土质边坡支护灌注桩加预应力锚索的应用

潘泉发

（福建省闽东南地质大队，福建 泉州 362000)

0 引言

工程位于安溪县城关新加坡花园与凤城中学间，根据建筑规划设计标高，场地开挖整平后，场地南侧与规划道路将形成1.3～16.8m 高的挡墙，长度约150m；场地东南侧与幼儿园、会所将形成14.0～16.8m 高的挡墙，长度约106m；场地东侧与周边现状地面将形成1.0～19.7m 的边坡，长度约80m；幼儿园及会所因局部架空，将形成5.4m 高的挡墙，长度约60m；垃圾运转站及其东侧规划路的南侧为原有旧石砌挡墙，旧挡墙高约5m，需对该挡墙进行加固处理。本工程挡墙、边坡安全等级为一级，建筑抗震设防类别为丙类，建筑抗震设防烈度为七度。工程现场图见图1。

图1 工程现场图

1 工程地质条件

根据对拟建场地地质调查及钻探揭露，沿线岩土体自上而下分述如下：

（1）素填土（Qml）：主要成分为建筑垃圾，其中掺杂一些黏性土，在人工堆填的过程中十分随意，未固结和除杂色，因此分布状态十分不均。一些部分较为集中，一些部分则为钻孔回填块石，均匀性差，呈湿～潮湿，松散状态。全场分布，揭示厚度：0.30～7.40m。岩心采取率大于75%。

（2）含碎石粉质黏土（Qdl+el）：主要成因为坡残积，主要成色是灰色，灰白色，碎石含量约占50%～60%，块石约占13%～18%，黏性土约占5%～10%，分选性差，多呈棱角状，局部黏性土富集，主要母岩成分为碎块状强风化花岗岩，质地较坚硬，粒径一般在30～60mm，最大粒径达90mm，呈稍湿，中密～密实状态，部分钻孔分布，揭示厚度1.40～15.70m，层顶埋深0.30～0.40m（标高85.27～133.32m）。岩芯采取率大于70%；

（3）残积砂质黏性土（Qel）：主要成因是花岗岩风化。成色主要为灰黄、浅黄、灰白等色，湿度近乎饱和，可塑性强。主要成分为长石矿物完全风化后所形成的粉粒状黏土矿物，其次含量最多的是石英砂。残积砂黏土中原本的岩石组织结构已经被破坏得面目全非，切面规则但无光泽、韧性和强度都很低。经过测试证实，残积砂质黏性土的标贯击数＜30 击，由此分析其属于中等压缩性黏土，在天然状态下的力学强度一般。由于其风化程度表现出不均匀，因此其力学强度也呈现出渐变状态，且同时表现出易泡发、易崩解等不良性状。全场仅局部钻孔缺失，揭露层厚2.40～19.70m，层顶埋深1.40～15.70m（标高76.50～140.28m），岩心采取率大于80%。

（4）全风化花岗岩（γ5）：颜色呈褐黄、灰白色，由于其已经呈现出完全风化的状态,因此从整体结构上看，其结构已经几乎完全破裂，组成部分主要为少量还未风化的长石、石英石和矿物质。通过外观检测证实其手捏易松散、易挖、易钻；通过设备检测证实其岩体基本质量等级为v 级，归属于软岩类别，标准贯入实测击数30～50 击。从性能上来看其性能接近残积砂质黏土，因此同样表现出易泡发、易崩解的不良性状。但在天然状态下，全风化花岗岩的力学强度较高，有一定的抗压缩能力，属于残积砂质黏土的过渡部分，不良特征全场均有分布，厚度1.70～17.20m，层顶埋深4.80～24.00m（标高67.45～129.28m）。岩心采取率大于75%。

（5）砂土状强风化花岗岩（γ5）：颜色呈褐黄、灰白色，其大部分结构都已被破坏，砂土状态主要为一些碎石块、破碎岩体的散状结构。主要组成为石英、长石以及云母石，通过测试发现，其标准贯入试验实测击数≥50击，岩体的等级质量划分为v 级，归属于软岩类别。沙土状强风化花岗岩是介于残积土和全风化花岗岩的中间状态，因此在性能上和它们有一定的相似性，如泡水易变软、敲击易崩解等。但从物理性质上来看，砂土状强风化花岗岩的压缩性降低，力学强度较高，岩心和岩体的性质有一定的差别。砂土状强化花岗岩全场均有分布，揭示厚度1.40～17.90m，层顶埋深10.70～36.50m（标高62.95～120.68m）。岩心采取率大于75%。

2 设计原则

工程遵循确保安全、质量和工期的原则，贯彻高水平、高标准、高效率的基础上，选用先进的设备，结合科学的配置，最大程度上满足设计要求。要保证施工技术和施工工艺的先进性和科学性，以达到设计质量为目标，优化组织管理[1]。充分结合工程自身的特点，做好工期、人员的统筹安排，保证设计方案的可操作性和落地性。

3 方案选择

场地南侧高边坡挡墙采用灌注桩加预应力锚索与石砌挡墙相结合的支护形式，即边坡上部6.5m 采用重力式石砌挡土墙挡土，下部采用钢筋混凝土灌注桩+1～2 道预应力锚索；场地东侧高边坡采用钢筋混凝土灌注桩+2～4 道预应力锚索；原有旧挡墙采用钢筋混凝土灌注桩+1 道预应力锚索进行加固，旧挡墙顶标高低于场地设计标高的部分砌筑石砌挡墙；幼儿园及会所架空层高差部分采用重力式石砌挡土墙；场地内低于7.0m 的零星边坡挡墙均采用重力式石砌挡土墙。

