硬質(zhì)巖層中抗滑樁成孔工藝與工效淺析

摘 要：文章通過對某高邊坡加固工程硬質(zhì)巖層開挖工效進(jìn)行研究，尋求綜合效益最好的施工工藝。本研究介紹了硬質(zhì)巖層中抗滑樁施工的4種成孔工藝：水磨鉆法成孔工藝、鉆爆法成孔工藝、旋挖鉆成孔工藝、旋挖+爆破成孔工藝，同時(shí)分析了采用相應(yīng)成孔工藝后的成孔工效。隨后對硬質(zhì)巖層中抗滑樁4種成孔工藝的適用性進(jìn)行了歸納總結(jié)，經(jīng)分析水磨鉆施工工效極低；鉆爆法施工工效尚有保證但炸藥用量大；旋挖施工工效一般但造價(jià)高；旋挖+爆破成孔工藝造價(jià)可控，工效高并且對周邊影響小。因此，鉆挖+爆破施工工藝具有較好的應(yīng)用前景，對類似工程中抗滑樁成孔工藝的選擇具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：硬質(zhì)巖層；水磨鉆法；鉆爆法；旋挖鉆法；成孔工藝；成孔工效

中圖分類號：P642.22

中國是一個(gè)多山國家，滑坡事故屢有發(fā)生，其危害性極大，可以摧毀房屋、阻斷交通，給國家與人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失[1]。對不穩(wěn)定邊坡采用錨索抗滑樁進(jìn)行加固是一種安全可靠的滑坡治理措施[2]。在硬質(zhì)巖層中，抗滑樁成孔工藝不僅基本上決定了抗滑樁工程的施工工期，而且還大體上控制了抗滑樁工程的施工成本。本研究主要以北京某高邊坡加固工程為例對硬質(zhì)巖層中矩形截面抗滑樁成孔工藝、工效進(jìn)行分析，并對多種成孔工藝進(jìn)行綜合效益分析，為硬質(zhì)巖層抗滑樁施工提供借鑒。

1 依托項(xiàng)目工程概況簡介

北京某高邊坡加固工程分東坡、南坡兩區(qū)段，南坡南北寬180 m，東西長450 m；東坡東西寬80 m，南北長600 m，邊坡最大開挖高差110 m。南坡為基巖順層坡，邊坡巖體發(fā)育有3～4層潛在滑面，淺層滑帶埋深約20～35 m，深層滑帶埋深約40～60 m。開挖后的坡率為1∶0.4～1∶1。南坡自南向北設(shè)置A、B、C3排錨索抗滑樁，如圖1所示，A排樁65根，樁身截面2.4 m×3.6 m，樁長50～55 m；B排樁68根，樁身截面2.4 m×3.6 m，樁長34～49 m；C排樁54根，樁身截面1.8 m×2.4 m、2.0 m×3.0 m、2.4 m×3.6 m3種類型，樁長18～34 m；東坡在開挖后的坡腳設(shè)置了1排錨索抗滑樁，共計(jì)93根，樁身截面1.8 m×2.4 m，2.0 m×3.0 m，2.4 m×3.6 m 3種類型，樁長22～26 m。東、南坡抗滑樁共計(jì)280根，開挖土石方量10.2萬m3。該項(xiàng)目人工挖孔抗滑樁開挖截面大，開挖深度大，邊坡上層為松散的碎石土及強(qiáng)風(fēng)化巖石，穩(wěn)定性差，下層為硬質(zhì)巖石，開挖難度大。經(jīng)工程地質(zhì)勘察，抗滑樁絕大部分樁孔地層為硬質(zhì)巖層。

2 水磨鉆法成孔工藝及成孔工效研究

2.1 水磨鉆法成孔工藝

工程開工前期，因民爆國家管控嚴(yán)格，審批手續(xù)多且辦理周期長，硬質(zhì)巖層樁孔采用水磨鉆工藝成孔[3]。水磨鉆法成孔工藝首先是在樁孔四周連續(xù)鉆小孔；其次再沿樁孔長邊方向連續(xù)鉆1排孔，沿樁孔的短邊方向連續(xù)鉆2～3排小孔，通過連續(xù)鉆小孔對硬質(zhì)巖層進(jìn)行切割與破碎，再進(jìn)行人工清理渣土，修邊等工作；最后施作護(hù)壁形成設(shè)計(jì)截面樁孔的一種硬質(zhì)巖層抗滑樁成孔方法。水磨鉆法成孔工藝單次進(jìn)尺一般為0.6 m，水磨鉆孔徑一般為150 mm，如2.4 m×3.6 m矩形樁身截面的樁孔水磨鉆孔參考布置平面圖，如圖2所示。

