区域地质灾害治理工程中人工挖孔施工方式及施工质量管理研究

2021-11-30李立业邹宗俊

中国金属通报 2021年4期

李立业，邹宗俊

（湖南省地质矿产勘查开发局四0二队，湖南长沙 410000）

1 施工概况

宁远县某区域地质灾害治理工程预算总造价为850万元。主要地层情况有：含碎石粉质黏土、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。滑床为强风化粉砂岩，滑带为全风化粉砂岩与强风化粉砂岩间约1m厚软弱破碎层，滑体为上附全风化泥质粉砂岩与含碎石粉质黏土。主要治理措施为抗滑桩（人工挖孔灌注桩）。施工有44根桩径为2m*1.5m方桩，护壁厚度为20cm，成孔口径达2.1m*1.9m，桩长20m。

该工程采用人工挖孔桩灌注桩的条件：桩孔设计位于山坡，场地施工条件差，林间小道在林木、灌木从中穿插，大型施工设备机械成孔设备难以到达作业面。项目工程位于农村及山区，当地用电不能满足大型机械设备。类似工程成孔方式一般采用人工挖孔成桩施工。

（1）抗滑桩主要施工技术流程为：施工准备（便道修筑、材料转运计划）、桩孔定位及桩位控制、锁口模施工、桩孔掘进与护壁施工、钢筋加工与安装、混凝土浇筑、养护与检测。

（2）施工便道修筑与材料转运：临时便道：桩孔每米土方量为4.56立方，总外运土方将近3200方；水泥、砂石材料转运1000余方；钢筋转运400余吨。如人工运送，将投入大量人力物力，且难以满足施工需求。针对项目材料进场及弃土外运情况，解决材料转运问题是项目运作、经济考量、时效性的一个基础性关键性因素。通过综合考量计划并现场踏勘后修筑一条宽3.5m～4.0m宽简易泥石施工便道，因场地入口处可利用场地有限，简易便道入口处最陡且坡比达1:0.2。

材料运送：综合比对后做出了三套材料转运方案，方案一、小型（30型）装载机在施工时段对水泥、砂石、弃土等进行转运。方案二、采用拖拉机、农用车（小金刚）运输及转运砂石料等材料。方案三、采用履带式山地运输车转运。

结论与建议：施工期为秋冬季节，雨水较少，对道路影响较小，因此在多阴雨天气地区，泥石道路不稳定的地区不建议装载机转运，建议采用履带式运输车作为材料运输转运工具。

2 桩孔施工

2.1 桩孔定位与桩孔尺寸垂直度控制

桩孔放样前对桩孔场地进行平整，地面高度控制在桩顶标高±20公分即可。桩孔为1.5m*2.0m方桩，桩孔放样放四个角点和一个中心点，班组开挖前用钢尺测量放样桩孔尺寸偏差及桩位中心点偏差。确认无误后将开挖角点纵横两向外延0.5m，并用20公分长短钢筋打入地下固定，拉线紧贴地面，作为控制开挖尺寸与位置。随即进行锁口模开挖施工。锁口开挖施工时先开挖桩孔四周土体，预留测设中心点桩位，形成一中心岛，待四周开挖至合适标高，模板拼装并固定后，利用中心点及延伸控制点对模板位置进行有效核对，并满足要求后，再进行中心岛土体开挖，可有效控制状况位置及桩孔的方位角[1-9]。

锁口模拆模后，在孔壁四周中心点涂刷红漆控制点，以四周控制点采用铅锤或红外线激光仪检测下部桩孔偏差与桩孔倾斜情况，并作出后续掘进调整，控制桩孔成孔质量。

2.2 桩孔掘进

掘进方式一：采用短柄锄头，铁锹配十字镐掘井，辅以风动机具凿掘，电动提升绞车作垂直提升工具，箢箕、铁桶作承载运输工具进行施工作业。

主要适应地层：粉质黏土、碎石类土、全风化岩等易掘进地层，该项目工程强风化地层岩体破碎，并伴有全风化泥质物，采用风镐破碎掘进进尺能达到0.5m`0.8m/天,能满足进度需要，能达到经济效益，固采用风镐破碎凿掘。

掘进方式二：膨胀炸药爆破掘进

含碎石粉质黏土中存在勘察时未探明体量较大孤石、滚石，呈中风化，主要母岩为灰白色石英质粉砂岩与中风化灰岩，直径在1m至3m，孤石整体性完好，风动凿掘困难。采用风枪钻孔，安放膨胀炸药破碎后挖除。先对孤石周边覆盖土石挖除，形成破裂临空面，再根据孤石位置布设钻孔。布孔方式根据孤石、滚石大小、及影响掘进情况确定。钻孔间距一般按照20公分间距布设，孔径32mm。孤石开截面尺寸小于0.5m时，爆破孔位按桩孔尺寸界限布设即可，如桩孔内孤石尺寸大于1m，除根据桩孔界限尺寸布设爆破孔外，在破除孤石上按十字型布设爆破孔，分裂孤石易于后续清除，减少二次破除时间，孔深按1m设置。

