蠕动滑坡体上旋挖施工抗滑桩技术应用

林思波， 龙 波， 马继峰， 施 源

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川成都 610072)

1 工程概况

本抗滑桩工程项目位于阿坝州理县古尔沟镇境内，名称为国道317线狮子坪电站改线公路沙坝路段应急抢险治理工程4#滑坡应急处治项目。K231+509～+599段路基局部发生变形垮塌形成滑坡(以下简称“4#滑坡”)，为尽快恢复4#滑坡范围内道路通行及保证坡脚安全，急需对4#滑坡进行应急加固。设计单位对该垮塌段设计的抗滑桩加固方案为：

采用桩基承台挡墙对K231+509～K231+599垮塌段路基进行恢复，抗滑桩采用D=2.5 m，桩间距5 m，桩长35 m、38 m、40 m，共计抗滑桩18根。抗滑桩桩长可根据开挖情况动态调整。桩顶设置系梁连接，桩基钢筋伸入系梁1.5 m。

2 技术方案

2.1 旋挖施工抗滑桩目的及特点

本项目抗滑桩属于深孔嵌岩桩，设计嵌入岩体深度20 m，其覆盖层极厚(20～26 m)，且属于大直径嵌岩桩，地层以松散碎石土为主，孤块石含量多，易塌孔，如采用旋挖泥浆护壁施工将加剧滑坡体下滑，诱发二次滑坡，故需采取“干钻法”钻孔施工，覆盖层段采取跟进护筒的措施；如采用传统的人工挖孔法，在成孔过程中，其安全风险极大，因本次4号滑坡体属于理县沙坝村特大滑坡的子滑坡体，在治理施工过程中在仍然存在蠕动现象，一旦人员进入孔内施工，在地下水及坡体天然蠕动的过程中极易发生塌孔造成安全事故，同时在设计提供的地勘资料显示该部位基岩段裂隙相对发育，基岩中大量夹杂变质砂岩，且强度极高，人工挖孔的进度较慢。在这样的特殊地质条件下如钻孔灌注桩、钻孔使用工艺选择不当或者处理方法不正确，极有可能造成质量事故[1]。故为了保证该部分的抗滑桩尽早完成，满足坡体抗滑要求，该段设计的抗滑桩采用旋挖钻机进行施工，通过下设护筒的方式有效防止覆盖层段的塌孔和持续钻进。

本项目抗滑桩身下设双层钢筋笼，浇筑C30混凝土，钢筋笼下设采用2台履带吊配合下设，一台150 t履带吊车作为主吊进行钢筋笼下设，一台50 t履带吊辅助钢筋笼起身。在钻孔过程中采用宇通牌YT360型旋挖钻机钻孔、三一SY600HD单夹型振动锤、ZYGJ2双夹型振动锤实施钢护筒跟进。

2.2 工程难点

2.2.1 抗滑桩施工工作面平台狭窄

4#滑坡地段施工φ2.5 m、深40 m(局部施工平台不具备下挖条件的孔深约45 m)的抗滑桩，其配备的大型设备主要有：150 t履带吊车(宽7 m、长11.5 m)旋转直径为12 m，其重量为217 t(负荷工作状态)；旋挖钻机重约120 t；但开挖形成施工平台仅8～12 m，这就限制大尺寸、重吨位设备的技术操作范围，致使设备的功效不能全部发挥出来。

2.2.2 地质情况复杂，覆盖层深厚，护筒跟进难度大，易孔斜

钻孔覆盖层深度在20～26 m之间，其中覆盖层为垮塌体，其地层内部结构本身存在滑动、松散，加之地下水的侵蚀作用，松散状态下覆盖层就极易塌孔，采取常规护筒跟进施工时，由于地层中块石、巨石较多，护筒跟进过程中孔壁垮塌的块石、巨石卡在护筒底部阻碍护筒下设；另钻孔进入基岩段后，受地形地貌影响，坡体基岩多为倾倒变形体，内部结构复杂、钻孔情况显示基岩以千枚岩、变质砂岩为主，其中变质砂岩强度极高，当其与千枚岩同时处于钻孔断面时，钻头极易向质软的千枚岩侧偏移，造成钻孔偏斜过大。

2.3 抗滑桩成桩施工工艺

2.3.1 设计原理

抗滑桩对滑坡体的作用是利用抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层对桩的抗力(锚固力)平衡滑动体的推力，增加其稳定性。当滑坡体下滑时受到抗滑桩的阻抗，使桩前滑体达到稳定状态。根据滑体的厚薄、推力大小、防水要求及施工条件等选用钢筋混凝土桩。抗滑桩的布置形式多采用下部间隔、顶部连接的桩排、互相间隔的锚固桩等。桩柱间距一般取桩径的3～5倍，以保证滑动土体不在桩间滑出为原则。

2.3.2 施工工艺选择

本抗滑桩施工采用宇通牌YTR360旋挖钻机干孔钻进，旋挖钻进及护筒跟进全程采用“干钻法”。覆盖层及破碎岩层段采用全护筒跟进护壁。采用双护筒法施工，采用振动锤下沉比设计桩径大的护筒至基岩面[2]，清孔采用清孔掏渣钻头，浇筑混凝采取直升导管法。以此满足施工工期不影响整体工程进度，施工过程中产生较小的振动、噪声，降低对周围建筑和坡体的影响[3]。