2.2 水磨鉆法成孔工效

硬質(zhì)巖層樁孔采用水磨鉆法進(jìn)行成孔工效實(shí)踐和研究，2018年10月，在北京某高邊坡加固工程南坡A排65個(gè)樁孔中抽取了20個(gè)樁孔，樁身截面2.4 m×3.6 m，月成孔工效統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

從北京某高邊坡加固工程采用水磨鉆法工藝在硬質(zhì)巖層中成孔的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，對樁身截面尺寸2.4 m×3.6 m的硬質(zhì)巖層樁孔而言，最大成孔進(jìn)尺0.49 m/d，最小成孔進(jìn)尺0.14 m/d，平均成孔進(jìn)尺為0.27 m/d。

3 鉆爆法成孔工藝及成孔工效研究

3.1 鉆爆法成孔工藝

經(jīng)過3個(gè)月的試驗(yàn)性施工，實(shí)踐證明樁孔大量硬質(zhì)巖層采用水磨鉆工藝進(jìn)行成孔，施工效率低下，無法滿足工程進(jìn)度計(jì)劃要求。后經(jīng)參建各方協(xié)商，決定對南坡A排樁孔硬質(zhì)巖層改用鉆爆法工藝成孔。鉆爆法成孔工藝通過引爆小劑量炸藥破碎樁孔硬質(zhì)巖層，再進(jìn)行人工清理渣土、修邊等工作，然后施作護(hù)壁形成設(shè)計(jì)截面樁孔的一種硬質(zhì)巖層抗滑樁成孔方法。鉆爆法成孔工藝單次進(jìn)尺一般為1.0～1.2 m，如2.4 m×3.6 m矩形樁身截面的樁孔鉆爆法成孔炮孔參考布置平面圖如圖3所示。

3.2 鉆爆法成孔工效

硬質(zhì)巖層樁孔采用鉆爆法進(jìn)行成孔工效實(shí)踐和研究，2019年5月，在北京某高邊坡加固工程南坡A排65個(gè)樁孔中抽取了20個(gè)樁孔，樁身截面2.4 m×3.6 m，周成孔工效統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

從北京某高邊坡加固工程采用鉆爆法在樁孔硬質(zhì)巖層成孔統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，樁孔最大成孔進(jìn)尺1.05 m/d，最小成孔進(jìn)尺0.62 m/d。對樁身截面尺寸2.4 m×3.6 m的樁孔而言，采用鉆爆法工藝在樁孔硬質(zhì)巖層中成孔的平均進(jìn)尺為0.77 m/d。

4 旋挖鉆法成孔工藝及成孔工效研究

4.1 旋挖鉆法成孔工藝

鉆爆法成孔因國家安保需要，樁孔硬質(zhì)巖層爆破作業(yè)受管控暫停較為頻繁，而且爆破過程對坡體的震動也較大。為探索出一種樁孔硬質(zhì)巖層非鉆爆成孔方法，在南坡A排樁孔仍然采用鉆爆法工藝成孔的同時(shí)，經(jīng)多方調(diào)查研究，決定對南坡部分B排樁孔試驗(yàn)性采用旋挖鉆法成孔工藝。

旋挖鉆法成孔工藝是在一個(gè)大的矩形樁孔開挖截面范圍內(nèi)采用旋挖鉆依次鉆4～6個(gè)同大的矩形樁孔設(shè)計(jì)深度的小直徑樁孔后，對已鉆成的4～6個(gè)小樁孔用細(xì)顆粒土回填至孔口地面，再經(jīng)人工使用簡易機(jī)械破碎小直徑樁孔間硬質(zhì)巖層，清理渣土，修邊等工作，最后施作護(hù)壁形成矩形截面樁孔的一種硬質(zhì)巖層抗滑樁成孔方法。旋挖鉆法成孔工藝單次進(jìn)尺一般亦為1.0～1.2 m，如2.4 m×3.6 m矩形樁身截面旋挖鉆孔參考布置平面圖，如圖4所示。

