某邊坡治理工程中微型樁成孔工藝對比分析

徐小兵 黃玉生

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

某邊坡治理工程中微型樁成孔工藝對比分析

徐小兵 黃玉生

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

為了取得良好的微型樁成孔效果，在某邊坡治理工程中，對不同微型樁成孔工藝進(jìn)行了對比分析，結(jié)合工程情況對大功率鉆機(jī)成孔工藝進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)果表明采用改進(jìn)工藝可以達(dá)到微型樁快速高效成孔的目的，對類似工程施工具有一定參考價(jià)值。

邊坡治理，微型樁，成孔工藝

0 引言

微型樁是指樁徑在70 mm～250 mm、長度小于30 m的強(qiáng)配筋和壓力注漿工藝成樁的鋼筋混凝土就地灌注樁。作為一種小直徑的灌注樁,其具有所需施工場地相對較小、布樁方便靈活等特點(diǎn),起到提高地基土的承載力，限制樁間土的側(cè)向位移的作用[1]。目前已廣泛應(yīng)用于地基處理、深基坑開挖支護(hù)及邊坡穩(wěn)定處理等巖土工程領(lǐng)域[2]。由于各地區(qū)地質(zhì)情況及工程場地條件差異，微型樁成孔工藝也有所不同，本文通過在陜北某電廠邊坡治理工程中,坡腳擋墻微型樁加固施工中,對比兩種施工工藝，并結(jié)合工程地質(zhì)情況改進(jìn)了施工工藝,達(dá)到了良好的微型樁成孔效果。

1 工程概況

陜北某電廠場地西側(cè)邊坡及主廠區(qū)西側(cè)邊坡整體上為一個(gè)邊坡，近南北走向，坡頂標(biāo)高約940 m～941 m，坡腳標(biāo)高由南側(cè)的930 m逐漸降低到北側(cè)的912 m，南北長約700 m。坡腳西側(cè)緊鄰公路，公路臨邊坡一側(cè)設(shè)重力式漿砌片石擋土墻，墻高6 m～8 m，墻后回填土石，回填高程在917 m～920 m之間，與電廠邊坡坡腳最窄處約20 m(邊坡北端)，邊坡高度自南向北逐漸增高，坡高約20 m～22 m，基本為松散填方。

該邊坡原填方坡率1∶1～1∶1.25，局部1∶0.8。依據(jù)廠區(qū)建筑物布置規(guī)劃圖，在坡頂平臺西側(cè)一線，將布置綜合辦公樓、廠區(qū)道路等主要設(shè)施，由于坡頂上部建筑物基本采用樁基礎(chǔ)，其樁端持力層為砂巖或泥巖，建筑物荷載基本傳遞到基巖層，厚層填土區(qū)除了自身重量外不至于增加更大荷載。考慮放緩邊坡使其達(dá)到自然穩(wěn)定坡率，然而坡腳堆載則要增加坡腳擋土墻墻后土壓力，極有可能對既有擋土墻的安全帶來不利影響甚至出現(xiàn)破壞。因此，本邊坡治理工程對該高填方邊坡采取坡腳支擋、坡體預(yù)加固的工程方案。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料，該區(qū)地層巖性從上到下依次為：

①素填土：為場地整平過程中形成的填土，厚一般6 m～25.5 m，灰黃色～雜色，以灰黃色為主，稍濕，松散～稍密。成分比較復(fù)雜，巖性以黃土、風(fēng)化基巖碎塊為主，結(jié)構(gòu)疏松，主要分布在場坪回填時(shí)的溝壑部位，呈欠固結(jié)狀態(tài)。

③泥巖(P2)。

③-1強(qiáng)風(fēng)化泥巖，褐紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度弱，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，結(jié)構(gòu)大部分破壞，呈碎屑狀，屬巨厚層，為極軟巖，場區(qū)內(nèi)均有分布。

