矩形抗滑樁旋挖鉆引孔輔助人工開挖技術

劉永明， 楊 帆，郭 霞， 李建波， 羅 凱， 王 旭

(1. 成都天府新區(qū)建設投資有限公司，四川成都 610000；2. 四川省地質工程勘察院集團有限公司，四川成都 610072；3.成都市城市地下綜合管廊監(jiān)管服務中心，四川成都 61000)

抗滑樁具有抗滑能力強、支護效果好、對滑坡穩(wěn)定性擾動小、樁位靈活等優(yōu)點，是山區(qū)滑坡治理中最常用的措施[1-4]。抗滑樁樁身截面形式有圓形和矩形兩種。鄭百錄等[5]研究了矩形和圓形兩種抗滑樁型在高速公路填方路基中的受力特征，結果表明：矩形截面抗滑樁提供摩擦拱和支撐拱作用，而圓形截面抗滑提供聯(lián)合拱作用。李賢等[6]通過對比兩種抗滑樁型的受力特征，認為就抗滑效果來說矩形截面樁比圓形截面樁更好。目前抗滑樁成孔方式主要有人工挖孔和旋挖成孔。人工挖孔適用于地質條件較好的黏土和粉質黏土，或含少量砂礫石的黏土。圓形截面樁和矩形截面抗滑樁均適用，但安全風險大和效率低[7]。旋挖成孔適用于包括巖石層的各類地層，適用于圓形截面樁，若用于矩形截面抗滑樁，則需配合人工或機械擴孔，功效相對較低[8]。

1 矩形抗滑樁成孔工藝及問題

目前公開文獻中對于旋挖鉆開挖矩形抗滑樁主要有兩種工藝。

1.1 工藝一

秦亮等[9-10]在黃土地層中先用小口徑鉆頭周邊取土，然后大口徑鉆頭中間取土，最后用矩形修邊器修邊。這種工藝存在的問題有：

(1)鉆頭重疊區(qū)域鉆進時會不可避免地出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象，導致鉆進垂直度難以把控，抗滑樁中心偏位。

(2)矩形修邊器修邊適用于土質地層，對于含塊石地層容易出現(xiàn)超挖甚至坍孔現(xiàn)象，并且對于基巖地層修邊難度非常大，基本切不動。

(3)由于開挖過程中沒有進行支護，對于地層自穩(wěn)性要求較高。

1.2 工藝二

用大口徑鉆頭重疊開挖出大致的抗滑樁孔，再用人工修孔，再將超挖部分用混凝土回填，但這種工藝存在的問題有：

(1)鉆頭重疊區(qū)域鉆進時會不可避免地出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象。

(2)超挖量會比較多，后期填補混凝土方量較多，造成較大浪費，不經濟。

因此，針對本工程基巖層矩形抗滑樁快速施工技術展開了研究和改進，在本工程項目中首次嘗試運用旋挖鉆引孔輔助人工開挖的工藝，同時對比了該新工藝和傳統(tǒng)人工開挖矩形抗滑樁的施工成本和施工功效。

2 工程概況

龍泉山脈某公路由于暴雨誘發(fā)牽引式滑坡，導致1km道路暫時中斷，該滑坡的處置方案為：樁板墻+局部削方減載+截、排水溝等處置方式。其中樁板墻中的抗滑樁樁徑為2.0 m×2.5 m，樁芯距5 m，共49根，樁長26 m，抗滑樁樁共計1 274 m。樁身所處地質自上而下為12 m坡殘積覆蓋碎石土層，14 m中風化泥巖基巖層。受新冠肺炎疫情影響，項目開工時間及進展較原計劃滯后，原計劃使用傳統(tǒng)人工挖孔工藝將無法在汛期前完成對滑坡支擋和治理的任務，有可能會因為雨水量充足引發(fā)第二次滑坡。為了縮短工期，最終討論決定試用旋挖鉆引孔輔助人工開挖的新工藝。

