关于微型工程钻机在抗滑桩坚硬岩石开挖中的应用

论文 关键词 微型工程钻机 抗滑桩 坚硬岩石

论文摘要 通过微型工程钻机在四川省开江县金山寺滑坡治理工程抗滑桩坚硬岩石开挖施工过程中的应用，重点对其施工工艺进行了论述，并通过与传统人工挖孔桩施工的对比分析，指出了微型工程钻机在保障工期、满足环保要求等方面的优势，是以后抗滑桩施工的 发展 方向。

抗滑桩是滑坡治理施工中最常用的抗滑结构之一，由于桩孔断面大，一般都大于1.25m，无法用普通钻孔机械进行桩孔施工，只有采用人工开挖。抗滑桩施工中如果遇到坚硬岩石，靠传统人工施工非常困难，很难满足施工工期要求。滑坡治理工程施工中一般都不允许使用炸药进行爆破开挖，以免爆破产生的强烈震动及冲击波等影响滑坡稳定性及周边建筑物、构筑物的安全。下面结合具体工程四川省开江县金山寺滑坡治理工程介绍微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺。

1．工程概况

四川省开江县金山寺滑坡（a区）采用28根抗滑桩进行加固，各桩多嵌于中风化砂岩，局部嵌于强风化砂岩与强风化泥岩。以基岩（砂岩）面以上为受荷段，以下为嵌固段，各型桩的设计参数见表一。

表一 抗滑桩参数表

桩型

截面尺寸

(m)

数量

(根)

设计桩长

(m)

受荷段长

(m)

嵌固段长

(m)

桩号

ⅰ

1.5×2.0

15

12.5

6.0

6.5

1—12、26—28

ⅱ

2.0×2.5

1

16.0

7.5

8.5

13

ⅲ

2.0×2.5

3

18.5

9.0

9.5

14—16

ⅳ

2.0×2.5

3

13.0

5.5

7.5

17—19

ⅴ

2.0×2.0

6

14.0

6.0

8.0

20—24

由于滑坡一直处于持续变形状态，一旦发生剧烈滑动，势必彻底摧毁整个金山寺寺庙，对国家财产和人民的生命安全将造成巨大损失，其后果不堪设想。鉴于该工程的特殊性，原设计3个月的工期被压缩为40天，按照传统人工施工工艺很难保证工期。

为保证工程如期完工，在桩孔施工中采用了微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺，进行砂岩地层坚石、特坚石的抗滑桩开挖作业，效果非常显著。

该技术是利用微型工程钻机沿抗滑桩孔四壁钻孔取芯，在桩壁形成一道回形凹槽，再使用凿岩机由四周往桩心逐渐破碎而成孔。该技术可以在无爆破震动、无冲击波、无飞石等条件下破碎岩石，具有非常高的安全性和工作效率。

2．钻孔参数设计及方法

根据开挖岩层的物理力学性质及施工条件的不同，在使用不同的微型工程钻机进行钻孔开槽时应选用不同的施工方案及参数。

2.1 工程钻机选择

微型工程钻机的选择主要考虑岩层的物理力学性质及现场动力电类型、吊装设备、操作面大小等具体情况。若现场没有电源，可以选用汽油工程钻机，若桩孔下部需要扩底，则可以选用万向工程钻机。常用的微型工程钻机设计参数见表二。

表二 常用微型工程钻机设计参数表

序号

钻机型号

额定电压

(v)

输出功率

(w)

空载转速

(r/min)

最大钻孔直径

(mm)

整机重量

(kg)