③-2強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，灰綠色，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度弱，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，結(jié)構(gòu)大部分破壞，呈碎屑狀，屬薄夾層，為極軟巖，含粘土礦物，主要為蒙脫石，具脹膨性。

場地地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和風(fēng)化基巖裂隙水;場區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、排泄條件，因各含水層分布范圍、埋藏賦存條件、水化學(xué)作用的不同而有所差異。第四系黃土層潛水多分布在梁峁處，大氣降水是唯一的補(bǔ)給來源，由于受地形地貌控制，當(dāng)即補(bǔ)給，當(dāng)即排泄，徑流途徑短，交替循環(huán)迅速?；鶐r風(fēng)化裂隙水除接受大氣降水補(bǔ)給之外，在溝谷地帶還接受地表水及不同類型地下水的補(bǔ)給，流向受地形影響，一般由高向低徑流，以泉的形式向西側(cè)低洼處排泄及向下滲入下伏巖層。

3 邊坡加固方案

本治理工程采用邊坡錨固加固，坡腳混凝土擋墻+微型樁支擋方案，如圖1所示。

其中坡腳加固方案為：在坡腳設(shè)置C20混凝土擋墻，高1.5 m，墻背垂直，胸坡1∶0.35，頂寬0.8 m，墻身預(yù)設(shè)泄水孔，孔后設(shè)砂卵石反濾層；為增強(qiáng)擋墻基礎(chǔ)的承載力，基礎(chǔ)采取鋼管樁群補(bǔ)強(qiáng)處理，擋土墻坐落于微型樁承臺之上。

微型樁樁徑150 mm，橫向間距1.0 m，縱向間距0.6 m，樁長9.0 m(樁底深入基巖內(nèi))；孔內(nèi)插入φ60鋼管，鋼管外圍均勻點(diǎn)焊3根Φ25螺紋鋼筋，灌注M30水泥砂漿。樁頂由鋼筋混凝土承臺連結(jié)，連結(jié)承臺15 m為一段，其間設(shè)置伸縮縫，承臺截面尺寸為0.4 m×2.0 m，采用C25混凝土現(xiàn)澆。外側(cè)一排微型樁伸入樁頂承臺0.4 m，內(nèi)側(cè)兩排微型樁伸出承臺1.0 m，澆筑于承臺頂C20混凝土擋墻內(nèi)。

本治理工程在A-B，C-D，D-E，E-F治理段共計(jì)布置1 311根微型樁。

4 微型樁成孔工藝

根據(jù)勘察資料顯示，施工場地內(nèi)素填土結(jié)構(gòu)疏松且存在濕陷性黃土層，微型樁成孔采用干成孔工藝。

考慮到施工場地工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)方案的要求，將邊坡分為2個(gè)微型樁施工區(qū)段：Ⅰ區(qū)段為A-B，C-D段，Ⅱ區(qū)段為D-E，E-F段。

根據(jù)兩區(qū)段工程量及工期進(jìn)度要求，本工程投入2臺100B型潛孔鉆機(jī)、1臺SM-21型錨桿鉆機(jī)，1臺13 m3的空壓機(jī)，以提高鉆孔效率與施工進(jìn)度；并對兩種微型樁成孔工藝進(jìn)行效果分析。

4.1 100B型潛孔鉆機(jī)成孔工藝

邊坡Ⅰ區(qū)段鉆孔揭露土層以灰黃色素填土為主，稍濕、松散～稍密。填土成分比較復(fù)雜，巖性以黃土、風(fēng)化基巖碎塊為主。該區(qū)段坡腳緊鄰廠前道路，微型樁施工場地狹小，可操作空間寬度不足3 m。常用100B型潛孔鉆機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、移動方便等特點(diǎn)，滿足場地施工要求，因此采用100B型潛孔鉆機(jī)進(jìn)行該區(qū)段微型樁施工。

