高邊坡抗滑樁水磨鉆成孔工藝淺析

張儼儼

（中交路橋建設(shè)有限公司華中分公司）

土木工程中，經(jīng)常因地形起伏及建筑紅線限制不能放坡或放坡挖填方量太大而形成高邊坡。當(dāng)邊坡穩(wěn)定性不足，有滑坡可能性或出現(xiàn)滑坡征兆，甚至已經(jīng)滑坡時(shí)，需要采取抗滑處置措施保障邊坡安全。我國(guó)高速公路路網(wǎng)發(fā)達(dá)，高速公路穿越山川起伏地區(qū)時(shí)，涉及大量高邊坡，這些高邊坡大多在公路建設(shè)時(shí)同步施做了邊坡防護(hù)、支擋結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間的推移，邊坡受風(fēng)吹日曬雨淋等自然條件侵蝕，穩(wěn)定性逐漸變差，有些出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。為保證高速公路運(yùn)營(yíng)安全，亟需對(duì)垮塌邊坡進(jìn)行處置。

1 工程概況

貴州沿德高速（S25 沿河至德江段）起于貴州省沿河縣與重慶市交界處，接重慶酉陽至沿河高速公路，起點(diǎn)樁號(hào)K0+000，終點(diǎn)在德江縣合興鄉(xiāng)，接杭瑞高速公路思南至遵義段，終點(diǎn)樁號(hào)為K104+588。全長(zhǎng)104.588公里，道路全線橋梁200 座/64.95 公里（雙向），隧道34座/31.4公里（雙向），高邊坡108處，橋隧比43.69%。

該項(xiàng)目測(cè)設(shè)里程樁號(hào)K53+830～K53+958 處位于貴州省沿河縣土地坳鎮(zhèn)五一村，高速公路以挖方路基的形式從斜坡中下部通過。由于該段主要地層為砂質(zhì)頁巖及泥質(zhì)砂巖，巖質(zhì)軟，巖體破碎，加之2020年4月初持續(xù)降雨影響，4 月19 日上午該段右側(cè)山體產(chǎn)生滑動(dòng)變形，坡體前緣局部護(hù)面墻垮塌，后續(xù)出現(xiàn)明顯張拉裂縫，嚴(yán)重威脅該段高速公路的運(yùn)營(yíng)安全。

該工程邊坡治理措施設(shè)計(jì)了12根抗滑樁，其中A型抗滑樁2 根，截面尺寸為2.5m×2m，B 型抗滑樁10 根，截面尺寸為3m×2m，樁長(zhǎng)均為22m，樁頂高出第一級(jí)平臺(tái)4m，各樁間凈距4m，樁間設(shè)置4m 高擋土板。此外，還設(shè)計(jì)了護(hù)面墻、框架式護(hù)坡、預(yù)應(yīng)力錨索及截排水溝等抗滑措施，如圖1。

圖1

2 成孔工藝選擇

該項(xiàng)目樁位處上覆粉質(zhì)黏土，下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾砂質(zhì)頁巖，樁端嵌入中風(fēng)化砂質(zhì)頁巖6～8m。由于該項(xiàng)目抗滑樁設(shè)計(jì)截面為矩形，常規(guī)的回旋鉆、旋挖鉆成孔截面均為圓形，抓斗鉆或鉆頭為矩形的沖擊鉆可以進(jìn)行截面為矩形的成孔施工。但是抓斗鉆和沖擊鉆成孔時(shí)均會(huì)對(duì)巖土體造成較大的沖擊振動(dòng)，加之大型機(jī)械自重帶來的施工荷載，以及造孔護(hù)壁泥漿沿巖土體裂隙滲入后對(duì)滑動(dòng)面的潤(rùn)滑作用，都會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。上述幾種不利因素的疊加影響，將大大增加滑坡體中部及后緣進(jìn)一步垮塌的風(fēng)險(xiǎn)?；谝陨峡紤]，抗滑樁采用人工成孔、鋼筋混凝土護(hù)壁方式施工，上覆土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層采用鍬、鎬挖掘，中風(fēng)化巖層則采用水磨鉆挖掘，避免對(duì)巖土體產(chǎn)生較大的施工荷載及沖擊擾動(dòng)，同時(shí)干作業(yè)成孔避免了泥水滲入巖土體。

