高邊坡抗滑樁水磨鉆成孔工藝淺析

張儼儼

（中交路橋建設有限公司華中分公司）

土木工程中，經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。當邊坡穩定性不足，有滑坡可能性或出現滑坡征兆，甚至已經滑坡時，需要采取抗滑處置措施保障邊坡安全。我國高速公路路網發達，高速公路穿越山川起伏地區時，涉及大量高邊坡，這些高邊坡大多在公路建設時同步施做了邊坡防護、支擋結構，隨著時間的推移，邊坡受風吹日曬雨淋等自然條件侵蝕，穩定性逐漸變差，有些出現垮塌現象。為保證高速公路運營安全，亟需對垮塌邊坡進行處置。

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，起點樁號K0+000，終點在德江縣合興鄉，接杭瑞高速公路思南至遵義段，終點樁號為K104+588。全長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%。

該項目測設里程樁號K53+830～K53+958 處位于貴州省沿河縣土地坳鎮五一村，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頁巖及泥質砂巖，巖質軟，巖體破碎，加之2020年4月初持續降雨影響，4 月19 日上午該段右側山體產生滑動變形，坡體前緣局部護面墻垮塌，后續出現明顯張拉裂縫，嚴重威脅該段高速公路的運營安全。

該工程邊坡治理措施設計了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，樁長均為22m，樁頂高出第一級平臺4m，各樁間凈距4m，樁間設置4m 高擋土板。此外，還設計了護面墻、框架式護坡、預應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

該項目樁位處上覆粉質黏土，下伏基巖為強風化砂巖夾砂質頁巖，樁端嵌入中風化砂質頁巖6～8m。由于該項目抗滑樁設計截面為矩形，常規的回旋鉆、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行截面為矩形的成孔施工。但是抓斗鉆和沖擊鉆成孔時均會對巖土體造成較大的沖擊振動，加之大型機械自重帶來的施工荷載，以及造孔護壁泥漿沿巖土體裂隙滲入后對滑動面的潤滑作用，都會對邊坡穩定產生不利影響。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一步垮塌的風險。基于以上考慮，抗滑樁采用人工成孔、鋼筋混凝土護壁方式施工，上覆土層及強風化巖層采用鍬、鎬挖掘，中風化巖層則采用水磨鉆挖掘，避免對巖土體產生較大的施工荷載及沖擊擾動，同時干作業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、金剛石鉆機，主要由機架、驅動電機、鉆筒、專用水泵等組成，鉆筒長度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，長度600mm左右，鉆筒頭部釬焊約11 個金剛石刀頭，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、效率高、孔壁光滑、成孔尺寸準確的特點。

樁基水磨鉆成孔法主要是通過水磨鉆機沿設計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，方便對剩余的樁芯巖體進行分塊解小。用電鉆在樁芯巖體上打一排小孔，孔內插入鋼錐并錘擊，利用鋼錐擠壓力將樁芯巖體脹裂解小后運出孔外。重復上述作業，每次進尺為鉆筒鉆孔深度，直到到達設計孔深。

4 水磨鉆成孔施工

4.1施工準備

4.1.1技術準備

熟悉設計圖紙、招投標文件及合同、相關標準規范等資料，深入了解現場實際情況，在此基礎上編制施工方案及安全專項方案，并按規定送審報批。人工挖孔樁深度超過一定規模的危險性較大的分部分項工程標準的，還需按規定組織專家論證。

4.1.2現場準備

做好施工現場的臨時設施，保證施工便道的暢通，及施工現場水、電接入工作。清理現場障礙物、平整作業場地。復測設計樁點無誤后，建立測量控制網、點，進行抗滑樁定位放樣。

4.1.3資源準備

組織作業人員進場，并進行崗前教育培訓、技術交底等。采購施工所需的鋼筋、水泥、砂石等材料，并按規定進行進場檢驗與抽樣復檢，經過試配確定混凝土的配合比。準備施工用機械設備，并對其進行使用前的檢查維護，確保能正常運轉，使用期間按要求維修保養。水磨鉆成孔應配備水磨鉆機，鉆筒在鉆孔中易磨損，應備足替換鉆筒。同時應配備發電機、空壓機、電鉆、卷揚機、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圈，護圈高出周邊地面200～300mm，護圈也可與首節護壁合并施工。將抗滑樁的標高、軸線引測到施做好的護圈上，并做好樁號、樁長、入巖深度等信息的標記。同時做好樁位周邊地表截排水措施，孔口搭設防雨篷。

