微型钢管桩施工技术在大型崩坡积体治理中的运用

夏志强

摘要：錨筋桩在传统的边坡治理、地基加固等领域已经广泛使用，较于抗滑桩或抗滑墙等施工时具有设备轻便，桩位布置灵活，施工速度快，对场地的适应性强等特点，近年来正不断推广应用，并取得了较好的工程效果。但在一些地质条件复杂，岩层风化程度较高的破碎体，锚筋桩造孔出现难以避免塌孔和无法成孔的现象，若常规采用泥浆护壁和固结等方式将导致施工工序复杂，工期较长，且施工成本较高，而采用微型钢管桩的钻孔技术，可有效解决此类问题。本文介绍了杨房沟水电站采用微型钢管桩技术，成功解决大型崩坡积体处理中复杂地质条件下易塌孔、无法成孔的情况。

关键词：微型钢管桩 技术 崩坡积体 处理

中图分类号：U656.113

Application of Micro Steel Pipe Pile Construction Technology in the Treatment of Large-Scale Colluvial Deposits

XIA Zhiqiang

（Sichuan Chuantou Energy Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan Province， 610000 China）

Abstract： Anchor reinforced piles have been widely used in traditional fields such as slope treatment and foundation reinforcement. Compared with anti-skid piles or anti-skid walls， they have the characteristics of lightweight equipment， flexible pile layout， fast construction speed and strong adaptability to the site during construction， and they have been continuously promoted and applied and have achieved good engineering results in recent years. However， in some fractured bodies with complex geological conditions and the high degree of rock weathering， it is difficult to avoid hole collapse and inability to form holes in anchor pile drilling. If methods such as mud wall protection and consolidation are conventionally used， it will lead to complex construction processes， longer construction periods and higher construction costs， but the use of micro steel pipe pile drilling technology can effectively solve such problems. This article introduces the application of micro steel pipe pile technology to successfully solve the problems of easy collapse and inability to form holes under complex geological conditions in the treatment of large-scale colluvial deposits in the Yangfanggou Hydropower Station .

Key Words： Micro steel pipe pile; Technology; Colluvial deposit; Treatment

杨房沟水电站旦波崩坡积体位于杨房沟水电站坝址上游雅砻江右岸，崩坡积体总方量320余万m?，属于大型崩坡积体。其组成复杂，边坡基岩岩体以全～强风化为主，局部弱风化，坡面层理及裂隙发育，岩体破碎、兼有混合土碎石，普通锚固施工，出现塌孔、卡钻、无法钻进等问题，为解决这些问题确保崩坡体治理后体边坡稳定，经过反复论证和多次试验采用了“微型钢管桩施工技术”施工，该技术极大程度上保证了成孔率，对施工场地和地质条件的适应性较强，节约了工期，取得了良好的工程效益，具有较强的借鉴意义[1]。

1 技术特点

1.1  施工简便，适应不良地质、成孔率高

微型钢管桩可采用潜孔钻机进行钻进，只需搭设相对简易的脚手架即可满足钻进要求，施工工艺简单，工作效率高，钻孔一次成孔，能够避免由于地质复杂产生塌孔、无法成孔的现象，适应性较强[2]。

1.2 节约投资和工期

相较于在不良地质条件下的传统锚筋桩施工工艺，很好地解决了塌孔后重复造孔的费用，节约了和成本。微型钢管桩施工工艺采用用钢套管的跟进钻孔的特点，一次成孔，避免了为保证成孔而采取的水泥浆护壁等工序，节约了工期[3]。

1.3 可靠系数高

微型钢管桩基本原理是将钢管桩群与土考虑为整体复合加筋土体的结构，荷载由钢管桩和土体共同受力，桩群对荷载的反作用是由加筋土作为一个整体提供的，钢管桩也能满足滑坡治理、边坡防护等的安全性要求，可靠系数较高[4，5]。

2 适用范围和工艺

微型钢管桩适用于地质条件较差，成孔难度大的崩坡积体治理、滑坡治理、地基加固等工程。微型钢管桩的工艺应先计算作用于微型桩的力系，再根据材料力学法对其进行内力计算，从而得出钢管桩的长度和直径等参数，同时，对钢管桩在坡积物中的抗滑面剪力及钢管桩的抗拉力进行计算校核。根据计算复核得出的钢管桩相关参数进行组织施工。

微型钢管桩钻孔原理：在潜孔钻QZJ-100B型钻机采用90型偏心钻头，当钻头到达指定开孔部位后，开启钻机，随着钻机转动张开，偏心钻头成孔孔径大套于钢套管直径，钢套管在管靴拉动中随钻头的前行，可实现钢套管跟进保护孔壁成型。当钻至设计深度后，需要将偏心钻头同钢套管分离，此时反方向旋转转机转动方向，偏心钻头收缩从钢套管中分离。钢管留在孔内保护钻孔成形和起保护孔壁垮塌的作用[6]。图1是根管微型钢管桩施工原理图。