1

z1z-130台式工程钻机

220

1350

1400

130

13.5

2

z3z-160台式工程钻机

380

1500

800

160

32.0

3

z1z-180台式工程钻机

220

2400

750

180

23.0

4

z1z-200台式工程钻机

220

2800

840

200

24.0

5

z1z-200a台式工程钻机

220

2800

940

200

25.0

6

z3z-200a台式工程钻机

380

2200

880

200

55.0

7

z1z(w)-130b万向工程钻机

220

1350

1400

130

38.0

8

z1z(w)-180万向工程钻机

220

2400

750

180

48.0

9

z1z(w)-200万向工程钻机

220

2800

840

200

48.0

10

zqz-250汽油工程钻机

/

3600

916

254

165.0

经过对z1z-180型台式工程钻机（图1）和z3z-160型台式工程钻机（图2）的比选，金山寺滑坡治理工程最终采用了z3z-160型台式工程钻机。该型钻机采用三相异步电动机作为动力，扭矩大、转速稳定、钻孔速度快，并且是采用双速设计，使用范围广泛，钻孔过程中遇到硬度较大的岩石层时可以调节至低速，以较大转矩钻进。

图1 z1z-180 台式工程钻机 图2 z3z-160 台式工程钻机

2.2 钻孔布置设计

对于凿岩机破碎，临空面（自由面）越多，单位破石量就越大， 经济 效益也就越好。采用微型工程钻机钻孔取芯，形成槽形空间，增加临空面，以方便凿岩机对基岩进行破碎。通常采用的开槽形式有“l”型、“u”型和“回”字型，以“回”字型布孔开槽居多，开江县金山寺滑坡治理工程采用的便是这种形式。

图3　常见的钻孔布置形式图

2.3 钻孔参数设计

2.3.1 钻孔孔距

孔距的大小与岩石硬度有直接关系，硬度越大，孔距越小，反之则大；孔距的大小与岩石破碎效果及施工成本有直接关系，孔距越大，破

碎效果越差，成本越低，孔距越小，破碎效果越好，但是成本越高。

根据长期的施工经验，钻孔孔距宜采用0.85d～0.90d（d为钻孔直径）。

图4　钻孔孔距设计示意图

2.3.2 钻孔孔径

钻孔直径与开槽破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于凿岩机充分发挥效力破碎成孔；钻孔太大，不利于工程钻机充分发挥效力取芯开槽。根据长期的施工经验，钻孔孔径宜选为130mm～160mm，金山寺滑坡治理工程选用的钻孔孔径为150mm。

2.3.3 钻孔深度

根据选用的微型工程钻机的单次最大进尺，综合考虑桩孔截面大小对布置凿岩机数量的影响、破碎岩石所需时间等因素，确定钻孔深度。

以四川省开江县金山寺滑坡治理工程ⅲ型桩为例，桩截面尺寸为2.0m×2.5m，设计桩长18.5m，桩孔每米开挖量为5.0m3/m。拟采用每两台z3z-160型台式工程钻机为一个机组同时施工一个桩孔，钻孔孔径150mm，“回”字型布孔开槽，每段布孔72个，钻孔深度0.6m，总进尺43.2m，平均每桩钻进时间约2小时。每0.6m的桩孔开挖凿岩机破碎工程量为3.0m3，充分利用工作面布置4人为一组同时施工一个桩孔，平均每桩每段用时约6小时。

组织成倍节拍流水施工，每两台钻机负责四个桩的钻孔取芯开槽工作。比如1#桩钻孔完成后，依次施工2#、3#、4#桩钻孔，共需时6小时。在这段时间里，采用凿岩机破碎的班组正好能完成本段桩孔的开挖，完成4#桩钻孔后，可以充分利用工作面，立即开始1#桩下一段的钻孔开槽，进行合理的流水作业，最大限度的加快工期。

根据以往统计数据，采用传统施工方式每8小时施工同类岩层深度为0.2～0.3m，而采用微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺每8小时便可完成0.6m桩段的坚石开挖，工效是传统作业方式的2～3倍。

3．结束语

该滑坡治理工程抗滑桩施工中采用以上参数，采用微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺，在无爆破震动、无冲击波、无飞石等条件下破碎岩石而快速成完成抗滑桩孔的开挖，保证了施工安全和工期，取得了较好的效果。微型工程钻机施工成本相对稍高，经测算每立方米坚硬岩石开挖的工程造价约为280～350元，是传统施工方法的1.5～2.0倍。微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺在保障工期等方面具有明显的优势，应该是以后抗滑桩坚硬岩石开挖施工的 发展 方向。