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

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

⑷重復挖土及護壁工序，結合土質情況調整每次挖掘進尺及護壁高度，只到到達中風化巖層。挖掘到一定深度后，應配備照明、通風、通訊設施，送風量不宜少于25L/S。井內有積水時，可采用離心泵排水。

⑸中風化巖層采用水磨鉆成孔，鉆孔數量根據水磨鉆鉆筒直徑與抗滑樁截面尺寸加護壁厚度確定。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。本工程中風化巖層完整性較好，不需施做護壁，故中風化巖層中成孔時無需預留護壁所占空間，鉆孔布置形式如圖2。

圖2

其中：A 型抗滑樁長邊布置16 個鉆孔，兩端鉆孔緊貼樁壁，每個鉆孔圓心間距156mm。B 型抗滑樁長邊布置19個鉆孔，每個鉆孔圓心間距157.78mm。A、B型抗滑樁短邊均布置13個鉆孔，每個鉆孔圓心間距153.33mm。鉆孔布置原則為：相鄰鉆孔間距不超過鉆筒外徑，如此方能確保孔孔相連，樁芯巖體完全與周圍巖體分離。水磨鉆施工每個班組配備4 人，鉆孔時其中井上1 人負責電源、送風、排水、照明等設備的看管及與井下人員的聯絡，井下3人操作6臺水磨鉆機鉆孔。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樁壁處。將鉆機安放在反力架下方預定的孔位處，用膨脹螺栓初步固定鉆機機架底座，在底座下方插入楔形鋼板調整鉆機傾斜度。根據每次鉆孔時鉆筒向樁心方向的退讓距離（一般在3cm 左右），設置鉆機外傾角（一般在3°左右），確保成孔截面尺寸及樁身傾斜度滿足設計及相關規范要求。鉆機傾斜度調整合格后，擰緊機架底座固定螺栓，同時使用墊塊將機架頂部頂緊在反力架下，以此提供鉆機鉆進時的下壓力，以及平衡鉆機轉動時對機架的扭力。鉆機安裝完畢后，接通電源，開啟鉆機，初始鉆進時應輕壓慢鉆，鉆進50mm 以后方可施加全部下壓力鉆進。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人負責樁芯巖體破碎解小，井上2人負責前述設備的看管、人員聯絡及出渣運渣工作。在形成環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，孔距及孔深可根據破碎難易程度進行調整，破碎較難時，可減小孔距、增加孔深，反之可增大孔距、減小孔深。在鉆好的小孔內插入一排鋼錐，用大錘錘擊鋼錐，由外圈向內圈（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，用井口提升裝置吊至孔外，然后用小推車或籮筐運至指定位置堆放，嚴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、軸線位置等技術指標，如有偏差應及時糾正。檢查無誤后，根據當前工作面尺寸，計算并動態調整下一進尺鉆孔距實際樁壁的退讓距離及外傾角，如當前工作面尺寸較設計值余量過大，則應適當增大退讓距離、減小外傾角度，反之則反。將計算好的下一進尺鉆孔位置標記在工作面上，重復上述水磨鉆鉆孔取芯、樁芯破碎、出渣運渣、過程檢查及調整糾偏工作，只到到達設計孔深。

4.3成孔檢查及驗收

開挖到設計樁底標高后，撿平樁底，抽干孔底積水，對樁位軸線、截面尺寸、樁長、標高、傾斜度、樁底巖性等進行檢查，確保各項指標滿足設計圖紙及相關規范要求。鋼筋籠制作安裝及樁身混凝土澆筑與普通干作業成孔灌注樁工藝相同，此處不再贅述。

5 結束語

綜上所述，抗滑樁水磨鉆成孔機具設備簡單，對邊坡巖土體擾動小，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。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險，具有較好的應用前景。同時，當單個邊坡中抗滑樁根數較少時，采用水磨鉆成孔，亦可節約大型樁基成孔機械進出場及大面積作業面場地平整費用，具有較好的經濟效益。