1西藏某水电站调压室交通洞调压室交通洞全长110m，断面形式为城门洞形，开挖断面尺寸5.7m×6.2m；大部分处为Ⅳ、Ⅴ类围岩以紫红色粘土岩为主，夹薄层砂岩，岩体以薄层状、碎裂结构为主，并有挤压破碎带发育，层面交错，强风化、强卸荷，呈压碎状态，致使围岩自稳能力极差，成型困难。

按照“短进尺、不(弱)爆破、强支护、快封闭”的施工原则，采用自钻式中空注浆锚杆做超前支护。

为加快施工进度及保证施工安全，采用自钻式中空注浆锚杆，锚杆长度L=3000mm，直径Φ25，布置位于顶拱部位，外插角5～7°，环向间距300mm，灌注1：1水泥浆液，采用32.5R普通硅酸盐水泥，浆液中掺水泥用量3～5％的速凝剂，以缩短浆液的凝结时间，同时控制浆液的扩散范围。

通过采用自钻式锚杆进行围岩处理，在隧道Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖过程中避免了安全事故和隧道坍塌事件发生，施工进尺达1.5m/d，保证了交通洞开挖的安全及施工进度。

11.2西藏某水电站厂房交通洞洞脸边坡根据设计要求为保证交通洞洞脸边坡的抗滑稳定，在边坡分别布设了4m、5m、8m的常规砂浆锚杆，由于洞脸边坡岩石破碎、风化严重，施工单位经与设计及监理协商后，采用自钻式中空注浆锚杆等强替代普通砂浆锚杆，锚杆直径Φ25，长度3000mm、4500mm交错布置，间排距2000mm，注浆采用0.5：1纯水泥浆，压力为0.3Mpa。

通过调整为自钻式锚杆，加快了施工临时支护的及时性和有效性，使边坡达到稳定，为隧道施工提供了安全的作业条件。

11.3四川某水电站左右岸坝肩以上高边坡某水电站左岸坝肩以上高边坡开挖高度为313m（1135m～1448m），按照设计要求，表层支护措施为自钻式中空锚杆结合钢筋网、喷砼；自钻式中空锚杆为直径Φ27，长度3000mm、6000mm梅花形交错布置，间排距1500mm，数量为两种锚杆各1820根。

施工中，充分利用自钻式中空锚杆对全风化花岗岩岩体进行了注浆、锚固，尽管边坡陡峻（设计坡度1：0.75），但由于表层支护措施及时有效，为边坡顺利下降开挖提供了有力安全保障。