3 水磨鉆成孔工藝介紹

水磨鉆又稱水鉆、混凝土鉆孔機(jī)、金剛石鉆機(jī)，主要由機(jī)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鉆筒、專用水泵等組成，鉆筒長(zhǎng)度300～700mm 不等，外徑在20mm～220mm 不等。工程用取芯鉆筒外徑一般在160mm左右，長(zhǎng)度600mm左右，鉆筒頭部釬焊約11 個(gè)金剛石刀頭，是一種能在混凝土、磚石、陶瓷等材料上鉆孔的小型工具，具有無粉塵作業(yè)、效率高、孔壁光滑、成孔尺寸準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

樁基水磨鉆成孔法主要是通過水磨鉆機(jī)沿設(shè)計(jì)樁徑外圍鉆取一圈孔孔相連的柱狀孔，使樁芯與周圍巖體分離，樁芯巖體有了臨空面后，方便對(duì)剩余的樁芯巖體進(jìn)行分塊解小。用電鉆在樁芯巖體上打一排小孔，孔內(nèi)插入鋼錐并錘擊，利用鋼錐擠壓力將樁芯巖體脹裂解小后運(yùn)出孔外。重復(fù)上述作業(yè)，每次進(jìn)尺為鉆筒鉆孔深度，直到到達(dá)設(shè)計(jì)孔深。

4 水磨鉆成孔施工

4.1施工準(zhǔn)備

4.1.1技術(shù)準(zhǔn)備

熟悉設(shè)計(jì)圖紙、招投標(biāo)文件及合同、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等資料，深入了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在此基礎(chǔ)上編制施工方案及安全專項(xiàng)方案，并按規(guī)定送審報(bào)批。人工挖孔樁深度超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程標(biāo)準(zhǔn)的，還需按規(guī)定組織專家論證。

4.1.2現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

做好施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)設(shè)施，保證施工便道的暢通，及施工現(xiàn)場(chǎng)水、電接入工作。清理現(xiàn)場(chǎng)障礙物、平整作業(yè)場(chǎng)地。復(fù)測(cè)設(shè)計(jì)樁點(diǎn)無誤后，建立測(cè)量控制網(wǎng)、點(diǎn)，進(jìn)行抗滑樁定位放樣。

4.1.3資源準(zhǔn)備

組織作業(yè)人員進(jìn)場(chǎng)，并進(jìn)行崗前教育培訓(xùn)、技術(shù)交底等。采購(gòu)施工所需的鋼筋、水泥、砂石等材料，并按規(guī)定進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)與抽樣復(fù)檢，經(jīng)過試配確定混凝土的配合比。準(zhǔn)備施工用機(jī)械設(shè)備，并對(duì)其進(jìn)行使用前的檢查維護(hù)，確保能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使用期間按要求維修保養(yǎng)。水磨鉆成孔應(yīng)配備水磨鉆機(jī)，鉆筒在鉆孔中易磨損，應(yīng)備足替換鉆筒。同時(shí)應(yīng)配備發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、電鉆、卷揚(yáng)機(jī)、抽水泵等。

4.2成孔施工

⑴在已放樣樁位處開挖并澆筑孔口護(hù)圈，護(hù)圈高出周邊地面200～300mm，護(hù)圈也可與首節(jié)護(hù)壁合并施工。將抗滑樁的標(biāo)高、軸線引測(cè)到施做好的護(hù)圈上，并做好樁號(hào)、樁長(zhǎng)、入巖深度等信息的標(biāo)記。同時(shí)做好樁位周邊地表截排水措施，孔口搭設(shè)防雨篷。

