回轉取芯鉆技術在人工挖孔樁基巖開挖中的應用

馮曉 吳嚴平

摘 要：以金沙江向家壩水電站庫區(qū)四川省宜賓市屏山縣錦屏鎮(zhèn)遷建新址高切坡治理工程為例，闡述回轉取芯鉆技術在人工挖孔樁基巖開挖中的應用，并對在運用該技術過程中如何根據特殊施工環(huán)境、滿足設計要求、采取保證施工質量和安全的各項措施進行總結。

關鍵詞：回轉取芯 基巖開挖 應用

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-003-02

1 工程概況

1.1 工程地理位置與交通狀況

四川省宜賓市屏山縣錦屏鎮(zhèn)遷建新址高切坡治理工程位于錦屏鎮(zhèn)新址區(qū)的南西部，為四川省屏山縣錦屏鎮(zhèn)新址遷建紅線內三地塊高切坡和紅線外移民過渡安置房高切坡的滑坡加固治理工程。宜屏公路在場區(qū)下通過，交通便利。

1.2 工程地質概述

高切坡區(qū)第四系松散堆積物主要為殘坡積物（Q4edl），下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)遂寧組（J2sn）地層：

Q4edl：厚度3.1～19.3m，成分復雜，表層0.5m為灰黑色耕植土；下部為紅褐色、棕紅色、灰褐色、灰綠色粉質粘土及粉土夾碎石，碎石含量為5%～20%，夾有大塊石（孤石含量30～35%）。土體含水性和透水性較好。

J2sn：紫紅色泥巖、粉砂質泥巖夾少量粉砂巖及細砂巖，一般含鈣質，相對上部覆蓋層為相對隔水層。

新址區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙水，部分通過基巖風化卸荷裂隙向下滲入，另一部分則以泉水的形式在坡面排出。地下水埋深淺，一般為1.40～2.60m，地下水動態(tài)季節(jié)變化明顯。

覆蓋層與基巖層接觸面為地下水活躍帶，易形成軟弱帶，構成潛在滑移面，在上部土體和水壓力作用下，可能沿巖土分界面滑移。

1.3施工環(huán)境概況

屏山縣錦屏鎮(zhèn)遷建新址在施工開挖過程中，紅線內三地塊高切坡區(qū)發(fā)現(xiàn)地表裂縫并有滑移變形趨勢：（1）11#樓（ZA型樁側）東南側墻腳散水被擠壓破壞；（2）路堤墻（ZA型樁側）開裂和位移；（3）路肩墻（ZB型樁側）有4處開裂變形；（4）8幢樓（ZC型樁側）內部發(fā)現(xiàn)數條裂縫。

紅線外過渡安置房高切坡也發(fā)現(xiàn)地表裂縫并有滑移變形：3幢、4幢、12幢后山坡（ZD型樁后邊坡）出現(xiàn)有拉裂縫。

1.4 工程設計概況

在紅線內三地塊高切坡，對高切坡變形體采用抗滑樁結合坡體深部排水綜合治理措施。在11#樓與8幢之間高切坡設置三排抗滑樁進行加固（從下至上分為ZA、ZB、ZC型抗滑樁），深部排水孔在原高切坡?lián)鯄ξ恢?，并伸入坡體內部。其中ZA型抗滑樁9根，設計樁體長度11m；ZB型樁25根，設計樁體長度23m；ZC型抗滑樁11根，設計樁體長度28m。ZA、ZC型樁體截面尺寸為2m？.5m，ZB型樁截面尺寸為2m？m。

在紅線外過渡安置房高切坡，對高切坡采用樁板式擋土墻（ZD型樁）結合坡體排水系統(tǒng)綜合治理措施，樁板式擋墻布置在滑坡的前緣。ZD型抗滑樁27根，設計樁體長度為16m，型樁截面尺寸為2m？m。

2 人工挖孔樁施工方案選擇

（1）覆土層土方開挖。樁孔覆土層人工開挖，其中孤石開挖采用人工鏨鑿改小開挖，此處不再贅述。

（2）基巖開挖?；鶐r開挖分為強風化層開挖和中風化層開挖。

（3）強風化層基巖開挖。強風化層基巖開挖采用風鎬開挖，此處不再贅述。

（4）中風化基巖開挖。中風化基巖主要為紫紅色泥巖、粉砂質泥巖夾少量粉砂巖及細砂巖，含鈣質，故開挖擬采用以下兩種施工方案。

方案一：風動鑿巖機鉆孔爆破開挖。

優(yōu)點：進度快，勞動強度小，成本低，技術成熟。

缺點：對孔壁基巖和土體擾動過大，斷面尺寸較難控制，超挖量較大，樁體混凝土工程量增加；周邊房屋或擋墻距樁孔很近，對房屋或擋墻地基有較大影響，可能發(fā)生孔體垮塌，加劇房屋主體或擋墻變形；樁孔深度較大，地下水位較高，至使裝藥、塞孔、連接電雷管導線等爆破作業(yè)難度增加，加大施工安全隱患。

方案二：回轉取芯鉆技術開挖。

回轉取芯鉆技術開挖，即采用鉆孔取芯機在樁孔周邊開挖線鉆孔取芯，使樁孔周圍形成空心槽，然后在樁孔中心部位采用鑿巖機打孔，實施松動爆破，然后用卷揚機將石塊運出孔外?；虿捎蔑L鎬將空心槽間巖體破碎改小，利用卷揚機將石塊運出孔外。

