回转取芯钻技术在人工挖孔桩基岩开挖中的应用

摘 要：以金沙江向家坝水电站库区四川省宜宾市屏山县锦屏镇迁建新址高切坡治理工程为例，阐述回转取芯钻技术在人工挖孔桩基岩开挖中的应用，并对在运用该技术过程中如何根据特殊施工环境、满足设计要求、采取保证施工质量和安全的各项措施进行总结。

关键词：回转取芯 基岩开挖 应用

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-003-02

1 工程概况

1.1 工程地理位置与交通状况

四川省宜宾市屏山县锦屏镇迁建新址高切坡治理工程位于锦屏镇新址区的南西部，为四川省屏山县锦屏镇新址迁建红线内三地块高切坡和红线外移民过渡安置房高切坡的滑坡加固治理工程。宜屏公路在场区下通过，交通便利。

1.2 工程地质概述

高切坡区第四系松散堆积物主要为残坡积物（Q4edl），下伏基岩为侏罗系中统遂宁组（J2sn）地层：

Q4edl：厚度3.1～19.3m，成分复杂，表层0.5m为灰黑色耕植土；下部为红褐色、棕红色、灰褐色、灰绿色粉质粘土及粉土夹碎石，碎石含量为5%～20%，夹有大块石（孤石含量30～35%）。土体含水性和透水性较好。

J2sn：紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹少量粉砂岩及细砂岩，一般含钙质，相对上部覆盖层为相对隔水层。

新址区地下水类型主要为第四系孔隙水，部分通过基岩风化卸荷裂隙向下渗入，另一部分则以泉水的形式在坡面排出。地下水埋深浅，一般为1.40～2.60m，地下水动态季节变化明显。

覆盖层与基岩层接触面为地下水活跃带，易形成软弱带，构成潜在滑移面，在上部土体和水压力作用下，可能沿岩土分界面滑移。

1.3施工环境概况

屏山县锦屏镇迁建新址在施工开挖过程中，红线内三地块高切坡区发现地表裂缝并有滑移变形趋势：（1）11#楼（ZA型桩侧）东南侧墙脚散水被挤压破坏；（2）路堤墙（ZA型桩侧）开裂和位移；（3）路肩墙（ZB型桩侧）有4处开裂变形；（4）8幢楼（ZC型桩侧）内部发现数条裂缝。

红线外过渡安置房高切坡也发现地表裂缝并有滑移变形：3幢、4幢、12幢后山坡（ZD型桩后边坡）出现有拉裂缝。

1.4 工程设计概况

在红线内三地块高切坡，对高切坡变形体采用抗滑桩结合坡体深部排水综合治理措施。在11#楼与8幢之间高切坡设置三排抗滑桩进行加固（从下至上分为ZA、ZB、ZC型抗滑桩），深部排水孔在原高切坡挡墙位置，并伸入坡体内部。其中ZA型抗滑桩9根，设计桩体长度11m；ZB型桩25根，设计桩体长度23m；ZC型抗滑桩11根，设计桩体长度28m。ZA、ZC型桩体截面尺寸为2m5m，ZB型桩截面尺寸为2m。

在红线外过渡安置房高切坡，对高切坡采用桩板式挡土墙（ZD型桩）结合坡体排水系统综合治理措施，桩板式挡墙布置在滑坡的前缘。ZD型抗滑桩27根，设计桩体长度为16m，型桩截面尺寸为2m。

2 人工挖孔桩施工方案选择

（1）覆土层土方开挖。桩孔覆土层人工开挖，其中孤石开挖采用人工錾凿改小开挖，此处不再赘述。

（2）基岩开挖。基岩开挖分为强风化层开挖和中风化层开挖。

（3）强风化层基岩开挖。强风化层基岩开挖采用风镐开挖，此处不再赘述。

（4）中风化基岩开挖。中风化基岩主要为紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹少量粉砂岩及细砂岩，含钙质，故开挖拟采用以下两种施工方案。

方案一：风动凿岩机钻孔爆破开挖。

优点：进度快，劳动强度小，成本低，技术成熟。

缺点：对孔壁基岩和土体扰动过大，断面尺寸较难控制，超挖量较大，桩体混凝土工程量增加；周边房屋或挡墙距桩孔很近，对房屋或挡墙地基有较大影响，可能发生孔体垮塌，加剧房屋主体或挡墙变形；桩孔深度较大，地下水位较高，至使装药、塞孔、连接电雷管导线等爆破作业难度增加，加大施工安全隐患。

方案二：回转取芯钻技术开挖。

回转取芯钻技术开挖，即采用钻孔取芯机在桩孔周边开挖线钻孔取芯，使桩孔周围形成空心槽，然后在桩孔中心部位采用凿岩机打孔，实施松动爆破，然后用卷扬机将石块运出孔外。或采用风镐将空心槽间岩体破碎改小，利用卷扬机将石块运出孔外。

