高边坡抗滑桩水磨钻成孔工艺浅析

张俨俨

（中交路桥建设有限公司华中分公司）

土木工程中，经常因地形起伏及建筑红线限制不能放坡或放坡挖填方量太大而形成高边坡。当边坡稳定性不足，有滑坡可能性或出现滑坡征兆，甚至已经滑坡时，需要采取抗滑处置措施保障边坡安全。我国高速公路路网发达，高速公路穿越山川起伏地区时，涉及大量高边坡，这些高边坡大多在公路建设时同步施做了边坡防护、支挡结构，随着时间的推移，边坡受风吹日晒雨淋等自然条件侵蚀，稳定性逐渐变差，有些出现垮塌现象。为保证高速公路运营安全，亟需对垮塌边坡进行处置。

1 工程概况

贵州沿德高速（S25 沿河至德江段）起于贵州省沿河县与重庆市交界处，接重庆酉阳至沿河高速公路，起点桩号K0+000，终点在德江县合兴乡，接杭瑞高速公路思南至遵义段，终点桩号为K104+588。全长104.588公里，道路全线桥梁200 座/64.95 公里（双向），隧道34座/31.4公里（双向），高边坡108处，桥隧比43.69%。

该项目测设里程桩号K53+830～K53+958 处位于贵州省沿河县土地坳镇五一村，高速公路以挖方路基的形式从斜坡中下部通过。由于该段主要地层为砂质页岩及泥质砂岩，岩质软，岩体破碎，加之2020年4月初持续降雨影响，4 月19 日上午该段右侧山体产生滑动变形，坡体前缘局部护面墙垮塌，后续出现明显张拉裂缝，严重威胁该段高速公路的运营安全。

该工程边坡治理措施设计了12根抗滑桩，其中A型抗滑桩2 根，截面尺寸为2.5m×2m，B 型抗滑桩10 根，截面尺寸为3m×2m，桩长均为22m，桩顶高出第一级平台4m，各桩间净距4m，桩间设置4m 高挡土板。此外，还设计了护面墙、框架式护坡、预应力锚索及截排水沟等抗滑措施，如图1。

图1

2 成孔工艺选择

该项目桩位处上覆粉质黏土，下伏基岩为强风化砂岩夹砂质页岩，桩端嵌入中风化砂质页岩6～8m。由于该项目抗滑桩设计截面为矩形，常规的回旋钻、旋挖钻成孔截面均为圆形，抓斗钻或钻头为矩形的冲击钻可以进行截面为矩形的成孔施工。但是抓斗钻和冲击钻成孔时均会对岩土体造成较大的冲击振动，加之大型机械自重带来的施工荷载，以及造孔护壁泥浆沿岩土体裂隙渗入后对滑动面的润滑作用，都会对边坡稳定产生不利影响。上述几种不利因素的叠加影响，将大大增加滑坡体中部及后缘进一步垮塌的风险。基于以上考虑，抗滑桩采用人工成孔、钢筋混凝土护壁方式施工，上覆土层及强风化岩层采用锹、镐挖掘，中风化岩层则采用水磨钻挖掘，避免对岩土体产生较大的施工荷载及冲击扰动，同时干作业成孔避免了泥水渗入岩土体。

3 水磨钻成孔工艺介绍

水磨钻又称水钻、混凝土钻孔机、金刚石钻机，主要由机架、驱动电机、钻筒、专用水泵等组成，钻筒长度300～700mm 不等，外径在20mm～220mm 不等。工程用取芯钻筒外径一般在160mm左右，长度600mm左右，钻筒头部钎焊约11 个金刚石刀头，是一种能在混凝土、砖石、陶瓷等材料上钻孔的小型工具，具有无粉尘作业、效率高、孔壁光滑、成孔尺寸准确的特点。

