徐小兵 黄玉生
(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)
某边坡治理工程中微型桩成孔工艺对比分析
徐小兵 黄玉生
(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)
为了取得良好的微型桩成孔效果，在某边坡治理工程中，对不同微型桩成孔工艺进行了对比分析，结合工程情况对大功率钻机成孔工艺进行改进，结果表明采用改进工艺可以达到微型桩快速高效成孔的目的，对类似工程施工具有一定参考价值。
边坡治理，微型桩，成孔工艺
0 引言
微型桩是指桩径在70 mm～250 mm、长度小于30 m的强配筋和压力注浆工艺成桩的钢筋混凝土就地灌注桩。作为一种小直径的灌注桩,其具有所需施工场地相对较小、布桩方便灵活等特点,起到提高地基土的承载力，限制桩间土的侧向位移的作用[1]。目前已广泛应用于地基处理、深基坑开挖支护及边坡稳定处理等岩土工程领域[2]。由于各地区地质情况及工程场地条件差异，微型桩成孔工艺也有所不同，本文通过在陕北某电厂边坡治理工程中,坡脚挡墙微型桩加固施工中,对比两种施工工艺，并结合工程地质情况改进了施工工艺,达到了良好的微型桩成孔效果。
1 工程概况
陕北某电厂场地西侧边坡及主厂区西侧边坡整体上为一个边坡，近南北走向，坡顶标高约940 m～941 m，坡脚标高由南侧的930 m逐渐降低到北侧的912 m，南北长约700 m。坡脚西侧紧邻公路，公路临边坡一侧设重力式浆砌片石挡土墙，墙高6 m～8 m，墙后回填土石，回填高程在917 m～920 m之间，与电厂边坡坡脚最窄处约20 m(边坡北端)，边坡高度自南向北逐渐增高，坡高约20 m～22 m，基本为松散填方。
该边坡原填方坡率1∶1～1∶1.25，局部1∶0.8。依据厂区建筑物布置规划图，在坡顶平台西侧一线，将布置综合办公楼、厂区道路等主要设施，由于坡顶上部建筑物基本采用桩基础，其桩端持力层为砂岩或泥岩，建筑物荷载基本传递到基岩层，厚层填土区除了自身重量外不至于增加更大荷载。考虑放缓边坡使其达到自然稳定坡率，然而坡脚堆载则要增加坡脚挡土墙墙后土压力，极有可能对既有挡土墙的安全带来不利影响甚至出现破坏。因此，本边坡治理工程对该高填方边坡采取坡脚支挡、坡体预加固的工程方案。
2 工程地质和水文地质条件
根据勘察资料，该区地层岩性从上到下依次为：
①素填土：为场地整平过程中形成的填土，厚一般6 m～25.5 m，灰黄色～杂色，以灰黄色为主，稍湿，松散～稍密。成分比较复杂，岩性以黄土、风化基岩碎块为主，结构疏松，主要分布在场坪回填时的沟壑部位，呈欠固结状态。
③泥岩(P2)。
③-1强风化泥岩，褐红色，泥质胶结，胶结程度弱，风化裂隙很发育，结构大部分破坏，呈碎屑状，属巨厚层，为极软岩，场区内均有分布。
③-2强风化砂质泥岩，灰绿色，泥质胶结，胶结程度弱，风化裂隙很发育，结构大部分破坏，呈碎屑状，属薄夹层，为极软岩，含粘土矿物，主要为蒙脱石，具胀膨性。
场地地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和风化基岩裂隙水;场区内地下水的补给、排泄条件，因各含水层分布范围、埋藏赋存条件、水化学作用的不同而有所差异。第四系黄土层潜水多分布在梁峁处，大气降水是唯一的补给来源，由于受地形地貌控制，当即补给，当即排泄，径流途径短，交替循环迅速。基岩风化裂隙水除接受大气降水补给之外，在沟谷地带还接受地表水及不同类型地下水的补给，流向受地形影响，一般由高向低径流，以泉的形式向西侧低洼处排泄及向下渗入下伏岩层。
3 边坡加固方案
本治理工程采用边坡锚固加固，坡脚混凝土挡墙+微型桩支挡方案，如图1所示。
其中坡脚加固方案为：在坡脚设置C20混凝土挡墙，高1.5 m，墙背垂直，胸坡1∶0.35，顶宽0.8 m，墙身预设泄水孔，孔后设砂卵石反滤层；为增强挡墙基础的承载力，基础采取钢管桩群补强处理，挡土墙坐落于微型桩承台之上。