优点：对基岩和成型土层孔体的扰动小；对房屋地基的影响几乎为零；开挖断面尺寸较易控制，成孔齐整，超挖量较小，只增加少量桩体混凝土工程量。

缺点：进度较慢，劳动强度大，成本较高。

根据以上两种施工方案特点，为最大限度满足设计意图，并结合本工程实际的施工环境，本工程采用了第二种施工方案即回转取芯技术进行基岩中风层开挖，采用风镐将空心槽间岩体破碎改小，利用卷扬机将石块运出孔外。

3 机具加工和钻具的选择

卷扬机架采用 505钢管，根据卷扬机自重和额定荷载、桩孔断面形状尺寸等进行核算，在每个桩孔井圈混凝土强度满足承载要求后进行搭建。为保证施工安全，卷扬机架为固定式。每2个桩孔（或3个桩孔）配备1台4kw电控卷扬机、1台三相5.5kw立式回转取芯钻机和1台风镐，根据桩孔开挖工艺要求进行两序（或三序）流水作业，以提高施工进度和机械设备效率。钻机取芯筒直径为108mm，长度为650mm，有效钻孔深度500mm以上。

4 施工技术和方法

（1）清理取芯切割基面：桩孔人工开挖至中风化泥岩后，清理基岩开挖面，不能留有浮碴，并校正桩孔轴线和开挖边线。

（2）安装水管路和安装钻孔取芯机：基面清理完毕后，用卷扬机将钻孔取芯机调入孔内。将钻机取芯筒紧贴钢筋砼护壁面，调整钻机取芯筒的斜率（约为1/5～1/6，保证桩孔开挖断面尺寸，不致缩孔），以备开挖。在操作过程中需用水冷却钻机取芯筒、钻牙和排放钻渣。水管采用15cm胶质软管为宜，由孔外主水管道接入。

（3）钻孔：检查管路、电路、机位处于安全位置和状态，保证孔内操作人员安全防护措施到位，待孔外安全看护人员到位后，开始钻孔取芯。刚开钻时，操作人员应固定好机位，避免孔位偏差，以保证成孔截面，此时应保持慢速，待钻入5-10cm后才能加快速度钻进。

（4）取芯：钻孔深度一般为58mm左右，钻进过程中，冷却水适量，过多则孔底排水困难，过少则磨损钻具，若钻具温度过高，会影响钻进效率。钻孔到位后，用倒顺开关退出钻具，取出岩芯，进行下一钻孔取芯。

（5）劈裂切割：沿桩孔护壁内沿一周钻孔取芯后，桩孔中心基岩呈环岛型，四周均有劈裂切割临空面。然后采用风镐进行人工劈裂，将劈裂石块吊出孔外。

（6）清理下一基面进入下一开挖循环。

5 施工质量和注意事项

（1）钻进角度的控制。

在钻进取芯过程中，钻进角度由操作人员掌握，其角度与护壁内壁的倾斜度和单循环钻进长度有关，若掌握不好将出现超挖或欠挖，影响成孔形状和桩芯砼浇筑质量。

（2）校正桩孔轴线、清理欠挖。

每一开挖循环完成并清理基面后，重新校正桩孔轴线，划定桩孔最小开挖边线，若发现上一循环存在欠挖的情况及时进行修正。

（3）缩短基岩暴露时间，防止岩壁风化。

该工程部分桩孔深度近30m，桩身锚固段大于10m，需进行20个开挖循环才能满足设计要求。单孔基岩开挖时间至少需用15日以上，开挖好的岩壁须刷水灰比为0.5的水泥浆，防止岩壁风化。为防止桩孔长期被雨水浸泡，雨季施工需安排专人负责桩孔抽排水。

（4）及时浇筑砼。

成孔后的桩孔应及时进行孔槽验收、安装钢筋笼、浇筑砼，避免桩孔长时间暴露，防止孔壁变形、垮塌和水蚀风化，以保证桩体承载力。

6 施工安全

（1）岗前教育培训。对准备上岗的操作人员进行安全教育和操作技能培训，明确施工安全要点、安全防护措施、孔内操作危险源等。

（2）施工变形监测。在桩孔井圈混凝土上设置监测点，每天对每一监测点测量一次，及时采集数据，分析数据，作到对每一孔的岩层变化情况都心中有数。出现危险情况应及时撤离施工点。

（3）清理孔口。在进行钻孔取芯时，孔口需派专人看护。并及时清理孔口，距桩孔边缘5m以内不有任何杂物，理顺管路、线路。

（4）定期检查和维护孔口安全防护架以及吊装机具设施。

（5）作好施工场地内排水工作，防止雨水倒灌入孔内。

7 结语

本工程桩体基岩锚固段开挖采用回转取芯钻技术开挖方式，对抗滑桩周围地层扰动最小，最大限度的满足设计要求，并在雨季圆满完成该工程的应急抢险施工。经过对桩体超声波完整性检测及工程竣工后两个雨季桩体变形监测的数据分析，桩体结构完整性合格，桩移量符合规范和设计要求，解除了整个四川省屏山县锦屏镇新址区的滑坡警报，获得了良好的社会效益，对以后类似的工程具有一定借鉴意义。