桩基水磨钻成孔法主要是通过水磨钻机沿设计桩径外围钻取一圈孔孔相连的柱状孔，使桩芯与周围岩体分离，桩芯岩体有了临空面后，方便对剩余的桩芯岩体进行分块解小。用电钻在桩芯岩体上打一排小孔，孔内插入钢锥并锤击，利用钢锥挤压力将桩芯岩体胀裂解小后运出孔外。重复上述作业，每次进尺为钻筒钻孔深度，直到到达设计孔深。

4 水磨钻成孔施工

4.1施工准备

4.1.1技术准备

熟悉设计图纸、招投标文件及合同、相关标准规范等资料，深入了解现场实际情况，在此基础上编制施工方案及安全专项方案，并按规定送审报批。人工挖孔桩深度超过一定规模的危险性较大的分部分项工程标准的，还需按规定组织专家论证。

4.1.2现场准备

做好施工现场的临时设施，保证施工便道的畅通，及施工现场水、电接入工作。清理现场障碍物、平整作业场地。复测设计桩点无误后，建立测量控制网、点，进行抗滑桩定位放样。

4.1.3资源准备

组织作业人员进场，并进行岗前教育培训、技术交底等。采购施工所需的钢筋、水泥、砂石等材料，并按规定进行进场检验与抽样复检，经过试配确定混凝土的配合比。准备施工用机械设备，并对其进行使用前的检查维护，确保能正常运转，使用期间按要求维修保养。水磨钻成孔应配备水磨钻机，钻筒在钻孔中易磨损，应备足替换钻筒。同时应配备发电机、空压机、电钻、卷扬机、抽水泵等。

4.2成孔施工

⑴在已放样桩位处开挖并浇筑孔口护圈，护圈高出周边地面200～300mm，护圈也可与首节护壁合并施工。将抗滑桩的标高、轴线引测到施做好的护圈上，并做好桩号、桩长、入岩深度等信息的标记。同时做好桩位周边地表截排水措施，孔口搭设防雨篷。

⑵用锹、镐等开挖首节桩孔土方，开挖深度控制在1m 以内，开挖完成后安装护壁钢筋及模板，浇筑护壁混凝土。每节护壁设置竖向钢筋及环形箍筋，上节护壁的竖向钢筋要预留250mm 左右长度伸入下节护壁，并与下节护壁的竖向钢筋搭接，增强各节护壁之间的整体性。每节护壁内轮廓尺寸上小下大，外轮廓尺寸不变，形成上口壁厚下口壁薄、企口承插的形式（即内齿式）。因每节护壁在上口处内轮廓尺寸最小，故需控制此处尺寸不小于抗滑桩设计截面尺寸。

⑶挖开到1.2m～1.5m 深度时，安装孔口井架及提升装置，方便将深处的桩孔土石方运至孔外。提升装置应具备自锁功能，防止提升过程中突然下坠。作业人员上下井应使用专用软爬梯，严禁乘坐出渣装置上下。

⑷重复挖土及护壁工序，结合土质情况调整每次挖掘进尺及护壁高度，只到到达中风化岩层。挖掘到一定深度后，应配备照明、通风、通讯设施，送风量不宜少于25L/S。井内有积水时，可采用离心泵排水。

⑸中风化岩层采用水磨钻成孔，钻孔数量根据水磨钻钻筒直径与抗滑桩截面尺寸加护壁厚度确定。本工程A、B 型抗滑桩截面尺寸分别为2.5m×2m、3m×2m，水磨钻采用外径160mm、有效钻孔深度600mm 的钻筒。本工程中风化岩层完整性较好，不需施做护壁，故中风化岩层中成孔时无需预留护壁所占空间，钻孔布置形式如图2。

