李立 李世民 譚煥杰

1 中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410007

2 湖南省自然資源事務(wù)中心，湖南 長沙 410118

抗滑樁是滑坡防治工程中常用的治理措施之一[1]?；伦鳛榈刭|(zhì)災(zāi)害中的一類常見災(zāi)種，其地形地貌一般都比較復(fù)雜，且不宜遭受外力干擾，故在抗滑樁選型時，最常用的樁型是人工挖孔樁，由于可靈活選擇截面形式，一般又以方樁（矩形截面）為主[2-3]。人工挖孔樁對場地適應(yīng)性較強，對勘查提供的地質(zhì)條件特別是滑帶位置能進一步驗證[4-5]，這個優(yōu)勢是其它樁型無法取代的。但是當(dāng)遇到滑坡穩(wěn)定性很低、開挖巖層堅硬或治理工程對時間要求緊迫時，人工開挖存在安全風(fēng)險以及施工進度慢等問題就凸顯而出了，這些不利因素嚴重制約了人工挖孔樁的順利實施。

隨著施工機械化的提高，機械成孔工藝廣泛應(yīng)用于高層建筑、鐵路、公路、橋梁等領(lǐng)域樁基工程施工中。近些年，機械成孔也逐步用于地質(zhì)災(zāi)害防治工程中。機械成孔工藝主要有沖擊成孔、回轉(zhuǎn)成孔及旋挖成孔，具有快速、高效等特點[6-11]。但在滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治工程中，機械成孔仍受到諸多限制，使用頻率并不高。

人工成孔和機械成孔各有優(yōu)劣，當(dāng)滑坡治理條件特殊，單一的成孔方式無法滿足治理需要時，是否可以考慮兩種方式結(jié)合使用呢？本文以湖南古丈縣某滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程抗滑樁施工為例，針對人工開挖成孔過程中存在的問題，引入了沖擊成孔和旋挖成孔，通過試樁試驗，并最終采用旋挖成孔和人工擴孔相結(jié)合的組合成孔工藝，順利完成治理工作。

1 滑坡基本特征和治理工程概況

1.1 滑坡基本特征

1.1.1 滑坡特征及周邊環(huán)境

項目現(xiàn)場滑坡整體特征明顯，地表裂隙發(fā)育，前緣以坡腳陡坎處為界，后緣以滑坡裂隙變形消失處為界，左、右緣以剪切裂縫變形消失處和基巖出露為界?；潞缶壿^陡，縱向上呈多級臺階狀，前緣擠壓鼓出明顯，剪出口位于公路下方?；麦w前緣高程約274.7m，后緣高程約309.3m，相對高差約34.6m，前緣剪出口至后緣滑體水平長度約為75m，斜坡長度約85m，滑體坡度30°～37°，前緣寬度約58m，后緣寬度約33m，滑坡面積約3854m2，厚2.3～6.0m，平均厚度約4.3m，滑體體積約為1.66×104m3，屬小型淺層推移式土質(zhì)滑坡。該滑坡平面形態(tài)呈喇叭口狀(圖1)，滑坡主滑方向為110°。

圖1 滑坡治理工程平面布置圖 Fig.1 Layout plan map of the landslide treatment project

1.1.2 工程地質(zhì)條件

滑坡在垂直方向自上向下分布的主要地層巖性為：碎石土、粉質(zhì)粘土、強風(fēng)化砂質(zhì)板巖（圖2）。

圖2 滑坡治理工程1-1'剖面圖 Fig.2 Section 1-1’ of the Landslide treatment project

（1）滑體土。上部為碎石土(Qel+dl)，黃褐色，稍密-中密，稍濕，碎石含量50%～65%，一般粒徑為20～45mm，最大為85mm，呈棱角狀，成分以板巖為主，充填約30%的粘性土，該層除滑坡右緣基巖出露外，其余坡面均有分布；下部為粉質(zhì)黏土(Qel+dl)，黃褐色、灰黑色，軟塑，潮濕，含5%～15%的碎石。

（2）滑帶土。主要為粉質(zhì)黏土(Qel+dl)，灰黑色，呈可塑狀態(tài)，含10%～15%的礫石，局部可見擦痕，揭露層厚0.20～0.50m。

（3）滑床?；仓饕獮樵沤绨逑厚R底驛組砂質(zhì)板巖（Ptbnm），強風(fēng)化，呈紅褐色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，局部夾泥巖薄層，灰黑色，遇水易軟化，受滑體推力作用易形成泥化軟弱夾層（潛在滑帶）。人工挖孔中取巖塊試驗，部分巖塊飽和單軸抗壓強度達到30MPa以上，為較硬巖。巖層產(chǎn)狀126°∠23°，與主滑方向110°為順向關(guān)系。

