微型鋼管樁施工技術在大型崩坡積體治理中的運用

夏志強

摘要：錨筋樁在傳統的邊坡治理、地基加固等領域已經廣泛使用，較于抗滑樁或抗滑墻等施工時具有設備輕便，樁位布置靈活，施工速度快，對場地的適應性強等特點，近年來正不斷推廣應用，并取得了較好的工程效果。但在一些地質條件復雜，巖層風化程度較高的破碎體，錨筋樁造孔出現難以避免塌孔和無法成孔的現象，若常規采用泥漿護壁和固結等方式將導致施工工序復雜，工期較長，且施工成本較高，而采用微型鋼管樁的鉆孔技術，可有效解決此類問題。本文介紹了楊房溝水電站采用微型鋼管樁技術，成功解決大型崩坡積體處理中復雜地質條件下易塌孔、無法成孔的情況。

關鍵詞：微型鋼管樁?技術?崩坡積體?處理

中圖分類號：U656.113

Application?of?Micro?Steel?Pipe?Pile?Construction?Technology?in?the?Treatment?of?Large-Scale?Colluvial?Deposits

XIA?Zhiqiang

（Sichuan?Chuantou?Energy?Co.，?Ltd.，?Chengdu，?Sichuan?Province，?610000?China）

Abstract：?Anchor?reinforced?piles?have?been?widely?used?in?traditional?fields?such?as?slope?treatment?and?foundation?reinforcement.?Compared?with?anti-skid?piles?or?anti-skid?walls，?they?have?the?characteristics?of?lightweight?equipment，?flexible?pile?layout，?fast?construction?speed?and?strong?adaptability?to?the?site?during?construction，?and?they?have?been?continuously?promoted?and?applied?and?have?achieved?good?engineering?results?in?recent?years.?However，?in?some?fractured?bodies?with?complex?geological?conditions?and?the?high?degree?of?rock?weathering，?it?is?difficult?to?avoid?hole?collapse?and?inability?to?form?holes?in?anchor?pile?drilling.?If?methods?such?as?mud?wall?protection?and?consolidation?are?conventionally?used，?it?will?lead?to?complex?construction?processes，?longer?construction?periods?and?higher?construction?costs，?but?the?use?of?micro?steel?pipe?pile?drilling?technology?can?effectively?solve?such?problems.?This?article?introduces?the?application?of?micro?steel?pipe?pile?technology?to?successfully?solve?the?problems?of?easy?collapse?and?inability?to?form?holes?under?complex?geological?conditions?in?the?treatment?of?large-scale?colluvial?deposits?in?the?Yangfanggou?Hydropower?Station?.

Key?Words：?Micro?steel?pipe?pile;?Technology;?Colluvial?deposit;?Treatment

楊房溝水電站旦波崩坡積體位于楊房溝水電站壩址上游雅礱江右岸，崩坡積體總方量320余萬m?，屬于大型崩坡積體。其組成復雜，邊坡基巖巖體以全～強風化為主，局部弱風化，坡面層理及裂隙發育，巖體破碎、兼有混合土碎石，普通錨固施工，出現塌孔、卡鉆、無法鉆進等問題，為解決這些問題確保崩坡體治理后體邊坡穩定，經過反復論證和多次試驗采用了“微型鋼管樁施工技術”施工，該技術極大程度上保證了成孔率，對施工場地和地質條件的適應性較強，節約了工期，取得了良好的工程效益，具有較強的借鑒意義[1]。

1?技術特點

1.1??施工簡便，適應不良地質、成孔率高

微型鋼管樁可采用潛孔鉆機進行鉆進，只需搭設相對簡易的腳手架即可滿足鉆進要求，施工工藝簡單，工作效率高，鉆孔一次成孔，能夠避免由于地質復雜產生塌孔、無法成孔的現象，適應性較強[2]。

1.2?節約投資和工期

相較于在不良地質條件下的傳統錨筋樁施工工藝，很好地解決了塌孔后重復造孔的費用，節約了和成本。微型鋼管樁施工工藝采用用鋼套管的跟進鉆孔的特點，一次成孔，避免了為保證成孔而采取的水泥漿護壁等工序，節約了工期[3]。

1.3?可靠系數高

微型鋼管樁基本原理是將鋼管樁群與土考慮為整體復合加筋土體的結構，荷載由鋼管樁和土體共同受力，樁群對荷載的反作用是由加筋土作為一個整體提供的，鋼管樁也能滿足滑坡治理、邊坡防護等的安全性要求，可靠系數較高[4，5]。

2?適用范圍和工藝

微型鋼管樁適用于地質條件較差，成孔難度大的崩坡積體治理、滑坡治理、地基加固等工程。微型鋼管樁的工藝應先計算作用于微型樁的力系，再根據材料力學法對其進行內力計算，從而得出鋼管樁的長度和直徑等參數，同時，對鋼管樁在坡積物中的抗滑面剪力及鋼管樁的抗拉力進行計算校核。根據計算復核得出的鋼管樁相關參數進行組織施工。