3 施工工艺流程及设计计算

3.1施工工艺流程

首先需要进行钢管桩设计，确定钢管桩的相应参数。然后开始施工准备，待风、水、电，施工材料及设备就绪，方可开始钢套管跟进钻孔，控制好钻孔角度及深度，钻孔符合要求后安装锚筋束。锚筋束安装完毕即可进行注浆，最后检查验收。图2是微型钢管桩施工工艺流程图。

3.2 理论计算

3.2.1 钢管桩设计计算

钢管桩受力及计算方法

作用于微型桩的力系应计算滑坡推力、桩前滑体抗力和锚固段地层的抗力。

（1） 崩坡积体的推力。在顺崩坡积体方向的按塌滑面坡积物的地质构造将坡积体分为垂直直条块，分别计算条块临界面上的滑动力继而得到的就是该部分的崩坡积体的推力。

（2）钢管桩桩前滑体抗力。布置钢管桩后，钢管桩受到滑动压力发生变形时，部分力通过钢管桩传给岩体，部分传给崩坡积体。

（3）锚固段地层的抗力。锚固段中桩身前后崩坡积体的抗力，可依照基岩弹性抗力进行分析。微型桩承受的推力采用商用软件GeoStudio系统中的SLOPE/W模块计算[4]。

3.2.2 钢管桩受力计算

（1） 钢管桩内部受计算。滑动坡面处的钢管桩及附近崩坡积体的相同值计算面积和相同值换算面积的惯性矩；；

公式中：ARRP为选取的滑动面，钢管桩稳固土体的截面积；IRRP为选取的滑动面，钢管桩稳固土体的截面受到的惯性矩；Ap为钢管桩的等值计算截面；m为钢管桩与附近崩坡积体的弹性模量比值；n为锚筋束与水泥砂浆的弹性模量比；S2为计算面内所含钢筋桩的数量；b、h为钢管桩的参数；X为计算基准面中和轴至各个微型桩的距离（cm）；AC為钢管桩的断面面积；As为锚筋束的断面面积。根据计算钢管桩加固崩坡积体上产生的最大压力：

公式中：δRRP为计算面处，梅花形布置结构的钢管桩加固崩坡积体上产生的最大应力；N为计算面处，梅花形布置结构的钢管桩加固崩坡积体上产生的垂直力；M为计算面处，梅花形布置结构的钢管桩加固崩坡积体上产生的弯矩；y为计算基准面中和轴至计算基准面边缘的距离（cm）[4]。

（2）砂浆与钢筋上的压应力计算。公式中：δR为产生在砂浆体上的力；δca为砂浆体的压力设计值；δsc为产生在锚筋束上的压力；δsa为锚筋束的压力设计值[4]。

（3）钢管桩设计参数的确定。钢管桩设计参数为计算面以下必须的锚固长度LRO与计算面以上长度L0相加。

，计算式中：τro为钢管桩与计算面以下基岩黏结力的值；D为钢管桩的直径[4]。

3.3  微型钢管桩造孔工艺

3.3.1  施工前准备

所需材料包括锚筋束：锚筋束杆体的材料应按设计图纸的要求选用，钢筋质量应满足图纸和规程规范要求使用前应进行相关的试验检测，满足要求后方可使用[7]；水泥、骨料：水泥使用前应经过检测和试验确定，水泥的强度等级应不小于P.O42.5的普硅水泥，砂浆中的砂应采用粒径小于2.5mm；施工设备：根据现场施工条件，QZJ-100B潜孔钻机钻孔，注浆采用JB-200型号注浆机进行注浆。

3.3.2  测量放线

测量放线前应勘察现场，确认现场施工条件；严格按照设计图纸进行放样，确定钢管桩的钻孔位置和方向。

3.3.3  微型钢管桩钻孔

先搭设钻机操作平台，在潜孔钻QZJ-100B型钻机采用90型偏心钻头，当钻头到达指定开孔部位后，开启钻机后，偏心钻头随着钻机转动张开，偏心钻头成孔孔径大套于钢套管直径，钢套管在管靴拉动中随钻头的前行，可实现钢套管跟进保护孔壁成型。当钻至设计深度后，需要将偏心钻头同钢套管分离，此时反方向旋转转机转动方向，偏心钻头收缩从钢套管中分离，钢套管留在孔内作为钢管桩钢管，并起到护壁作用。钢管桩分两序跳桩施工，以避免相邻孔位相互影响[8]。钻具组成包括：套管、管靴、潜孔锤冲击器、偏心钻头、空心钻杆。