鉆孔成孔配備13 m3空壓機(jī)1臺；鉆機(jī)配備φ50×1 000 mm鉆桿，φ130風(fēng)動潛孔錘，可向下成孔深度20 m，滿足施工要求。

1)場地平整及鋪設(shè)腳手架。施工前，利用小型裝載機(jī)及人工完成場地清理，達(dá)到基本平整。然后在地面鋪設(shè)腳手架，以用作固定鉆機(jī)，為鉆機(jī)提供鉆進(jìn)壓力，同時(shí)可確保鉆機(jī)在工作中保持穩(wěn)定。

2)鉆機(jī)就位。鉆機(jī)通過人工在鋪設(shè)好的腳手架平臺上進(jìn)行位置調(diào)整，就位后用地質(zhì)羅盤校正鉆機(jī)開孔角度，調(diào)試鉆機(jī)對中鉆孔，確認(rèn)鉆機(jī)架設(shè)無誤后將鉆機(jī)與腳手架連接固定。

3)成孔及清孔。鉆孔成孔采用100B型潛孔鉆機(jī)配φ130風(fēng)動潛孔錘，通過空壓機(jī)風(fēng)動沖擊、鉆機(jī)動力頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔。該施工工藝由潛孔錘依靠沖擊動能將孔內(nèi)巖土體破碎，通過鉆機(jī)回轉(zhuǎn)研磨破碎巖土層成細(xì)粉，巖粉由孔底高壓風(fēng)帶出鉆孔，完成排渣。鉆機(jī)豎向給進(jìn)動力可由液壓缸提供，但為保證鉆孔垂直度，施工中采用無壓給進(jìn)方式，僅依靠潛孔錘沖擊及鉆機(jī)自重進(jìn)行鉆孔成孔作業(yè)。

鉆孔清孔主要靠該鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度以后，用0.4 MPa的高壓風(fēng)沖孔，清除孔內(nèi)巖粉。

該施工工藝雖然靈活方便，但在施工中出現(xiàn)鉆孔垂直度偏差超標(biāo)，松散地層孔內(nèi)塌孔，局部碎石卡鉆等問題，鉆孔成孔質(zhì)量、成孔可靠性受到較大影響，由于鉆機(jī)移動不便等因素，成孔速度一般。

4.2 SM-21型錨桿鉆機(jī)成孔工藝

邊坡Ⅱ區(qū)段鉆孔揭露土層主要為素填土、粉質(zhì)黃土，局部揭露泥巖。該區(qū)段土體含水率由北向南逐漸增大，根據(jù)現(xiàn)場查看，南段區(qū)域局部存在少許地面積水。該區(qū)段微型樁施工區(qū)域距離公路擋墻較遠(yuǎn)，施工場地較大，可進(jìn)行大型設(shè)備施工。該區(qū)段微型樁工程量大，是影響施工進(jìn)度關(guān)鍵點(diǎn)。由于該區(qū)段地質(zhì)條件復(fù)雜，同時(shí)考慮施工進(jìn)度要求，采用SM-21型錨桿鉆機(jī)。該鉆機(jī)為履帶鉆機(jī)，設(shè)備移動快，功率大，具有鉆孔成孔速度快，成孔精度高等優(yōu)點(diǎn)。鉆機(jī)配備半螺旋鉆桿，鉆桿長度3 m，成孔孔徑滿足施工成孔要求。

1)場地平整。

該區(qū)域施工前采用大型裝載機(jī)完成場地清理平整。

2)鉆機(jī)就位。

進(jìn)行鉆孔測量放線，在鉆孔位置插入筷子定位。鉆機(jī)移至鉆孔位置，通過操作臺控制鉆機(jī)移動，將鉆頭粗對中鉆孔，放下履帶前部液壓支腿，固定鉆機(jī)，然后通過控制鉆機(jī)塔架擺臂前后上下移動，垂直準(zhǔn)確對中鉆孔，快速完成鉆機(jī)就位工作。