1.2 治理工程概況

設(shè)計采用抗滑樁+錨索進行支擋治理，抗滑樁樁型選用人工挖孔樁?？够瑯对O(shè)置于滑體中間部位，支擋上部滑體，下部滑體采取削坡減載處理(圖1，圖2)，其它輔助工程為滑坡截排水溝工程與監(jiān)測工程等（不在此贅述）。通過設(shè)計計算，本工程共布置抗滑樁14根，樁中心平距為4m，樁截面為矩形，寬1.5m，高2.2m，樁長均為15m，護壁厚0.2m，護壁采用C25砼，樁身采用C30砼灌注。

2 抗滑樁施工中存在的問題及解決辦法

2.1 施工中存在的問題

部分抗滑樁人工開挖至基巖時，出現(xiàn)了困難：（1）砂質(zhì)板巖堅硬程度與勘查描述不一致，經(jīng)取樣試驗，部分巖塊飽和單軸抗壓強度達到30MPa以上，現(xiàn)場巖體風(fēng)化程度為強-中風(fēng)化，人工開挖十分困難；（2）原施工方案中提出的遇堅硬基巖可采用少藥量、多炮眼的松動爆破方式，但炸藥獲批難度大，且爆破產(chǎn)生的震動可能加劇滑坡的發(fā)展，并誘發(fā)次生災(zāi)害；（3）繼續(xù)采用風(fēng)鎬鑿除或輔以水磨鉆開挖方法將延長施工工期，而且由于正值雨季，雨水下滲，滑坡穩(wěn)定性進一步降低，長時間采用孔內(nèi)人工開挖作業(yè)，施工安全風(fēng)險增大。

滑坡施工區(qū)周邊建設(shè)工地有沖孔樁機正在施工，經(jīng)參建各方會商，決定就近利用資源采用沖擊成孔樁機進行成孔試驗。但試驗沖擊成孔過程也不順利，出現(xiàn)了諸多問題：（1）由于基巖為傾斜巖層，巖塊軟硬不一，沖擊成孔施工速度慢，無法在預(yù)定時間內(nèi)完工，工期、成本將難以控制；（2）沖擊過程產(chǎn)生的震動對滑坡有干擾，影響滑坡的穩(wěn)定性，如果不做預(yù)防措施，將加劇滑坡發(fā)育；（3）施工過程中部分泥漿沿巖體結(jié)構(gòu)面滲出，容易降低巖體結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，降低滑坡整體穩(wěn)定性；（4）施工時產(chǎn)生的泥漿對環(huán)境造成污染。

經(jīng)參建各方進一步會商并經(jīng)專家論證，決定終止沖擊成孔試驗，改用旋挖鉆機成孔。通過試樁試驗，旋挖鉆機成孔非常成功，既無人工挖孔的掘進困難和安全風(fēng)險，也無沖擊成孔時的震動干擾和泥漿處理負擔(dān)[12]。通過試樁開挖試驗，本項目場地適合旋挖成孔工藝的實施，由此其余抗滑樁均可采用旋挖成孔。

2.2 組合成孔工藝的應(yīng)用

本項目由于滑坡推力方向明確，且每根樁搭配有兩根錨索，因此抗滑樁最好保持方樁截面形式，確保有效治理的同時節(jié)省工程造價。由于場地條件復(fù)雜，限制了人工挖孔樁的使用，但旋挖成孔工藝的成功試驗，給方樁開挖的可能性帶來了希望。本項目最終決定采用旋挖成孔和人工擴孔相結(jié)合的組合成孔工藝，即先使用旋挖鉆機取土成圓孔并回填，再在此基礎(chǔ)上上人工開挖擴展成矩形的方孔，最終滿足設(shè)計樁身尺寸(圖3)。由于圓孔回填土為松土，大大增加了樁的成孔速度，而且人工開挖過程中，對原設(shè)計地質(zhì)條件也予以進一步驗證，可以確保設(shè)計的有效性。根據(jù)抗滑樁設(shè)計尺寸，選用SR70型旋挖鉆機，鉆頭直徑為2m，具體的開挖流程：（1）放線定位后，旋挖機械作業(yè)，形成圓孔，直至設(shè)計孔底，即圖中“A”區(qū)；（2）對“A”區(qū)進行回填；（3）按抗滑樁設(shè)計尺寸，人工開挖“A”、“B”兩區(qū)巖土層，并及時做好護壁（圖3）。