4.2 旋挖鉆法成孔工效

硬質(zhì)巖層樁孔采用旋挖鉆法進(jìn)行成孔工效實(shí)踐和研究，2020年3月，在北京某高邊坡加固工程南坡B排68個(gè)樁孔中抽取了20個(gè)樁孔，樁身截面2.4 m×3.6 m，周成孔工效統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

從北京某高邊坡加固工程采用旋挖鉆法工藝對樁孔硬質(zhì)巖層成孔的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，樁孔最大成孔進(jìn)尺0.83 m/d，最小成孔進(jìn)尺0.33 m/d。對樁身截面尺寸2.4 m×3.6 m的樁孔而言，采用旋挖鉆法工藝對樁孔硬質(zhì)巖層成孔的平均進(jìn)尺為0.50 m/d。

5 旋挖+鉆爆法成孔工藝及工效研究

5.1 旋挖+鉆爆法成孔工藝

硬質(zhì)巖層樁孔采用旋挖鉆法成孔后發(fā)現(xiàn)，其平均成孔工效（0.50 m/d）比水磨鉆法平均成孔工效（0.27 m/d）雖有所提高，但仍然較低，一般難以滿足工程進(jìn)度計(jì)劃要求。為尋找一種更為理想的樁孔硬質(zhì)巖層成孔方法，在四川省某文物遺址保護(hù)工程中探索了硬質(zhì)巖層樁孔旋挖+鉆爆法成孔工藝。

旋挖+鉆爆法成孔工藝是在一個(gè)大的矩形樁孔中心采用旋挖鉆取一個(gè)直徑1.0～1.5 m，深度3～5 m的圓形樁孔，然后對矩形樁孔開挖截面范圍內(nèi)剩余的硬質(zhì)巖層通過爆破方式破碎并匯集于圓形樁孔內(nèi)，最后經(jīng)旋挖鉆提取渣土，人工修邊，施作護(hù)壁形成矩形截面樁孔的一種硬質(zhì)巖層抗滑樁成孔方法[4]。旋挖鉆+鉆爆法成孔工藝單次進(jìn)尺一般為1.5 m，如2.0 m×3.0 m矩形樁身截面旋挖鉆孔參考布置平面圖，如圖5所示。

5.2 旋挖+鉆爆法成孔工效

硬質(zhì)巖層樁孔采用旋挖+鉆爆法成孔工效進(jìn)行實(shí)踐與研究，2019年，四川省某文物遺址保護(hù)工程硬質(zhì)巖層樁孔采用旋挖+鉆爆法工藝進(jìn)行成孔，樁身截面2.0 m×3.0 m的樁孔，從工程實(shí)施過程來看，硬質(zhì)巖層樁孔采用旋挖+鉆爆法工藝成孔工效大為提高，加之使用旋挖鉆清渣速度較快，制約樁孔單日成孔進(jìn)尺的主要因素已轉(zhuǎn)變?yōu)閱未伍_挖裸露孔壁過高后出現(xiàn)的安全隱患和現(xiàn)澆護(hù)壁混凝土的凝結(jié)時(shí)間[5]。因受各種條件制約，施工現(xiàn)場旋挖鉆配備也有限，出現(xiàn)樁孔完成單日進(jìn)尺的時(shí)間有早有晚，但每個(gè)樁孔均可完成單日計(jì)劃成孔進(jìn)尺，經(jīng)從作業(yè)安全、現(xiàn)場組織及施工成本等方面綜合考慮，旋挖+鉆爆法工藝平均成孔進(jìn)尺為1.5 m/d。

6 多種開挖方式經(jīng)濟(jì)效益分析

北京某高邊坡加固工程按照樁身截面2.4 m×3.6 m矩形截面樁，護(hù)壁厚度250 mm。對抗滑樁開挖及護(hù)壁施工的綜合單價(jià)進(jìn)行分析，對比以上各種成孔工藝施工工序，分析其經(jīng)濟(jì)效益。