膨胀炸药选择与安装：采用高效膨胀炸药。不同类型的膨胀炸药在不同温度条件下所达到的效果及破裂岩石的时间效果有较大的区别，因此在采购膨胀炸药前，需要提前预先测量井内温度。通过对开挖桩孔内温度测定，平均地下温度约22°。根据孔内温度要求厂家配置相适应22°区间型号膨胀炸药。爆破孔施工完成后，将膨胀炸药装满孔内，孔口用木桩封堵。胀裂效果达到当天下午装药，次日清晨即可达到理想破裂孤石、滚石效果，并配以风镐碎裂孤石能到达理想掘进效果。合理安排装药时间可连续施工作业，减少窝工现象。

掘进方式三：膨胀炸药破裂与风镐强行破除向结合的方式。

中风化泥质粉砂岩裂隙相对发育，岩体相对破碎，掘进施工至此层位时，可强行风动掘进施工，施工效率可达0.3m至0.5m/天，效率相对较低。综合考量后，大部分中风化粉砂岩也勉强可以采用，但个别桩孔出现现难以掘进的中风化岩体，不可采用强行掘进的方式进行掘进施工，则采用膨胀炸药提前破碎后再进行风镐强行破除向结合的掘进方式，爆破孔深、孔径、孔距与孤石、滚石布设一致，爆破线根据需要开挖孔径四周布设完成后，与孤石不同的是桩孔中间布设十字连接孔，不装膨胀炸药充填，形成十字膨胀力释放临空面，通过采用掘进方式三的掘进方式，掘进进度能达到0.8m/天。

结论与建议：通过综合经济效益、施工进度、施工质量的情况下选择上述三种掘进方式根据不同地层情况选择不同掘进方式。其他项目针对其他坚硬岩则需采取乳化炸药定向爆破或水磨钻掏取的掘进方式作业，根据各自身项目特性安全性、经济时效性的基础上进行选择。

2.3 桩孔护壁

（1）护壁钢筋：护壁钢筋大于桩孔内径，在锁口护壁施工完成后，护壁箍筋无法顺利安放，需制作两个C子型半箍套接，根据钢筋搭接规范要求，为确保桩孔施工安全，搭接位置分别放置于长边与短边相互错开，单边接头≥50%即可，采用绑扎搭接，搭接长度为35D。建议深孔施工时不宜采用电弧焊焊接，电弧焊施工时形成大量烟雾，影响孔内空气及施工作业视线。渗水量较大桩孔同样不建议使用焊接搭接，大功率用电设备在潮湿环境中作业将增加用电危险源，形成安全隐患，目前一般项目施工达不到严谨操作规范，不建议采用。

护壁竖向筋安装时预弯成L型，待下模桩孔开挖完成后，将预弯钢筋调直后与下模钢筋绑扎搭接。其余箍筋及竖向筋按照施工设计图施工即可满足施工要求。在不稳定地层及滑动带，根据实际情况增设钢筋及钢筋直径，并做好上下层护壁钢筋连接措施。

（2）护壁模板：桩孔支模尺寸相对固定，施工方式相对简单粗放，因此该项目工程采用木质胶合板。制作12～15套模具即满足该项目工程施工需求。桩孔开挖前预先安装桩孔尺寸预制好护壁模具。桩孔内空尺寸为1.5m*2.0m桩孔尺寸，模具为制作成四个纵横0.7m5*1m的L型高度为1米的模具块。通过锁口处设置的中心控制点用铅锤控制位置安装来控制偏差，用方条或架管进行双向简易内支撑即可以满足施工要求。护壁模板安装完成后，在护壁模板内空上部部铺设满模板适当固定作为后续护壁混凝土搅拌平台及浇筑平台。

结论与建议：该项目工程桩孔总计深度为800余米，模板转化率低，采用相对经济木模，桩孔尺寸偏差及垂直度得以质量管控便可以满足要求即可。其他类似项目可采用相对稳定钢膜，根据项目情况选定模板及安装方式。