3)成孔及清孔。

Ⅱ區(qū)段中部存在地表錯(cuò)臺，南段平臺土層含水率比較高，北段平臺土層含水率比較低。SM-21型錨桿鉆機(jī)成孔施工采取分段施工。

在南段平臺微型樁施工中鉆機(jī)采用低轉(zhuǎn)速、大扭矩成孔方式，通過降低轉(zhuǎn)速，半螺旋鉆桿直接將濕潤土體向外擠壓成孔，多余渣土在鉆桿螺旋內(nèi)逐漸壓實(shí)。待鉆至設(shè)計(jì)深度后，持續(xù)低速旋轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，然后提鉆。提鉆過程中避免鉆機(jī)擺動、鉆桿轉(zhuǎn)動，防止螺旋內(nèi)的壓實(shí)渣土掉落孔底，影響成孔質(zhì)量。鉆孔施工如圖2a)所示。使用該工藝鉆孔一次成孔，成孔速度快，孔內(nèi)壁光滑，塌孔現(xiàn)象較少。

在北段平臺微型樁施工中，最初采用低轉(zhuǎn)速、大扭矩成孔方式。由于該區(qū)域揭露的粉質(zhì)黃土、泥巖含水率低，在半螺旋鉆桿接手處出現(xiàn)巖粉聚集現(xiàn)象，在大扭矩研磨下，鉆桿與干燥土體摩擦產(chǎn)生高溫，接手處鉆桿研磨嚴(yán)重，出現(xiàn)鉆桿斷鉆。且在成孔后提鉆時(shí)，渣土容易掉落，鉆孔出渣率低，嚴(yán)重影響成孔質(zhì)量和施工進(jìn)度。

分析可知出現(xiàn)該狀況主要原因是該區(qū)段土體含水率變化導(dǎo)致原施工工藝無法完成鉆孔排渣工作，需要對施工工藝做出調(diào)整；由于施工工期緊，在不改變現(xiàn)有施工設(shè)備的前提下，現(xiàn)場將半螺旋錨桿鉆機(jī)與空壓機(jī)組合進(jìn)行成孔試驗(yàn)。試驗(yàn)孔成孔作業(yè)如圖2b)所示。

該改進(jìn)工藝，將半螺旋鉆具成孔與高壓風(fēng)排渣相結(jié)合，鉆機(jī)同步調(diào)整為高轉(zhuǎn)速模式，孔內(nèi)將土體高速研磨成粉，高壓風(fēng)快速排渣，成孔速度大大提高，孔內(nèi)沉渣極少，改進(jìn)工藝成孔效果顯著。

5 結(jié)語

本邊坡治理工程中微型樁成孔受到場地條件、地質(zhì)條件、工期等因素影響，首次采用了SM-21型錨桿鉆機(jī)進(jìn)行微型樁成孔工藝，對比常規(guī)潛孔鉆機(jī)成孔工藝，具有鉆孔成孔質(zhì)量高、成孔速度快的優(yōu)勢；同時(shí)根據(jù)場地地質(zhì)條件變化情況對SM-21型錨桿鉆機(jī)成孔工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用半螺旋鉆具成孔與高壓風(fēng)排渣相結(jié)合的工藝，成孔速度顯著提高，確保了微型樁成孔質(zhì)量，降低了鉆機(jī)設(shè)備的磨損，對類似工程微型樁快速成孔具有一定的參考價(jià)值。

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The comparison analysis on micro pile hole forming technology of a slope treatment engineering

Xu Xiaobing Huang Yusheng

(Xi’anInstituteLimitedCompany,ChinaCoalScienceGroup,Xi’an710077,China)

In order to obtain good micro pile hole forming effect, in a slope treatment engineering, this paper made comparative analysis on different micro pile hole forming technology, combining with the engineering situation made transformation to hole forming technology of high power drilling machine, the results showed that using the improved process could reach the goal of micro pile fast and high-efficiency hole forming, had certain reference value to similar engineering construction.

slope treatment, micro pile, hole forming technology

2015-04-09

徐小兵(1987- )，男，工程師

1009-6825(2015)17-0039-03

TU473.1

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