⑵用鍬、鎬等開挖首節(jié)樁孔土方，開挖深度控制在1m 以內(nèi)，開挖完成后安裝護(hù)壁鋼筋及模板，澆筑護(hù)壁混凝土。每節(jié)護(hù)壁設(shè)置豎向鋼筋及環(huán)形箍筋，上節(jié)護(hù)壁的豎向鋼筋要預(yù)留250mm 左右長(zhǎng)度伸入下節(jié)護(hù)壁，并與下節(jié)護(hù)壁的豎向鋼筋搭接，增強(qiáng)各節(jié)護(hù)壁之間的整體性。每節(jié)護(hù)壁內(nèi)輪廓尺寸上小下大，外輪廓尺寸不變，形成上口壁厚下口壁薄、企口承插的形式（即內(nèi)齒式）。因每節(jié)護(hù)壁在上口處內(nèi)輪廓尺寸最小，故需控制此處尺寸不小于抗滑樁設(shè)計(jì)截面尺寸。

⑶挖開到1.2m～1.5m 深度時(shí)，安裝孔口井架及提升裝置，方便將深處的樁孔土石方運(yùn)至孔外。提升裝置應(yīng)具備自鎖功能，防止提升過程中突然下墜。作業(yè)人員上下井應(yīng)使用專用軟爬梯，嚴(yán)禁乘坐出渣裝置上下。

⑷重復(fù)挖土及護(hù)壁工序，結(jié)合土質(zhì)情況調(diào)整每次挖掘進(jìn)尺及護(hù)壁高度，只到到達(dá)中風(fēng)化巖層。挖掘到一定深度后，應(yīng)配備照明、通風(fēng)、通訊設(shè)施，送風(fēng)量不宜少于25L/S。井內(nèi)有積水時(shí)，可采用離心泵排水。

⑸中風(fēng)化巖層采用水磨鉆成孔，鉆孔數(shù)量根據(jù)水磨鉆鉆筒直徑與抗滑樁截面尺寸加護(hù)壁厚度確定。本工程A、B 型抗滑樁截面尺寸分別為2.5m×2m、3m×2m，水磨鉆采用外徑160mm、有效鉆孔深度600mm 的鉆筒。本工程中風(fēng)化巖層完整性較好，不需施做護(hù)壁，故中風(fēng)化巖層中成孔時(shí)無需預(yù)留護(hù)壁所占空間，鉆孔布置形式如圖2。