微型鋼管樁鉆孔原理：在潛孔鉆QZJ-100B型鉆機采用90型偏心鉆頭，當鉆頭到達指定開孔部位后，開啟鉆機，隨著鉆機轉動張開，偏心鉆頭成孔孔徑大套于鋼套管直徑，鋼套管在管靴拉動中隨鉆頭的前行，可實現鋼套管跟進保護孔壁成型。當鉆至設計深度后，需要將偏心鉆頭同鋼套管分離，此時反方向旋轉轉機轉動方向，偏心鉆頭收縮從鋼套管中分離。鋼管留在孔內保護鉆孔成形和起保護孔壁垮塌的作用[6]。圖1是根管微型鋼管樁施工原理圖。

3?施工工藝流程及設計計算

3.1施工工藝流程

首先需要進行鋼管樁設計，確定鋼管樁的相應參數。然后開始施工準備，待風、水、電，施工材料及設備就緒，方可開始鋼套管跟進鉆孔，控制好鉆孔角度及深度，鉆孔符合要求后安裝錨筋束。錨筋束安裝完畢即可進行注漿，最后檢查驗收。圖2是微型鋼管樁施工工藝流程圖。

3.2?理論計算

3.2.1?鋼管樁設計計算

鋼管樁受力及計算方法

作用于微型樁的力系應計算滑坡推力、樁前滑體抗力和錨固段地層的抗力。

（1）?崩坡積體的推力。在順崩坡積體方向的按塌滑面坡積物的地質構造將坡積體分為垂直直條塊，分別計算條塊臨界面上的滑動力繼而得到的就是該部分的崩坡積體的推力。

（2）鋼管樁樁前滑體抗力。布置鋼管樁后，鋼管樁受到滑動壓力發生變形時，部分力通過鋼管樁傳給巖體，部分傳給崩坡積體。

（3）錨固段地層的抗力。錨固段中樁身前后崩坡積體的抗力，可依照基巖彈性抗力進行分析。微型樁承受的推力采用商用軟件GeoStudio系統中的SLOPE/W模塊計算[4]。

3.2.2?鋼管樁受力計算

（1）?鋼管樁內部受計算?；瑒悠旅嫣幍匿摴軜都案浇榔路e體的相同值計算面積和相同值換算面積的慣性矩；；

公式中：ARRP為選取的滑動面，鋼管樁穩固土體的截面積；IRRP為選取的滑動面，鋼管樁穩固土體的截面受到的慣性矩；Ap為鋼管樁的等值計算截面；m為鋼管樁與附近崩坡積體的彈性模量比值；n為錨筋束與水泥砂漿的彈性模量比；S2為計算面內所含鋼筋樁的數量；b、h為鋼管樁的參數；X為計算基準面中和軸至各個微型樁的距離（cm）；AC為鋼管樁的斷面面積；As為錨筋束的斷面面積。根據計算鋼管樁加固崩坡積體上產生的最大壓力：

公式中：δRRP為計算面處，梅花形布置結構的鋼管樁加固崩坡積體上產生的最大應力；N為計算面處，梅花形布置結構的鋼管樁加固崩坡積體上產生的垂直力；M為計算面處，梅花形布置結構的鋼管樁加固崩坡積體上產生的彎矩；y為計算基準面中和軸至計算基準面邊緣的距離（cm）[4]。

（2）砂漿與鋼筋上的壓應力計算。公式中：δR為產生在砂漿體上的力；δca為砂漿體的壓力設計值；δsc為產生在錨筋束上的壓力；δsa為錨筋束的壓力設計值[4]。

（3）鋼管樁設計參數的確定。鋼管樁設計參數為計算面以下必須的錨固長度LRO與計算面以上長度L0相加。

，計算式中：τro為鋼管樁與計算面以下基巖黏結力的值；D為鋼管樁的直徑[4]。

3.3??微型鋼管樁造孔工藝

3.3.1??施工前準備

所需材料包括錨筋束：錨筋束桿體的材料應按設計圖紙的要求選用，鋼筋質量應滿足圖紙和規程規范要求使用前應進行相關的試驗檢測，滿足要求后方可使用[7]；水泥、骨料：水泥使用前應經過檢測和試驗確定，水泥的強度等級應不小于P.O42.5的普硅水泥，砂漿中的砂應采用粒徑小于2.5mm；施工設備：根據現場施工條件，QZJ-100B潛孔鉆機鉆孔，注漿采用JB-200型號注漿機進行注漿。