（3）护壁砼浇筑：该项目工程护壁砼等级C20，混凝土配合比根据实验室试验确定。为达到头天浇筑，次日即可拆模掘进施工的目的，确保桩孔掘进施工的连续性。项目部在实验室在进行护壁砼配合比设计初就已考虑在内，要求实验室根据现场气温条件参入早强剂，并能达到次日预留同条件养护混凝土试块检测强度达到设计强度的50%，28天强度满足设计要求的目的。通过后期施工验证了配合比前期介入的成果，能确保施工护壁安全稳定。

护壁所需水泥砂石等材料通过装载机运送至所布置堆场内，并根据配比设计配合比将砂石水泥集中混合搅拌，利用装载机转运至井口。由提升设备运送至孔内后，按配合比参水比例进行再次拌合后参入早强剂浇筑。

结论与建议：护壁是桩孔安全的保障凭证。施工时应有效控制混凝土强度可确保护壁的稳定性，护壁质量好坏取决于配合比执行到位，水泥标号的选择。同时需要考虑浇筑完成后混凝土的早期强度，施工时应根据现场工人操作方式与实验室沟通协调制作出符合项目工程实际情况的配合比设计。

2.4 抗滑桩桩身钢筋工程

钢筋笼主筋32(3根一束)、25mm，箍筋12间距20cm,单桩钢筋笼重达7.5吨，场地山高坡陡，场地条件受限，无法采用大型吊运设备运送与安装成型钢筋笼。因此采用人工搬运与220挖机吊运相配合的方式运送加工好主筋与箍筋，并井内绑扎安装成型。

该项目选择相对可靠的套筒套接搭接方式。因滑坡场地内主筋滚丝加工条件有限，因此在钢筋主筋进场前就安排在加工车间加工完善，再将成型主筋与箍筋运送至施工现场。成型主筋与箍筋尺寸、数量、滚丝情况，需提前根据桩孔深度，妥善计算再下料加工。重点考虑搭接头位置与数量，避开同一截面接头数量满足设计要求。

采用平板车运输至项目现场，运送前对加工成型主筋丝扣进行塑胶帽套牢，确保运送途中磕碰不损坏丝扣而影响套接质量。主筋场内二次转运时采用挖掘机吊运，辅以人工配合，吊运前用橡胶轮胎对主筋丝扣进行集中包裹保护。钢筋进场后随机进行取样检测丝扣搭接的抗拉强度，满足要求后，再进行孔内安装施工。

结论与建议：地质灾害抗滑桩钢筋笼一般采用孔内绑扎安装成型，检查验收相对困难。主筋搭接质量与绑扎质量施工管理人员应全程参与监督见证管理，确保施工质量。

2.5 混凝土浇筑

混凝土采用商品混凝土，施工期间为秋冬季节，降雨量稀少，桩孔开挖时偶见零星渗水，水量较小，能满足干浇条件，针对桩孔位于山坡上部桩孔混凝土运送设备无法到达孔口，采用拖车泵将混凝土输送至井口，孔内布设铁质串桶进行直接浇筑施工，混凝土进行分层浇筑分层振捣连续施工作业。

灌注前应先对桩孔进行清理，抽干积水，下井清理沉渣，保证清底干净。分层浇筑振动棒应插入下层5cm左右，以清除两层之间接缝，每段灌注高度小于0.5m。振动棒操作做到“快插慢拔”，在振捣过程中宜将振动棒上下略作抽动，以使上下振捣均匀。每点振捣时间一般以20s～30s为宜，但还应视表面呈水平不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为准。保证凿除浮浆后桩顶砼质量，超灌0.2m～0.5m。

结论与建议：抽干孔内积水，把控渗水情况，严格分层浇筑与振捣，检查混凝土进场各项性能，做好养护，可确保混凝土浇筑质量。

2.6 养护与检测

（1）混凝浇筑施工完成并终凝24小时内对桩头进行混凝土养护，直接在桩孔空灌部分注满清水自然养护即可。

（2）桩身混凝土检测：浇筑混凝土时根据取样规范要求进行留置了混凝土试块，待28天后对留置试块进行抗压强度试验。钢筋笼安装时在钢筋笼四个角度埋设了50无缝钢管，待混凝土龄期达28天后对桩身进行了6个断面的超声波检测。根据规范要求抽取10%桩孔进行了钻心检测。通过各项质量检测手段，桩身施工质量满足设计及规范要求。

3 施工注意事项

严格把控井口材料与弃土堆放量，确保堆放安全；做好井口防护工作，确保施工安全。严格把控各项安全施工措施，做到安全文明施工；提前关注天气情况，提前做好材料准备工作；桩井掘进时做好地质编录，做到每天一记，每孔一记，尽可能保留影像资料，便于后续探讨分析。桩孔开挖出地层断面能更为准确判断地层性质及构造带情况，能更真实的滑动带位置及桩孔锚固深度，能完美补充前期勘察缺陷。