圖1 龍泉山脈某公路滑坡現(xiàn)場

3 施工方案

3.1 工藝流程

旋挖鉆引孔輔助人工開挖新工藝的流程為：測量放樣—孔口處理—鉆機定位—旋挖機成圓孔—土方回填圓孔—人工開挖矩形孔—護壁模板制作安裝—鋼筋籠吊裝、固定—導管法澆筑混凝土—成樁養(yǎng)護。

測量放樣、孔口平整、鉆機定位和護壁安裝、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑和常規(guī)工序一樣，本文不再贅述，僅對開挖步驟詳細說明。

3.2 施工步驟及操作要點

3.2.1 旋挖鉆成圓孔

根據勘察及設計報告，該滑坡為基巖滑坡，因此在樁孔開挖時主要巖層為：表面殘坡積覆蓋碎石土層12 m、中風化泥巖基巖層14 m。根據地質資料，進場一臺SR360R型旋挖鉆機配合鉆孔，同時SR360R型旋挖鉆鉆機配置φ200 cm的小鉆頭。

首先以抗滑樁中心點鉆進直徑為2 m的圓形引孔，引孔一次性打到設計樁底高程，開始旋挖時要求必須慢，直到鉆頭全部進入巖土后才能加快。

3.2.2 土方回填圓孔

因為本地層剛發(fā)生過滑坡，地層可能還不穩(wěn)定，發(fā)生二次滑移可能性較大，為了防止坍孔，把已開挖的松散碎石土回填至孔內，不壓實。

3.2.3 人工開挖矩形孔

矩形抗滑樁內圓形孔剩余的部分采用人工開挖，粉質黏土、碎石土采用鐵鍬配合風鎬開挖。風化程度高、破碎樁巖石采用風鎬開挖，如圖2所示。完整性好的滑體基巖和滑床采用水磨鉆方式開挖。采用自上而下分段開挖，分段長度為1.0～1.4 m。每開挖一段用混凝土護壁，待強度滿足要求后繼續(xù)開挖下一段。本新工藝和傳統(tǒng)人工開挖矩形抗滑樁最大的不同就是對于14 m中風化泥巖基巖層的開挖方式，傳統(tǒng)人工開挖工藝是利用水磨鉆開挖基巖，而本新工藝是事先利用旋挖鉆將基巖層破碎成塊碎石，再利用人工開挖塊碎石，因此本新工藝的工效相比傳統(tǒng)人工開挖工藝提升點主要是對14 m基巖層的開挖效率的提升。

圖2 人工開挖矩形截面抗滑樁示意

4 經濟效益對比分析及適用性

4.1 人工機械成本

以26 m樁長為例，本工法人工費及機械費僅為傳統(tǒng)人工挖孔樁的70 %左右(表1、表2)，經濟效益十分明顯。

表1 人工挖孔樁樁工法人工費及機械費

表2 旋挖鉆引孔輔助人工開挖法人工費及機械費

4.2 施工作業(yè)工效

以26 m樁長為例，從鉆孔至混凝土澆筑完成，傳統(tǒng)的人工挖孔成樁工法耗時77 d，本工法從準備到完工僅需38.5 d，單樁成樁速度較傳統(tǒng)方法快2倍以上，管理費節(jié)約11 000元。

以49根抗滑樁為整體，按照原計傳統(tǒng)人工開挖工藝，全部施工完成需要90 d左右。

采用旋挖鉆引孔輔助人工開挖工藝，全部實際施工完成花了60 d。

4.3 方法的適用性

本項目地層主要為上層的殘積覆蓋碎石土層及下層的中風化泥巖基巖層，地下水涌水量不大，且施工場地較為寬敞。此類施工方法取決于旋挖機對地層的堅硬程度、地質結構的適用性，以及場地的大小。

5 結論

本文依托龍泉山脈某公路滑坡治理工程，對基巖層矩形抗滑樁快速成樁技術進行了研究和改進，旋挖鉆引孔輔助人工開挖的新工藝能較好地運用于巖層矩形抗滑樁快速成樁中，研究結果表明：

(1)該新工藝較傳統(tǒng)人工成孔進度提高效率約30 %。

(2)并且旋挖機成孔時相當于地質超前預報，能夠確保施工安全。

(3)該新工藝適用性取決于地層的堅硬程度、地質結構及場地的大小。