图2

其中：A 型抗滑桩长边布置16 个钻孔，两端钻孔紧贴桩壁，每个钻孔圆心间距156mm。B 型抗滑桩长边布置19个钻孔，每个钻孔圆心间距157.78mm。A、B型抗滑桩短边均布置13个钻孔，每个钻孔圆心间距153.33mm。钻孔布置原则为：相邻钻孔间距不超过钻筒外径，如此方能确保孔孔相连，桩芯岩体完全与周围岩体分离。水磨钻施工每个班组配备4 人，钻孔时其中井上1 人负责电源、送风、排水、照明等设备的看管及与井下人员的联络，井下3人操作6台水磨钻机钻孔。采用型钢、螺纹顶杆等制成反力架，通过旋紧螺纹顶杆施加横向顶撑力，将反力架固定在上节桩壁处。将钻机安放在反力架下方预定的孔位处，用膨胀螺栓初步固定钻机机架底座，在底座下方插入楔形钢板调整钻机倾斜度。根据每次钻孔时钻筒向桩心方向的退让距离（一般在3cm 左右），设置钻机外倾角（一般在3°左右），确保成孔截面尺寸及桩身倾斜度满足设计及相关规范要求。钻机倾斜度调整合格后，拧紧机架底座固定螺栓，同时使用垫块将机架顶部顶紧在反力架下，以此提供钻机钻进时的下压力，以及平衡钻机转动时对机架的扭力。钻机安装完毕后，接通电源，开启钻机，初始钻进时应轻压慢钻，钻进50mm 以后方可施加全部下压力钻进。按施工方案将桩身四周的孔全部钻完，使用特制的卡钳插入钻筒退出后留下的缝隙中，将钻芯夹住并提出。如有未断裂的钻芯，可先用钢楔或撬棒插入钻芯边缘空隙，将钻芯向另一边进行挤压，钻芯断裂后再用卡钳提出。钻芯工作完成后，井下留下2人负责桩芯岩体破碎解小，井上2人负责前述设备的看管、人员联络及出渣运渣工作。在形成环形临空面的桩芯岩体上每隔300mm 左右用电钻钻深约200mm、直径约20mm 的小孔，孔距及孔深可根据破碎难易程度进行调整，破碎较难时，可减小孔距、增加孔深，反之可增大孔距、减小孔深。在钻好的小孔内插入一排钢锥，用大锤锤击钢锥，由外圈向内圈（或由一端向另一端）解小桩芯岩体，将破碎的石块装入出渣装置内，用井口提升装置吊至孔外，然后用小推车或箩筐运至指定位置堆放，严禁随意堆放在井口周围。最后使用电锤或錾子凿除桩壁四周由钻筒成孔留下的凸出齿形岩体，确保桩身有效截面尺寸。检查桩身截面尺寸、倾斜度、轴线位置等技术指标，如有偏差应及时纠正。检查无误后，根据当前工作面尺寸，计算并动态调整下一进尺钻孔距实际桩壁的退让距离及外倾角，如当前工作面尺寸较设计值余量过大，则应适当增大退让距离、减小外倾角度，反之则反。将计算好的下一进尺钻孔位置标记在工作面上，重复上述水磨钻钻孔取芯、桩芯破碎、出渣运渣、过程检查及调整纠偏工作，只到到达设计孔深。

4.3成孔检查及验收

开挖到设计桩底标高后，捡平桩底，抽干孔底积水，对桩位轴线、截面尺寸、桩长、标高、倾斜度、桩底岩性等进行检查，确保各项指标满足设计图纸及相关规范要求。钢筋笼制作安装及桩身混凝土浇筑与普通干作业成孔灌注桩工艺相同，此处不再赘述。

5 结束语

综上所述，抗滑桩水磨钻成孔机具设备简单，对边坡岩土体扰动小，基本不增加施工荷载，基本无施工噪声及泥浆污染，且能较高效的在岩层中掘进。在高边坡抗滑桩成孔施工中，能有效降低边坡在施工中滑塌的风险，具有较好的应用前景。同时，当单个边坡中抗滑桩根数较少时，采用水磨钻成孔，亦可节约大型桩基成孔机械进出场及大面积作业面场地平整费用，具有较好的经济效益。