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行了對比分析，結合工程情況對大功率鉆機成孔工藝進行改進，結果表明采用改進工藝可以達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,起到提高地基土的承載力，限制樁間土的側向位移的作用[1]。目前已廣泛應用于地基處理、深基坑開挖支護及邊坡穩定處理等巖土工程領域[2]。由于各地區地質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，并結合工程地質情況改進了施工工藝,達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邊坡及主廠區西側邊坡整體上為一個邊坡，近南北走向，坡頂標高約940 m～941 m，坡腳標高由南側的930 m逐漸降低到北側的912 m，南北長約700 m。坡腳西側緊鄰公路，公路臨邊坡一側設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。依據廠區建筑物布置規劃圖，在坡頂平臺西側一線，將布置綜合辦公樓、廠區道路等主要設施，由于坡頂上部建筑物基本采用樁基礎，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到自然穩定坡率，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、坡體預加固的工程方案。

2 工程地質和水文地質條件

根據勘察資料，該區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。成分比較復雜，巖性以黃土、風化基巖碎塊為主，結構疏松，主要分布在場坪回填時的溝壑部位，呈欠固結狀態。

③泥巖(P2)。

③-1強風化泥巖，褐紅色，泥質膠結，膠結程度弱，風化裂隙很發育，結構大部分破壞，呈碎屑狀，屬巨厚層，為極軟巖，場區內均有分布。

③-2強風化砂質泥巖，灰綠色，泥質膠結，膠結程度弱，風化裂隙很發育，結構大部分破壞，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化基巖裂隙水;場區內地下水的補給、排泄條件，因各含水層分布范圍、埋藏賦存條件、水化學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給來源，由于受地形地貌控制，當即補給，當即排泄，徑流途徑短，交替循環迅速。基巖風化裂隙水除接受大氣降水補給之外，在溝谷地帶還接受地表水及不同類型地下水的補給，流向受地形影響，一般由高向低徑流，以泉的形式向西側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，墻身預設泄水孔，孔后設砂卵石反濾層；為增強擋墻基礎的承載力，基礎采取鋼管樁群補強處理，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)；孔內插入φ60鋼管，鋼管外圍均勻點焊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，連結承臺15 m為一段，其間設置伸縮縫，承臺截面尺寸為0.4 m×2.0 m，采用C25混凝土現澆。外側一排微型樁伸入樁頂承臺0.4 m，內側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。

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

4 微型樁成孔工藝

根據勘察資料顯示，施工場地內素填土結構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條件、設計方案的要求，將邊坡分為2個微型樁施工區段：Ⅰ區段為A-B，C-D段，Ⅱ區段為D-E，E-F段。

根據兩區段工程量及工期進度要求，本工程投入2臺100B型潛孔鉆機、1臺SM-21型錨桿鉆機，1臺13 m3的空壓機，以提高鉆孔效率與施工進度；并對兩種微型樁成孔工藝進行效果分析。

4.1 100B型潛孔鉆機成孔工藝

邊坡Ⅰ區段鉆孔揭露土層以灰黃色素填土為主，稍濕、松散～稍密。填土成分比較復雜，巖性以黃土、風化基巖碎塊為主。該區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型潛孔鉆機具有體積小、結構簡單、重量輕、移動方便等特點，滿足場地施工要求，因此采用100B型潛孔鉆機進行該區段微型樁施工。

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

1)場地平整及鋪設腳手架。施工前，利用小型裝載機及人工完成場地清理，達到基本平整。然后在地面鋪設腳手架，以用作固定鉆機，為鉆機提供鉆進壓力，同時可確保鉆機在工作中保持穩定。

2)鉆機就位。鉆機通過人工在鋪設好的腳手架平臺上進行位置調整，就位后用地質羅盤校正鉆機開孔角度，調試鉆機對中鉆孔，確認鉆機架設無誤后將鉆機與腳手架連接固定。

3)成孔及清孔。鉆孔成孔采用100B型潛孔鉆機配φ130風動潛孔錘，通過空壓機風動沖擊、鉆機動力頭回轉鉆進成孔。該施工工藝由潛孔錘依靠沖擊動能將孔內巖土體破碎，通過鉆機回轉研磨破碎巖土層成細粉，巖粉由孔底高壓風帶出鉆孔，完成排渣。鉆機豎向給進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方式，僅依靠潛孔錘沖擊及鉆機自重進行鉆孔成孔作業。

鉆孔清孔主要靠該鉆孔達到設計深度以后，用0.4 MPa的高壓風沖孔，清除孔內巖粉。

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

4.2 SM-21型錨桿鉆機成孔工藝

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

1)場地平整。

該區域施工前采用大型裝載機完成場地清理平整。

2)鉆機就位。

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

3)成孔及清孔。

Ⅱ區段中部存在地表錯臺，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型錨桿鉆機成孔施工采取分段施工。

在南段平臺微型樁施工中鉆機采用低轉速、大扭矩成孔方式，通過降低轉速，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逐漸壓實。待鉆至設計深度后，持續低速旋轉數分鐘，然后提鉆。提鉆過程中避免鉆機擺動、鉆桿轉動，防止螺旋內的壓實渣土掉落孔底，影響成孔質量。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，孔內壁光滑，塌孔現象較少。

在北段平臺微型樁施工中，最初采用低轉速、大扭矩成孔方式。由于該區域揭露的粉質黃土、泥巖含水率低，在半螺旋鉆桿接手處出現巖粉聚集現象，在大扭矩研磨下，鉆桿與干燥土體摩擦產生高溫，接手處鉆桿研磨嚴重，出現鉆桿斷鉆。且在成孔后提鉆時，渣土容易掉落，鉆孔出渣率低，嚴重影響成孔質量和施工進度。

分析可知出現該狀況主要原因是該區段土體含水率變化導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整；由于施工工期緊，在不改變現有施工設備的前提下，現場將半螺旋錨桿鉆機與空壓機組合進行成孔試驗。試驗孔成孔作業如圖2b)所示。

該改進工藝，將半螺旋鉆具成孔與高壓風排渣相結合，鉆機同步調整為高轉速模式，孔內將土體高速研磨成粉，高壓風快速排渣，成孔速度大大提高，孔內沉渣極少，改進工藝成孔效果顯著。

5 結語

本邊坡治理工程中微型樁成孔受到場地條件、地質條件、工期等因素影響，首次采用了SM-21型錨桿鉆機進行微型樁成孔工藝，對比常規潛孔鉆機成孔工藝，具有鉆孔成孔質量高、成孔速度快的優勢；同時根據場地地質條件變化情況對SM-21型錨桿鉆機成孔工藝進行了改進，采用半螺旋鉆具成孔與高壓風排渣相結合的工藝，成孔速度顯著提高，確保了微型樁成孔質量，降低了鉆機設備的磨損，對類似工程微型樁快速成孔具有一定的參考價值。

[1] 楊 波.微型樁在青銀高速公路(河北段)沉降病害治理中的應用研究[D].西安:西安科技大學碩士學位論文,2014.

[2] 張 峰,尹改梅.微型鋼管樁在高填方基坑邊坡支護中的應用[J].山西建筑,2013,39(28):54-55.

[3] 劉衛民.微型樁擋墻在滑坡治理工程中的應用[J].巖土工程界,2007(2):54-56.

[4] 謝曉華,劉吉福,龐奇思.微型樁在某滑坡處治工程中的應用[J].西部探礦工程,2001(2)：32.

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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