2.3.3 成桩施工

2.3.3.1 场地平整

开钻前场地应完成“三通一平”，场地平整采用反挖平整，人工配合，平整后用反挖反复碾压，碾压后再次用旋挖平压，最后在作业平台满铺2 cm厚高强度钢板，以满足钻孔设备的稳定性要求，局部场地狭窄段设备可适当压桩通过或压桩施工。

2.3.3.2 桩位测量放样

采用GPS和DS3级水准仪测量定位、桩位放样，桩位误差小于50 mm，高程误差小于±50 mm。定出桩基中点后，用十字引线将控制点引至桩基四周，以便施工中及时复核桩基成孔中心。

2.3.3.3 钻机就位

采用YTR360旋挖钻机成桩，钻机就位后，调平、对中，确保钻机机身水平、钻杆(钢丝绳)垂直，钻头中心与孔位中心的偏差不得大于20 mm。，其底座和顶端应平稳，在钻进时不应产生位移或沉陷，否则应及时处理。抗滑桩施工过程中采用跳桩施工，具体跳桩距离根据现场情况调整，以提供更稳固的设备平台，同时可防止相邻桩孔在浇筑时串孔。

2.3.3.4 护筒埋设及钻孔施工

准确可靠的钻孔施工作业，对于后期的混凝土灌注质量提升，以及结构安全性保证发挥了重要作用[4]。根据地质特点，本项目采用全护筒(覆盖层段)跟进法成孔，护筒壁厚16 mm，护筒采用φ3.0 m、φ2.7 m 2种规格，钢护筒之间焊接连接，采用振动锤使护筒跟进至稳定基岩内。

先埋设施工φ3.0 m护筒，旋挖施工超前钻进，较护筒深1～2 m，采用旋挖钻头下钻1～2 m掏芯，即刻换填黏土，振动锤实施护筒跟进(φ3.0 m的护筒跟进深度在施工平台以下12 m左右(同一规格护筒在蠕动破体上的阻力太大，有效跟进深度仅12 m左右)，根据地质情况如此循环，直至φ3.0 m护筒跟进深度不再增加；当φ3.0 m的护筒在覆盖层段不再跟进深度时，采用在其内使用φ2.7 m护筒跟进，届时每旋挖1 m进尺，即刻回填高质量黏土，振动锤实施护筒跟进(φ2.7 m的护筒跟进深度在施工平台至完整基岩段,每孔跟进总深度在25 m左右)；已达到振动锤下设护筒时孔壁不坍塌的效果，以此循环直至φ2.7 m护筒跟进至完整基岩段，停止跟进护筒，然后旋挖钻进至设计桩深。

护筒跟进过程中，先采用三一SY600HD单夹型振动锤进行护筒调运和初次振动下沉，待跟进阻力较大致护筒不再下设时换用ZYGJ2型双夹型振动锤进行护筒下设，ZYGJ2型双夹型振动锤具有振动频率高，振动功率大的特点，在复杂地层的振动下设力和起拔力都优于单夹型振动锤，且采用双夹振动锤可变换方位进行振动，对护筒跟进的孔斜控制可有把握，由于该工程使用的护筒长度较长，护筒垂直度控制尤为重要，护筒的垂直度直接关系到成孔的质量和成孔钻进的顺利进展[5]，故护筒下设过程中全程使用全站仪进行测量，及时纠偏。

2.3.3.5 检孔、清孔

钻孔完成后采用清孔捞渣钻头清除孔底钻渣。钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。

2.3.4 桩体钢筋笼施工

2.3.4.1 钢筋笼的制作

钢筋笼制作采用整体加工制作，在胎模上加工。胎模场地须平整，保证胎模水平。钢筋主筋采用套筒连接法、加劲箍筋采用焊接加工成型；在主筋上划加劲箍筋位置线，按图纸标明的加劲箍筋间距，算出实际需要的加劲箍筋根数。加劲箍筋与主筋接触处采用点焊的方法焊接，焊接时必须采用两面施焊，焊缝饱满，不得有烧伤、啃边等现象；采用绕筋机绕筋，相交处焊接；骨架成型后按规定要求加放焊耳筋，呈梅花型布置，确保保护层厚度。

2.3.4.2 声测管安装

按照设计要求布置4根，声测管型号为φ57 mm×3 mm，用φ70 mm×6 mm 的套管连接，确保不漏水。检测管随钢筋笼整体安装，节段间采用套筒连接、焊接，声测管安装完成后，灌水检查其是否漏水；声测管上端高出基桩顶面50 cm，底端距离钢筋笼底部不得超过10 cm。