圖2

其中：A 型抗滑樁長(zhǎng)邊布置16 個(gè)鉆孔，兩端鉆孔緊貼樁壁，每個(gè)鉆孔圓心間距156mm。B 型抗滑樁長(zhǎng)邊布置19個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔圓心間距157.78mm。A、B型抗滑樁短邊均布置13個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔圓心間距153.33mm。鉆孔布置原則為：相鄰鉆孔間距不超過鉆筒外徑，如此方能確?？卓紫噙B，樁芯巖體完全與周圍巖體分離。水磨鉆施工每個(gè)班組配備4 人，鉆孔時(shí)其中井上1 人負(fù)責(zé)電源、送風(fēng)、排水、照明等設(shè)備的看管及與井下人員的聯(lián)絡(luò)，井下3人操作6臺(tái)水磨鉆機(jī)鉆孔。采用型鋼、螺紋頂桿等制成反力架，通過旋緊螺紋頂桿施加橫向頂撐力，將反力架固定在上節(jié)樁壁處。將鉆機(jī)安放在反力架下方預(yù)定的孔位處，用膨脹螺栓初步固定鉆機(jī)機(jī)架底座，在底座下方插入楔形鋼板調(diào)整鉆機(jī)傾斜度。根據(jù)每次鉆孔時(shí)鉆筒向樁心方向的退讓距離（一般在3cm 左右），設(shè)置鉆機(jī)外傾角（一般在3°左右），確保成孔截面尺寸及樁身傾斜度滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。鉆機(jī)傾斜度調(diào)整合格后，擰緊機(jī)架底座固定螺栓，同時(shí)使用墊塊將機(jī)架頂部頂緊在反力架下，以此提供鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的下壓力，以及平衡鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)架的扭力。鉆機(jī)安裝完畢后，接通電源，開啟鉆機(jī)，初始鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)輕壓慢鉆，鉆進(jìn)50mm 以后方可施加全部下壓力鉆進(jìn)。按施工方案將樁身四周的孔全部鉆完，使用特制的卡鉗插入鉆筒退出后留下的縫隙中，將鉆芯夾住并提出。如有未斷裂的鉆芯，可先用鋼楔或撬棒插入鉆芯邊緣空隙，將鉆芯向另一邊進(jìn)行擠壓，鉆芯斷裂后再用卡鉗提出。鉆芯工作完成后，井下留下2人負(fù)責(zé)樁芯巖體破碎解小，井上2人負(fù)責(zé)前述設(shè)備的看管、人員聯(lián)絡(luò)及出渣運(yùn)渣工作。在形成環(huán)形臨空面的樁芯巖體上每隔300mm 左右用電鉆鉆深約200mm、直徑約20mm 的小孔，孔距及孔深可根據(jù)破碎難易程度進(jìn)行調(diào)整，破碎較難時(shí)，可減小孔距、增加孔深，反之可增大孔距、減小孔深。在鉆好的小孔內(nèi)插入一排鋼錐，用大錘錘擊鋼錐，由外圈向內(nèi)圈（或由一端向另一端）解小樁芯巖體，將破碎的石塊裝入出渣裝置內(nèi)，用井口提升裝置吊至孔外，然后用小推車或籮筐運(yùn)至指定位置堆放，嚴(yán)禁隨意堆放在井口周圍。最后使用電錘或鏨子鑿除樁壁四周由鉆筒成孔留下的凸出齒形巖體，確保樁身有效截面尺寸。檢查樁身截面尺寸、傾斜度、軸線位置等技術(shù)指標(biāo)，如有偏差應(yīng)及時(shí)糾正。檢查無誤后，根據(jù)當(dāng)前工作面尺寸，計(jì)算并動(dòng)態(tài)調(diào)整下一進(jìn)尺鉆孔距實(shí)際樁壁的退讓距離及外傾角，如當(dāng)前工作面尺寸較設(shè)計(jì)值余量過大，則應(yīng)適當(dāng)增大退讓距離、減小外傾角度，反之則反。將計(jì)算好的下一進(jìn)尺鉆孔位置標(biāo)記在工作面上，重復(fù)上述水磨鉆鉆孔取芯、樁芯破碎、出渣運(yùn)渣、過程檢查及調(diào)整糾偏工作，只到到達(dá)設(shè)計(jì)孔深。

4.3成孔檢查及驗(yàn)收

開挖到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后，撿平樁底，抽干孔底積水，對(duì)樁位軸線、截面尺寸、樁長(zhǎng)、標(biāo)高、傾斜度、樁底巖性等進(jìn)行檢查，確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)范要求。鋼筋籠制作安裝及樁身混凝土澆筑與普通干作業(yè)成孔灌注樁工藝相同，此處不再贅述。

5 結(jié)束語

綜上所述，抗滑樁水磨鉆成孔機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)邊坡巖土體擾動(dòng)小，基本不增加施工荷載，基本無施工噪聲及泥漿污染，且能較高效的在巖層中掘進(jìn)。在高邊坡抗滑樁成孔施工中，能有效降低邊坡在施工中滑塌的風(fēng)險(xiǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。同時(shí)，當(dāng)單個(gè)邊坡中抗滑樁根數(shù)較少時(shí)，采用水磨鉆成孔，亦可節(jié)約大型樁基成孔機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)及大面積作業(yè)面場(chǎng)地平整費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。