水磨鉆法成孔包含機(jī)械費(fèi)和人工費(fèi)，施工機(jī)械+人工費(fèi)750元/m3，按照每延米進(jìn)行考慮，綜合單價(jià)分折合8 917元/m；鉆爆法成孔爆破費(fèi)用530元/m3，人工費(fèi)336元/m3，按照每延米進(jìn)行考慮，綜合單價(jià)分折合10 296元/m；旋挖鉆法成孔機(jī)械費(fèi)550元/m3，人工費(fèi)336元/m3，按照每延米進(jìn)行考慮，綜合單價(jià)折合10 534/m；旋挖+鉆爆法成孔旋挖機(jī)械費(fèi)1 200元/m，爆破費(fèi)用530元/m3，人工費(fèi)180元/m3，按照每延米進(jìn)行考慮，綜合單價(jià)折合9 642元/m。

結(jié)合抗滑樁以上各種成孔工藝的工序分析，水磨鉆法成孔造價(jià)基本可控，采用土石分別計(jì)量的方式可降低造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益一般，工效低；鉆爆法成孔進(jìn)度有保證，經(jīng)濟(jì)效果較好，造價(jià)基本可控，進(jìn)度相對穩(wěn)定；旋挖鉆法成孔經(jīng)濟(jì)效果一般，工效較低，在遇到較硬巖石時(shí)人工掘進(jìn)有較大難度；旋挖+爆破法成孔工序較多，造價(jià)較為理想，工序交叉多，管理難度大，進(jìn)度能夠保證，經(jīng)濟(jì)效果理想，可根據(jù)情況推廣應(yīng)用。

7 多種開挖方式綜合效益總結(jié)

（1）從北京某高邊坡加固工程樁孔硬質(zhì)巖層采用水磨鉆法工藝的實(shí)踐來看，水磨鉆法工藝設(shè)備簡單，操作輕便，不受國家安保管控，但其成孔工效較低，適宜于僅存在少量硬質(zhì)巖層的樁孔，對于存在大量硬質(zhì)巖層的樁孔則不適宜。

（2）鉆爆法成孔工藝是一種傳統(tǒng)的樁孔硬質(zhì)巖層成孔工藝[6]，對樁孔硬質(zhì)巖層破碎效果較好，成孔工效較高且可靠，但爆破物資為國家安保管控器材，審批手續(xù)多且辦理周期較長。鉆爆法成孔工藝宜用于存在大量硬質(zhì)巖層的樁孔[7]，對于僅存在少量硬質(zhì)巖層的樁孔則不適宜。施工進(jìn)度穩(wěn)定，造價(jià)基本可控，但是要考慮社會政治因素及炸藥供應(yīng)的影響。

（3）從北京某高邊坡加固工程樁孔硬質(zhì)巖層采用旋挖鉆法工藝的試驗(yàn)性成孔來看，旋挖鉆法成孔工藝機(jī)械設(shè)備龐大，需要施工現(xiàn)場有較寬較平整的作業(yè)場地，成孔工效中等。旋挖鉆法成孔工藝對設(shè)計(jì)為矩形截面的硬質(zhì)巖層樁孔不太適宜，對軟質(zhì)巖層樁孔較為適宜，尤其是對設(shè)計(jì)為圓形截面的樁孔或圓形截面的集束樁孔相當(dāng)適宜。經(jīng)濟(jì)效果一般，施工進(jìn)度偏差較大，主要是旋挖鉆進(jìn)速度受地層影響較大，同時(shí)人工掘進(jìn)在硬質(zhì)巖層的開挖難度較大。

（4）旋挖+鉆爆法成孔工藝是一種新開發(fā)的樁孔硬質(zhì)巖層成孔工藝[8]，工序較多，造價(jià)較為理想，理論上施工進(jìn)度較快，但多工藝交叉施工帶來施工組織上的管理難度。因其事先在矩形樁孔中心鉆取了個(gè)圓孔，臨空面大為增加，爆破破碎效果好且對坡體震動小，成孔工效高，但需要的設(shè)備較多且工序較為復(fù)雜。旋挖+鉆爆法成孔工藝對大量硬質(zhì)巖層樁孔較為適宜，應(yīng)積極推廣應(yīng)用。

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