3.3.2??測量放線

測量放線前應勘察現場，確認現場施工條件；嚴格按照設計圖紙進行放樣，確定鋼管樁的鉆孔位置和方向。

3.3.3??微型鋼管樁鉆孔

先搭設鉆機操作平臺，在潛孔鉆QZJ-100B型鉆機采用90型偏心鉆頭，當鉆頭到達指定開孔部位后，開啟鉆機后，偏心鉆頭隨著鉆機轉動張開，偏心鉆頭成孔孔徑大套于鋼套管直徑，鋼套管在管靴拉動中隨鉆頭的前行，可實現鋼套管跟進保護孔壁成型。當鉆至設計深度后，需要將偏心鉆頭同鋼套管分離，此時反方向旋轉轉機轉動方向，偏心鉆頭收縮從鋼套管中分離，鋼套管留在孔內作為鋼管樁鋼管，并起到護壁作用。鋼管樁分兩序跳樁施工，以避免相鄰孔位相互影響[8]。鉆具組成包括：套管、管靴、潛孔錘沖擊器、偏心鉆頭、空心鉆桿。

3.4??錨筋束安裝、注漿施工

單根鋼管樁橫斷面圖如圖3所示。

（1）鋼管樁鋼管需在管壁開孔，開孔每間隔30cm開一個直徑為15mm的圓孔，孔采用梅花形布置[2]。

（2）注漿管管端切成斜楔狀，用細鐵絲綁扎在錨筋束上，隨其一起下入孔底。錨筋束外側焊接定位鋼筋支架，確保錨筋束居中。

（3）鋼管樁采用先安裝錨筋束后注漿的方式施工。鋼筋束安裝采用人工配合25t吊車進行，注漿前，將孔口用水泥砂漿進行封堵嚴密后進行注漿，鋼管樁采用孔底返漿法注漿，鋼管與孔底留10cm深空隙，壓漿先稀后濃，根據吸漿量調整水灰比，最后用濃漿封閉，以保證壓漿密實，注漿前采用堵漿材料封孔，堵塞長度根據實際壓力調整，以保證孔內砂漿充填密實，注漿壓力0.3～0.5MPa，終止壓力0.5～0.7MPa，穩壓5～10min，孔口進漿管注漿，回漿管返漿。

（4）注漿完成后應觀察砂漿向崩坡積體的滲漏情況，出現滲漏應及時進行的補灌，避免由此引起密實度不滿足質量要求。

4?質量控制

4.1?工程質量控制標準

微型鋼管樁施工質量，執行《水電水利基本建設工程單元工程質量等級評定標準》，誤差范圍允許見下表1。

4.2?施工質量控制

4.2.1?結構材料質量

錨筋束、鋼套管：施工時應按批次對鋼筋材料質量證明書進行檢驗，按設計圖紙要求的標準與規范要求抽檢數量檢驗鋼筋的性能，滿足要求后方可使用。

4.2.2?錨筋束焊接質量

焊接作業前焊工應持證，焊接前應先對其進行培訓考核，合格后上崗。焊接作業時應嚴格按照工藝要求進行焊接，同時應注意控制好錨桿的變形。每條焊縫盡量一次成型，在進行多層焊接時，焊間接頭應錯開，完成后需根據設計工藝要求，選擇合格焊條進行焊接，按規范進行焊接工藝評定。

4.2.3?造孔及注漿質量

嚴格控制鋼套管和鉆機之間的配合使用，避免因鋼套管安裝不牢靠，在鉆孔中損壞鋼套管，影響成孔質量。同時應正確安裝滿足設計要求的注漿管，采用孔底返漿法注漿，根據巖層情況適當進行超灌，以保證孔內砂漿充填密實。

5?安全措施

（1）現場作業和管理人員，必須進行交底和培訓，對現場存在的安全隱患進行排除，同時需對操作規范進行安全交底，使現場的人員熟知和遵守安全技術操作規程，培訓考核合規后方可上崗作業。特種作業人員要持證上崗，定期培訓考核。

（2）認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，結合施工現場的實際情況和工作面的特點制定安全保證措施，并配置兼職安全員和專職安全員在現場進行安全生產管理，明確各級人員的職責，抓好安全生產。

（3）施工人員班前要對設備進行全面的安全檢查，機械設備嚴禁帶“病”運行；施工現場必須時刻按照規定穿戴安全帽、安全帶等防護用品；現場臨時用電及故障排除必須由專業電工負責，嚴格執行《施工現場臨時用電安全技術規范》其它施工人員禁止盲、誤、亂操作。

（4）從事切割、焊接工作時應遠離易燃、易爆物品，?氧氣、乙炔瓶應相距15m以上，且周圍5m范圍內必須配備滅火器，切割、打磨、焊接過程中要正確佩戴防護用品，嚴格按照《建筑消防安全操作規程》施工。

6?結語

楊房溝水電站旦波崩坡積體采用的微型鋼管樁施工技術，能夠保證在地質條件較差的情況下的造孔成孔率，提高了施工速度，帶來了良好的工程效益?？赏茝V應用在地質條件較差，成孔難度大的崩坡積體治理、滑坡治理、地基加固等工程。

參考文獻

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[8] 胡海峰.潛孔錘跟管鉆進技術在礦井注漿工程中的應用[J].煤礦安全，2018（S1）：46-50.