2.3.4.3 钢筋笼安装

钢筋笼安装采用150 t履带吊和50 t履带吊配合整体安放入孔。孔口采用打梢盘固定钢筋笼，保证钢筋笼居中。

2.3.5 桩体混凝土施工

2.3.5.1 下设导管

混凝土浇筑采用直升导管法，导管内径为300 mm，导管底部距离孔底不大于25 cm。

2.3.5.2 混凝土灌注

混凝土由罐车运至现场后，检测混凝土的坍落度和温度,而后下料至料斗进行灌注。灌注中，每车混凝土灌注完成或预计拔导管前量测孔内混凝土面位置，以便及时调整导管埋深。导管埋深一般控制在2～6 m之间，最小不得小于1.0 m，由于是干孔施工，灌注完的桩顶标高应比设计标高高出0.2～0.5 m。

2.3.5.3 成型后桩头凿除

钻孔灌注桩浇注完成后，可在混凝土初凝后终凝前及时清理桩头超灌注部分。在凿除过程中应休整预留钢筋，不得折弯或热加工处理。

2.3.6 特殊情况处理措施

2.3.6.1 钻孔偏斜

预防措施：安装钻机应稳固、垂直；在有倾斜的软、硬岩层钻进时，应控制进尺，低速钻进。

处理方法：一般偏斜，在偏斜处稳住钻头上下反复扫孔，使钻孔正直；偏斜严重时，回填低标号混凝土至偏斜处，待沉淀密实后重新钻进。

2.3.6.2 浇筑时卡管

卡管主要有2种情况：

(1)由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。

处理办法：用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管。如仍不能下落时，则须将导管连同其内的混凝土提出钻孔，进行清理修整(注意切勿使导管内的混凝土落入桩孔)，然后重新吊装导管，重新灌注。

(2)机械发生故障或其他原因使混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在管内。其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时立即调换备用机械；同时采取措施，加速混凝土灌注速度。

2.3.6.3 钢筋笼上浮

钢筋笼上浮，主要原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，混凝土的灌注速度过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼的重力时所致。为了防止钢筋笼上升，当混凝土表面在钢筋笼底部上下1 m之间时，放慢混凝土灌注速度，浇注速度一般控制在0.2 m/min。同时，也可在钢筋笼顶部加置临时配重。

2.3.7 应用效果

国道317线4#滑坡体段抗滑桩工程轴线长90 m，施工的抗滑桩采用D=2.5 m，桩间距5 m，桩长35 m、38 m、40 m，共计抗滑桩18根。基本所有孔都采用内、外双护筒的施工工艺，且为“干钻法”施工，成功克服了蠕动滑坡体上易塌孔，覆盖层深厚时不成孔的问题，内护筒最大跟进深度26.5 m，目前本工程已完工，在桩身完整性检测过程中，所有的抗滑桩检测结果均为I类桩，其施工质量得到了保证，缩短了工期，间接地降低了施工成本。

3 技术总结

(1)蠕动滑坡体上采用旋挖施工抗滑桩，在加快施工进度的同时避免了人工挖孔中易发生的安全风险。

(2)旋挖施工深厚覆盖层的抗滑桩如采用同一种规格的护筒施工，其护筒跟进深度受到地层挤压、摩擦阻力的影响大多数跟进深度不足，护筒以下到基岩段仍易发生塌孔，制约了工期也增大了混凝土的损耗。

(3)旋挖采用双护筒工艺可有效避免覆盖层段的塌孔现象，节省桩身混凝土灌注量，但是2种规格的护筒直径不宜偏差太大，否则内护筒段易发生孔偏斜严重的情况。

(4)在蠕动的坡体山跟进护筒施工过程中，覆盖层段要在新钻进的孔深部位回填黏土，防止振动跟进护筒时孔壁塌落孤石卡在护筒底部阻碍护筒跟进。

(5)护筒对接焊接过程中要进行护筒内外面双面焊接并沿护筒周身全线满焊，以抵抗地层中孤石体对护筒对接部位形成的挤压破坏。

4 社会经济效益

通过在蠕动滑坡体上“双护筒干钻法”抗滑桩施工技术研究，并结合工程实践，不断调整优化钻孔工艺，确保工程安全和质量的情况下，经实际工程应用和经营总结，取得效益。

4.1 工期效益

原本设计的抗滑桩工期需40天，而通过采用旋挖钻机双护筒跟进施工后，节约了11天工期，为后期路基施工争取到了更多的宝贵时间，对国道317线顺利通车起到了极大的作用。

4.2 社会效益

相对于传统的泥浆护壁施工工艺、人工挖孔工艺，单一护筒旋挖施工工艺，采用旋挖钻机双护筒跟进、黏土回填预防塌孔的施工方法，可以减少因覆盖层段塌孔对工期的耽误，也可有效控制孔径，有利于抗滑桩的成桩质量和避免蠕动坡体的二次滑坡，减少扩孔造成混凝土材料超方的费用，该技术可在类似滑坡体施工中借鉴应用。

5 结束语

本应用仅对蠕动坡体上旋挖钻机施工抗滑桩的工艺在理论分析和实践生产上进行了多方面的试验与总结。整个抗滑桩施工的研究取得了我们理想的效果，但在工期进度和资源优化方面仍然有很大的改进空间，希望本应用在以后类似的工程中起到借鉴价值或者提供一定的参考。