微型桩桩径150 mm，横向间距1.0 m，纵向间距0.6 m，桩长9.0 m(桩底深入基岩内)；孔内插入φ60钢管，钢管外围均匀点焊3根Φ25螺纹钢筋，灌注M30水泥砂浆。桩顶由钢筋混凝土承台连结，连结承台15 m为一段，其间设置伸缩缝，承台截面尺寸为0.4 m×2.0 m，采用C25混凝土现浇。外侧一排微型桩伸入桩顶承台0.4 m，内侧两排微型桩伸出承台1.0 m，浇筑于承台顶C20混凝土挡墙内。
本治理工程在A-B，C-D，D-E，E-F治理段共计布置1 311根微型桩。
4 微型桩成孔工艺
根据勘察资料显示，施工场地内素填土结构疏松且存在湿陷性黄土层，微型桩成孔采用干成孔工艺。
考虑到施工场地工程地质条件、设计方案的要求，将边坡分为2个微型桩施工区段：Ⅰ区段为A-B，C-D段，Ⅱ区段为D-E，E-F段。
根据两区段工程量及工期进度要求，本工程投入2台100B型潜孔钻机、1台SM-21型锚杆钻机，1台13 m3的空压机，以提高钻孔效率与施工进度；并对两种微型桩成孔工艺进行效果分析。
4.1 100B型潜孔钻机成孔工艺
边坡Ⅰ区段钻孔揭露土层以灰黄色素填土为主，稍湿、松散～稍密。填土成分比较复杂，岩性以黄土、风化基岩碎块为主。该区段坡脚紧邻厂前道路，微型桩施工场地狭小，可操作空间宽度不足3 m。常用100B型潜孔钻机具有体积小、结构简单、重量轻、移动方便等特点，满足场地施工要求，因此采用100B型潜孔钻机进行该区段微型桩施工。
钻孔成孔配备13 m3空压机1台；钻机配备φ50×1 000 mm钻杆，φ130风动潜孔锤，可向下成孔深度20 m，满足施工要求。
1)场地平整及铺设脚手架。施工前，利用小型装载机及人工完成场地清理，达到基本平整。然后在地面铺设脚手架，以用作固定钻机，为钻机提供钻进压力，同时可确保钻机在工作中保持稳定。
2)钻机就位。钻机通过人工在铺设好的脚手架平台上进行位置调整，就位后用地质罗盘校正钻机开孔角度，调试钻机对中钻孔，确认钻机架设无误后将钻机与脚手架连接固定。
3)成孔及清孔。钻孔成孔采用100B型潜孔钻机配φ130风动潜孔锤，通过空压机风动冲击、钻机动力头回转钻进成孔。该施工工艺由潜孔锤依靠冲击动能将孔内岩土体破碎，通过钻机回转研磨破碎岩土层成细粉，岩粉由孔底高压风带出钻孔，完成排渣。钻机竖向给进动力可由液压缸提供，但为保证钻孔垂直度，施工中采用无压给进方式，仅依靠潜孔锤冲击及钻机自重进行钻孔成孔作业。
钻孔清孔主要靠该钻孔达到设计深度以后，用0.4 MPa的高压风冲孔，清除孔内岩粉。
该施工工艺虽然灵活方便，但在施工中出现钻孔垂直度偏差超标，松散地层孔内塌孔，局部碎石卡钻等问题，钻孔成孔质量、成孔可靠性受到较大影响，由于钻机移动不便等因素，成孔速度一般。
4.2 SM-21型锚杆钻机成孔工艺
边坡Ⅱ区段钻孔揭露土层主要为素填土、粉质黄土，局部揭露泥岩。该区段土体含水率由北向南逐渐增大，根据现场查看，南段区域局部存在少许地面积水。该区段微型桩施工区域距离公路挡墙较远，施工场地较大，可进行大型设备施工。该区段微型桩工程量大，是影响施工进度关键点。由于该区段地质条件复杂，同时考虑施工进度要求，采用SM-21型锚杆钻机。该钻机为履带钻机，设备移动快，功率大，具有钻孔成孔速度快，成孔精度高等优点。钻机配备半螺旋钻杆，钻杆长度3 m，成孔孔径满足施工成孔要求。
1)场地平整。
该区域施工前采用大型装载机完成场地清理平整。
2)钻机就位。
进行钻孔测量放线，在钻孔位置插入筷子定位。钻机移至钻孔位置，通过操作台控制钻机移动，将钻头粗对中钻孔，放下履带前部液压支腿，固定钻机，然后通过控制钻机塔架摆臂前后上下移动，垂直准确对中钻孔，快速完成钻机就位工作。
3)成孔及清孔。
Ⅱ区段中部存在地表错台，南段平台土层含水率比较高，北段平台土层含水率比较低。SM-21型锚杆钻机成孔施工采取分段施工。