優(yōu)點：對基巖和成型土層孔體的擾動??；對房屋地基的影響幾乎為零；開挖斷面尺寸較易控制，成孔齊整，超挖量較小，只增加少量樁體混凝土工程量。

缺點：進度較慢，勞動強度大，成本較高。

根據以上兩種施工方案特點，為最大限度滿足設計意圖，并結合本工程實際的施工環(huán)境，本工程采用了第二種施工方案即回轉取芯技術進行基巖中風層開挖，采用風鎬將空心槽間巖體破碎改小，利用卷揚機將石塊運出孔外。

3 機具加工和鉆具的選擇

卷揚機架采用 50？.5鋼管，根據卷揚機自重和額定荷載、樁孔斷面形狀尺寸等進行核算，在每個樁孔井圈混凝土強度滿足承載要求后進行搭建。為保證施工安全，卷揚機架為固定式。每2個樁孔（或3個樁孔）配備1臺4kw電控卷揚機、1臺三相5.5kw立式回轉取芯鉆機和1臺風鎬，根據樁孔開挖工藝要求進行兩序（或三序）流水作業(yè)，以提高施工進度和機械設備效率。鉆機取芯筒直徑為108mm，長度為650mm，有效鉆孔深度500mm以上。

4 施工技術和方法

（1）清理取芯切割基面：樁孔人工開挖至中風化泥巖后，清理基巖開挖面，不能留有浮碴，并校正樁孔軸線和開挖邊線。

（2）安裝水管路和安裝鉆孔取芯機：基面清理完畢后，用卷揚機將鉆孔取芯機調入孔內。將鉆機取芯筒緊貼鋼筋砼護壁面，調整鉆機取芯筒的斜率（約為1/5～1/6，保證樁孔開挖斷面尺寸，不致縮孔），以備開挖。在操作過程中需用水冷卻鉆機取芯筒、潤滑鉆牙和排放鉆渣。水管采用15cm膠質軟管為宜，由孔外主水管道接入。

（3）鉆孔：檢查管路、電路、機位處于安全位置和狀態(tài)，保證孔內操作人員安全防護措施到位，待孔外安全看護人員到位后，開始鉆孔取芯。剛開鉆時，操作人員應固定好機位，避免孔位偏差，以保證成孔截面，此時應保持慢速，待鉆入5-10cm后才能加快速度鉆進。

（4）取芯：鉆孔深度一般為58mm左右，鉆進過程中，冷卻水適量，過多則孔底排水困難，過少則磨損鉆具，若鉆具溫度過高，會影響鉆進效率。鉆孔到位后，用倒順開關退出鉆具，取出巖芯，進行下一鉆孔取芯。

（5）劈裂切割：沿樁孔護壁內沿一周鉆孔取芯后，樁孔中心基巖呈環(huán)島型，四周均有劈裂切割臨空面。然后采用風鎬進行人工劈裂，將劈裂石塊吊出孔外。

（6）清理下一基面進入下一開挖循環(huán)。

5 施工質量和注意事項

（1）鉆進角度的控制。

在鉆進取芯過程中，鉆進角度由操作人員掌握，其角度與護壁內壁的傾斜度和單循環(huán)鉆進長度有關，若掌握不好將出現(xiàn)超挖或欠挖，影響成孔形狀和樁芯砼澆筑質量。

（2）校正樁孔軸線、清理欠挖。

每一開挖循環(huán)完成并清理基面后，重新校正樁孔軸線，劃定樁孔最小開挖邊線，若發(fā)現(xiàn)上一循環(huán)存在欠挖的情況及時進行修正。

（3）縮短基巖暴露時間，防止巖壁風化。

該工程部分樁孔深度近30m，樁身錨固段大于10m，需進行20個開挖循環(huán)才能滿足設計要求。單孔基巖開挖時間至少需用15日以上，開挖好的巖壁須刷水灰比為0.5的水泥漿，防止巖壁風化。為防止樁孔長期被雨水浸泡，雨季施工需安排專人負責樁孔抽排水。

（4）及時澆筑砼。

成孔后的樁孔應及時進行孔槽驗收、安裝鋼筋籠、澆筑砼，避免樁孔長時間暴露，防止孔壁變形、垮塌和水蝕風化，以保證樁體承載力。

6 施工安全

（1）崗前教育培訓。對準備上崗的操作人員進行安全教育和操作技能培訓，明確施工安全要點、安全防護措施、孔內操作危險源等。

（2）施工變形監(jiān)測。在樁孔井圈混凝土上設置監(jiān)測點，每天對每一監(jiān)測點測量一次，及時采集數據，分析數據，作到對每一孔的巖層變化情況都心中有數。出現(xiàn)危險情況應及時撤離施工點。

（3）清理孔口。在進行鉆孔取芯時，孔口需派專人看護。并及時清理孔口，距樁孔邊緣5m以內不有任何雜物，理順管路、線路。

（4）定期檢查和維護孔口安全防護架以及吊裝機具設施。

（5）作好施工場地內排水工作，防止雨水倒灌入孔內。

7 結語

本工程樁體基巖錨固段開挖采用回轉取芯鉆技術開挖方式，對抗滑樁周圍地層擾動最小，最大限度的滿足設計要求，并在雨季圓滿完成該工程的應急搶險施工。經過對樁體超聲波完整性檢測及工程竣工后兩個雨季樁體變形監(jiān)測的數據分析，樁體結構完整性合格，樁體位移量符合規(guī)范和設計要求，解除了整個四川省屏山縣錦屏鎮(zhèn)新址區(qū)的滑坡警報，獲得了良好的社會效益，對以后類似的工程具有一定借鑒意義。