3.4  锚筋束安装、注浆施工

单根钢管桩横断面图如图3所示。

（1）钢管桩钢管需在管壁开孔，开孔每间隔30cm开一个直径为15mm的圆孔，孔采用梅花形布置[2]。

（2）注浆管管端切成斜楔状，用细铁丝绑扎在锚筋束上，随其一起下入孔底。锚筋束外侧焊接定位钢筋支架，确保锚筋束居中。

（3）钢管桩采用先安装锚筋束后注浆的方式施工。钢筋束安装采用人工配合25t吊车进行，注浆前，将孔口用水泥砂浆进行封堵严密后进行注浆，钢管桩采用孔底返浆法注浆，钢管与孔底留10cm深空隙，压浆先稀后浓，根据吸浆量调整水灰比，最后用浓浆封闭，以保证压浆密实，注浆前采用堵浆材料封孔，堵塞长度根据实际压力调整，以保证孔内砂浆充填密实，注浆压力0.3～0.5MPa，终止压力0.5～0.7MPa，稳压5～10min，孔口进浆管注浆，回浆管返浆。

（4）注浆完成后应观察砂浆向崩坡积体的渗漏情况，出现渗漏应及时进行的补灌，避免由此引起密实度不满足质量要求。

4 质量控制

4.1 工程质量控制标准

微型钢管桩施工质量，执行《水电水利基本建设工程单元工程质量等级评定标准》，误差范围允许见下表1。

4.2 施工质量控制

4.2.1 结构材料质量

锚筋束、钢套管：施工时应按批次对钢筋材料质量证明书进行检验，按设计图纸要求的标准与规范要求抽检数量检验钢筋的性能，满足要求后方可使用。

4.2.2 锚筋束焊接质量

焊接作业前焊工应持证，焊接前应先对其进行培训考核，合格后上岗。焊接作业时应严格按照工艺要求进行焊接，同时应注意控制好锚杆的变形。每条焊缝尽量一次成型，在进行多层焊接时，焊间接头应错开，完成后需根据设计工艺要求，选择合格焊条进行焊接，按规范进行焊接工艺评定。

4.2.3 造孔及注浆质量

严格控制钢套管和钻机之间的配合使用，避免因钢套管安装不牢靠，在钻孔中损坏钢套管，影响成孔质量。同时应正确安装满足设计要求的注浆管，采用孔底返浆法注浆，根据岩层情况适当进行超灌，以保证孔内砂浆充填密实。

5 安全措施

（1）现场作业和管理人员，必须进行交底和培训，对现场存在的安全隐患进行排除，同时需对操作规范进行安全交底，使现场的人员熟知和遵守安全技术操作规程，培训考核合规后方可上岗作业。特种作业人员要持证上岗，定期培训考核。

（2）認真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，结合施工现场的实际情况和工作面的特点制定安全保证措施，并配置兼职安全员和专职安全员在现场进行安全生产管理，明确各级人员的职责，抓好安全生产。

（3）施工人员班前要对设备进行全面的安全检查，机械设备严禁带“病”运行；施工现场必须时刻按照规定穿戴安全帽、安全带等防护用品；现场临时用电及故障排除必须由专业电工负责，严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》其它施工人员禁止盲、误、乱操作。

（4）从事切割、焊接工作时应远离易燃、易爆物品， 氧气、乙炔瓶应相距15m以上，且周围5m范围内必须配备灭火器，切割、打磨、焊接过程中要正确佩戴防护用品，严格按照《建筑消防安全操作规程》施工。

6 结语

杨房沟水电站旦波崩坡积体采用的微型钢管桩施工技术，能够保证在地质条件较差的情况下的造孔成孔率，提高了施工速度，带来了良好的工程效益。可推广应用在地质条件较差，成孔难度大的崩坡积体治理、滑坡治理、地基加固等工程。

参考文献

[1] 王云升，秦方田，田湘甲，等.松软地层中抗浮锚杆跟管工艺的应用[J].工程技术研究，2020，5（21）：45-46.

[2] 王海波.隧道管棚跟管施工技术[J].建筑技术，2020（10）：30-31.

[3] 高晓刚.洞桩法导洞中微型钢管桩施工技术及应用研究[J].建筑监督检测与造价，202215（2）：27-32.

[4] 魏海宁，殷亮，黄熠辉，等.微型钢管桩与锚拉板联合加固旦波崩坡积体变形区的设计方法[J].四川水利2019（4）：48-51，56.

[5] 牛世平.框架预应力锚杆联合微型钢管桩新型支护结构应用[J].施工技术，2019（11）：137_140.

[6] 王艳娇.不良地质锚索造孔套管跟管钻进施工技术[J].云南水力发电，2022（3）： 26-28.

[7] 朱贵平，曾庆贺，李国亚.古崩塌体中超大隧洞支护关键技术[C]//2019水利水电地基与基础工程新技术—中国水利学会地基与基础工程专业委员会第15次全国学术会议论文集.中国水利水电出版社，2019：143-148.

[8] 胡海峰.潜孔锤跟管钻进技术在矿井注浆工程中的应用[J].煤矿安全，2018（S1）：46-50.