在南段平台微型桩施工中钻机采用低转速、大扭矩成孔方式，通过降低转速，半螺旋钻杆直接将湿润土体向外挤压成孔，多余渣土在钻杆螺旋内逐渐压实。待钻至设计深度后，持续低速旋转数分钟，然后提钻。提钻过程中避免钻机摆动、钻杆转动，防止螺旋内的压实渣土掉落孔底，影响成孔质量。钻孔施工如图2a)所示。使用该工艺钻孔一次成孔，成孔速度快，孔内壁光滑，塌孔现象较少。
在北段平台微型桩施工中，最初采用低转速、大扭矩成孔方式。由于该区域揭露的粉质黄土、泥岩含水率低，在半螺旋钻杆接手处出现岩粉聚集现象，在大扭矩研磨下，钻杆与干燥土体摩擦产生高温，接手处钻杆研磨严重，出现钻杆断钻。且在成孔后提钻时，渣土容易掉落，钻孔出渣率低，严重影响成孔质量和施工进度。
分析可知出现该状况主要原因是该区段土体含水率变化导致原施工工艺无法完成钻孔排渣工作，需要对施工工艺做出调整；由于施工工期紧，在不改变现有施工设备的前提下，现场将半螺旋锚杆钻机与空压机组合进行成孔试验。试验孔成孔作业如图2b)所示。
该改进工艺，将半螺旋钻具成孔与高压风排渣相结合，钻机同步调整为高转速模式，孔内将土体高速研磨成粉，高压风快速排渣，成孔速度大大提高，孔内沉渣极少，改进工艺成孔效果显著。
5 结语
本边坡治理工程中微型桩成孔受到场地条件、地质条件、工期等因素影响，首次采用了SM-21型锚杆钻机进行微型桩成孔工艺，对比常规潜孔钻机成孔工艺，具有钻孔成孔质量高、成孔速度快的优势；同时根据场地地质条件变化情况对SM-21型锚杆钻机成孔工艺进行了改进，采用半螺旋钻具成孔与高压风排渣相结合的工艺，成孔速度显著提高，确保了微型桩成孔质量，降低了钻机设备的磨损，对类似工程微型桩快速成孔具有一定的参考价值。
[1] 杨 波.微型桩在青银高速公路(河北段)沉降病害治理中的应用研究[D].西安:西安科技大学硕士学位论文,2014.
[2] 张 峰,尹改梅.微型钢管桩在高填方基坑边坡支护中的应用[J].山西建筑,2013,39(28):54-55.
[3] 刘卫民.微型桩挡墙在滑坡治理工程中的应用[J].岩土工程界,2007(2):54-56.
[4] 谢晓华,刘吉福,庞奇思.微型桩在某滑坡处治工程中的应用[J].西部探矿工程,2001(2)：32.
The comparison analysis on micro pile hole forming technology of a slope treatment engineering
Xu Xiaobing Huang Yusheng
(Xi’anInstituteLimitedCompany,ChinaCoalScienceGroup,Xi’an710077,China)
In order to obtain good micro pile hole forming effect, in a slope treatment engineering, this paper made comparative analysis on different micro pile hole forming technology, combining with the engineering situation made transformation to hole forming technology of high power drilling machine, the results showed that using the improved process could reach the goal of micro pile fast and high-efficiency hole forming, had certain reference value to similar engineering construction.
slope treatment, micro pile, hole forming technology
2015-04-09
徐小兵(1987- )，男，工程师
1009-6825(2015)17-0039-03
TU473.1
A