设计要求3 个剖面约90m 的原有挡墙加固，要求支护桩施工完成后应能紧贴着旧挡墙，这样施工难度太大并且安全难以保障。综合考虑施工难度、施工安全及工期时限，还是采用保守的施工方法，先拆除旧挡墙后进行灌注桩施工，再重新砌筑石挡墙。

4 边坡支护施工

本工程为边坡支护工程，严格遵循“先锚后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，土方开挖应采取分层分段开挖，填土区域分层层高不大于1.0m，其余区域分层层高不大于1.5m，严禁一次开挖到底。

石砌挡墙区域土方开挖：开挖应严格按照设计要求，不得改缓或改陡坡率，开挖出的土方应严格按照施工组织设计堆放，不得堆放在坡顶，以免地面堆载超荷引起边坡失稳；土方开挖后应及时进行挡墙砌筑施工。

锚杆锚索施工工艺流程图见图2。

图2 锚杆锚索施工工艺流程图

锚索成孔孔径150mm,锚孔钻进根据不同地质情况采用履带式潜孔钻机，本次工程所采用的技术以无水干钻为主，少量冷却循环水钻为辅。在钻进时要控制好速度和角度，保证钻进速度不快不慢，钻进角度不偏不倚。实际操作过程中的钻孔孔径、孔深不能小于设计值且要超钻50cm，现场记录人员要做好现场施工过程中的钻压、钻速和环境的具体情况记录工作。

支护桩土方开挖,保护围护桩桩身：围护桩施工完成后，下层土方开挖，开挖过程中要保护围护桩桩身[2]。土方开挖应在支护桩、冠梁、锚索的强度分别达设计强度的100%、80%、80%后方可开挖下一层土方。在开挖之前，测量人员对场内所有工程桩进行定位并做好标记，用经纬仪进行定位放线，用白灰撒出开挖边线；有桩部位，为确保围护桩的安全，土方采用分层开挖，挖掘机距离桩体20cm，改用小型挖出和人工相配合施工[3]；土方开挖时，出土坡道的设置应尽量使支护结构受力均匀,支护结构上面行走挖土机械时，结构顶面覆土不小于1m，且应铺设钢板。

5 钻孔施工难点处理措施

本边坡锚索长度为16～32.5m，长锚索的主要锚固段地层为强风化花岗岩层（部份锚索还需穿过旧毛石挡土墙），钻孔过程容易出现黏土附壁，孔径变小，强风化层富水塌孔、卡钻，毛石层易漏气及卡钻，锚索不易安装到位等问题。

根据此状况，采用KY100 履带式露天潜孔钻车钻孔，钻孔的孔位、孔深、倾斜度严格控制。钻孔过程采用干钻的同时应严格控制钻进速度，孔到位后应及时采用高压风清空，孔内不允许有积水、石（土）粉和石（土）渣等。钻孔结束后，经监理工程师验收后，及时进行下索、注浆等工序。

钻孔过程中，若因岩（土）软弱破碎而导致坍孔时，可进行灌浆固结，采取套管全程跟进方式钻孔，直至不坍孔段为止。以下是常遇问题的处理方法。

5.1 钻孔过程渗水判断及处理

要判断钻孔过程中有无渗水，只需要在钻孔过程中或钻孔结束后进行吹孔测试，若吹出的都是小石粒或灰色及黄色的团粒而非粉尘，则说明钻孔过程中出现了渗水情况。但在这种情况下发生的渗水不算太严重，且岩粉大多附于侧壁。若在吹空过程中吹出了泥浆或碎石，则说明钻孔过程中的渗水较为严重，在这种情况下泥浆不会完全糊住孔壁。若在吹孔过程中，渗水淹没了冲击器，导致冲击器停止工作，说明渗水已经达到非常严重的地步。对于不太严重的渗水，在孔深已经足够的情况下，先注入清水，再用高压风吹净清水即可；在孔深不够的情况下，需要不断循环往复洗孔、钻进，直至孔深足够且无渗水为止。对于较为严重的渗水，只要冲击器还能继续工作，则可继续钻进。对于渗水量十分严重的渗水，在冲击器停止工作之后，要及时拔出钻具进行压力注浆。

5.2 塌孔、卡钻的处理

若在钻孔过程中进行吹孔时出现一些黄色岩粉且夹杂着一些石块，说明可能在孔钻穿过强风化岩石或岩体破碎带时发生了塌孔。此时无论钻孔施工进行到何种程度、进行到哪一步，都应当立即停止钻孔，拔出钻具并进行注浆处理。

5.3 遇孤石及毛石挡墙处理

施工过程中如遇孤石，通常采用偏心+变径跟管钻进，这种钻进方式的工作原理为：通过钻孔过程中偏离离心力的方式，增强钻进的离心力和摩擦力，从而使转轮钻孔波及的范围增大，从而达到扩大孔径的目的。在偏心钻进过程中，采用变径跟管将偏心的钻头进行反转回正，收拢提出套管，并使套管留在孔内成为护壁。空压机应保证风量和风压满足施工要求。造孔过程中套管及时护壁，避免周围松散体和风化块石因钻孔扰动而崩塌卡钻。

6 结束语

该支护工程完工已有八年，边坡及支护结构没有发生明显变形，目前稳定性良好。本次灌注桩加预应力锚索的成功应用，可为同类工程提供参考。