矩形抗滑桩旋挖钻引孔辅助人工开挖技术

刘永明， 杨 帆，郭 霞， 李建波， 罗 凯， 王 旭

(1. 成都天府新区建设投资有限公司，四川成都 610000；2. 四川省地质工程勘察院集团有限公司，四川成都 610072；3.成都市城市地下综合管廊监管服务中心，四川成都 61000)

抗滑桩具有抗滑能力强、支护效果好、对滑坡稳定性扰动小、桩位灵活等优点，是山区滑坡治理中最常用的措施[1-4]。抗滑桩桩身截面形式有圆形和矩形两种。郑百录等[5]研究了矩形和圆形两种抗滑桩型在高速公路填方路基中的受力特征，结果表明：矩形截面抗滑桩提供摩擦拱和支撑拱作用，而圆形截面抗滑提供联合拱作用。李贤等[6]通过对比两种抗滑桩型的受力特征，认为就抗滑效果来说矩形截面桩比圆形截面桩更好。目前抗滑桩成孔方式主要有人工挖孔和旋挖成孔。人工挖孔适用于地质条件较好的黏土和粉质黏土，或含少量砂砾石的黏土。圆形截面桩和矩形截面抗滑桩均适用，但安全风险大和效率低[7]。旋挖成孔适用于包括岩石层的各类地层，适用于圆形截面桩，若用于矩形截面抗滑桩，则需配合人工或机械扩孔，功效相对较低[8]。

1 矩形抗滑桩成孔工艺及问题

目前公开文献中对于旋挖钻开挖矩形抗滑桩主要有两种工艺。

1.1 工艺一

秦亮等[9-10]在黄土地层中先用小口径钻头周边取土，然后大口径钻头中间取土，最后用矩形修边器修边。这种工艺存在的问题有：

(1)钻头重叠区域钻进时会不可避免地出现偏斜现象，导致钻进垂直度难以把控，抗滑桩中心偏位。

(2)矩形修边器修边适用于土质地层，对于含块石地层容易出现超挖甚至坍孔现象，并且对于基岩地层修边难度非常大，基本切不动。

(3)由于开挖过程中没有进行支护，对于地层自稳性要求较高。

1.2 工艺二

用大口径钻头重叠开挖出大致的抗滑桩孔，再用人工修孔，再将超挖部分用混凝土回填，但这种工艺存在的问题有：

(1)钻头重叠区域钻进时会不可避免地出现偏斜现象。

(2)超挖量会比较多，后期填补混凝土方量较多，造成较大浪费，不经济。

因此，针对本工程基岩层矩形抗滑桩快速施工技术展开了研究和改进，在本工程项目中首次尝试运用旋挖钻引孔辅助人工开挖的工艺，同时对比了该新工艺和传统人工开挖矩形抗滑桩的施工成本和施工功效。

2 工程概况

龙泉山脉某公路由于暴雨诱发牵引式滑坡，导致1km道路暂时中断，该滑坡的处置方案为：桩板墙+局部削方减载+截、排水沟等处置方式。其中桩板墙中的抗滑桩桩径为2.0 m×2.5 m，桩芯距5 m，共49根，桩长26 m，抗滑桩桩共计1 274 m。桩身所处地质自上而下为12 m坡残积覆盖碎石土层，14 m中风化泥岩基岩层。受新冠肺炎疫情影响，项目开工时间及进展较原计划滞后，原计划使用传统人工挖孔工艺将无法在汛期前完成对滑坡支挡和治理的任务，有可能会因为雨水量充足引发第二次滑坡。为了缩短工期，最终讨论决定试用旋挖钻引孔辅助人工开挖的新工艺。

图1 龙泉山脉某公路滑坡现场

3 施工方案

3.1 工艺流程

旋挖钻引孔辅助人工开挖新工艺的流程为：测量放样—孔口处理—钻机定位—旋挖机成圆孔—土方回填圆孔—人工开挖矩形孔—护壁模板制作安装—钢筋笼吊装、固定—导管法浇筑混凝土—成桩养护。

测量放样、孔口平整、钻机定位和护壁安装、钢筋笼安装、混凝土浇筑和常规工序一样，本文不再赘述，仅对开挖步骤详细说明。

3.2 施工步骤及操作要点

3.2.1 旋挖钻成圆孔

根据勘察及设计报告，该滑坡为基岩滑坡，因此在桩孔开挖时主要岩层为：表面残坡积覆盖碎石土层12 m、中风化泥岩基岩层14 m。根据地质资料，进场一台SR360R型旋挖钻机配合钻孔，同时SR360R型旋挖钻钻机配置φ200 cm的小钻头。

首先以抗滑桩中心点钻进直径为2 m的圆形引孔，引孔一次性打到设计桩底高程，开始旋挖时要求必须慢，直到钻头全部进入岩土后才能加快。

3.2.2 土方回填圆孔

因为本地层刚发生过滑坡，地层可能还不稳定，发生二次滑移可能性较大，为了防止坍孔，把已开挖的松散碎石土回填至孔内，不压实。

3.2.3 人工开挖矩形孔

矩形抗滑桩内圆形孔剩余的部分采用人工开挖，粉质黏土、碎石土采用铁锹配合风镐开挖。风化程度高、破碎桩岩石采用风镐开挖，如图2所示。完整性好的滑体基岩和滑床采用水磨钻方式开挖。采用自上而下分段开挖，分段长度为1.0～1.4 m。每开挖一段用混凝土护壁，待强度满足要求后继续开挖下一段。本新工艺和传统人工开挖矩形抗滑桩最大的不同就是对于14 m中风化泥岩基岩层的开挖方式，传统人工开挖工艺是利用水磨钻开挖基岩，而本新工艺是事先利用旋挖钻将基岩层破碎成块碎石，再利用人工开挖块碎石，因此本新工艺的工效相比传统人工开挖工艺提升点主要是对14 m基岩层的开挖效率的提升。

图2 人工开挖矩形截面抗滑桩示意

4 经济效益对比分析及适用性

4.1 人工机械成本

以26 m桩长为例，本工法人工费及机械费仅为传统人工挖孔桩的70 %左右(表1、表2)，经济效益十分明显。

表1 人工挖孔桩桩工法人工费及机械费

表2 旋挖钻引孔辅助人工开挖法人工费及机械费

4.2 施工作业工效

以26 m桩长为例，从钻孔至混凝土浇筑完成，传统的人工挖孔成桩工法耗时77 d，本工法从准备到完工仅需38.5 d，单桩成桩速度较传统方法快2倍以上，管理费节约11 000元。

以49根抗滑桩为整体，按照原计传统人工开挖工艺，全部施工完成需要90 d左右。

采用旋挖钻引孔辅助人工开挖工艺，全部实际施工完成花了60 d。

4.3 方法的适用性

本项目地层主要为上层的残积覆盖碎石土层及下层的中风化泥岩基岩层，地下水涌水量不大，且施工场地较为宽敞。此类施工方法取决于旋挖机对地层的坚硬程度、地质结构的适用性，以及场地的大小。

5 结论

本文依托龙泉山脉某公路滑坡治理工程，对基岩层矩形抗滑桩快速成桩技术进行了研究和改进，旋挖钻引孔辅助人工开挖的新工艺能较好地运用于岩层矩形抗滑桩快速成桩中，研究结果表明：

(1)该新工艺较传统人工成孔进度提高效率约30 %。

(2)并且旋挖机成孔时相当于地质超前预报，能够确保施工安全。

(3)该新工艺适用性取决于地层的坚硬程度、地质结构及场地的大小。