圖3 旋挖成孔與人工擴孔組合示意圖 Fig.3 Schematic diagram of the combination of rotary excavation and artificial hole expansion

3 組合成孔工藝分析

3.1 多種成孔工藝介紹及分析

本工程抗滑樁施工先后采取了三種開挖成孔方式，其工藝流程如下：

3.1.1 人工開挖成孔

人工開挖成孔的主要工藝流程[3]：測量放樣→澆筑樁孔鎖口→人工挖孔→安裝護壁模板、鋼筋→灌注護壁砼→重復(fù)以上操作至設(shè)計標(biāo)高（開挖一節(jié)支護一節(jié)，下一節(jié)護壁必須在上一節(jié)護壁混凝土初凝且有一定強度后進行開挖，每節(jié)開挖高度不超過1m）→終孔、清孔。

從人工挖孔樁施工工藝流程來看，其作業(yè)平臺小，受場地地形限制小，可輕裝上陣，機動靈活；需要支模澆筑護壁，以保證孔壁穩(wěn)定和人員孔內(nèi)施工安全；單次掘進深度有限，工期較長；掘進時可以清晰再現(xiàn)地質(zhì)條件。

3.1.2 沖擊成孔

沖擊成孔的主要工藝流程[13-14]：鉆機進場通道及作業(yè)平臺處理→測量放樣→埋設(shè)護筒→樁機定位→沖擊成孔（沖擊錘中心對準(zhǔn)錘擊中心，開始應(yīng)低錘密擊，砂礫和粘土泥漿護壁，使孔壁擠壓密實，直至孔深達護筒底以下3～4m后才可加快速度，將錘提高至2～3.5m轉(zhuǎn)入正常沖擊；沖孔時應(yīng)及時將孔內(nèi)殘渣排出，每沖擊1～2m，應(yīng)排渣一次，并定時補漿，直至設(shè)計深度，每沖擊1～2m檢查一次成孔的垂直度）→終孔、清孔（沖孔到設(shè)計標(biāo)高后，停止進尺，稍提沖擊錘以小沖程（約50～100cm）反復(fù)沖擊撓動樁底沉渣，采用泥漿凈化器和泥漿泵反循環(huán)置漿法清孔，直至沉渣厚度、泥漿比重和含砂率符合規(guī)范要求為止）。

由沖擊成孔的工藝流程可知，設(shè)備進駐現(xiàn)場作業(yè)，需要施工便道及相對較寬敞的作用平臺，故受場地地形限制比較大；機械自重產(chǎn)生的附加荷載及施工時產(chǎn)生的震動對滑坡的穩(wěn)定不利，需要提前預(yù)防；作業(yè)時產(chǎn)生的泥漿需要處理好，避免污染環(huán)境，且泥漿滲入滑動面后對滑坡穩(wěn)定不利；可下護筒掘進，孔壁穩(wěn)定，可一次性開挖到位，地質(zhì)條件簡單的情況下施工速度相對比較快。

3.1.3 旋挖成孔

旋挖成孔的主要工藝流程[15-17]：鉆機進場通道及作業(yè)平臺處理→測量放樣→鉆機入場就位→鉆機開孔（鉆機設(shè)備就位、升舉鉆桿、安裝鉆斗、調(diào)整鉆桿垂直度、對準(zhǔn)樁孔中心，然后開機進行旋挖取土石開孔，第一節(jié)鋼護筒安裝完成后用測量水平儀測出護筒頂面高程并予以標(biāo)注，用于鉆孔深度的輔助測定）→繼續(xù)鉆進、排渣、成孔→終孔、清孔（旋挖機具有先進的電腦控制系統(tǒng)，能精確定位鉆孔、自動校正鉆孔垂直度和自動測量鉆孔深度；當(dāng)確定孔樁深度達到要求后，將鉆斗更換成清孔斗并下降到底部，固定鉆桿升降作水平旋轉(zhuǎn)數(shù)周后反向旋轉(zhuǎn)2周將孔底松散土體收入斗中）。

旋挖樁作為機械成孔樁的一種，也需要施工便道及相對較寬敞的作用平臺，故受場地地形限制比較大；機械自重產(chǎn)生的附加荷載對滑坡的穩(wěn)定不利，需要提前應(yīng)對；可下護筒掘進，干作業(yè)成孔，一次性開挖到位，施工速度相對人工挖孔樁要快。

3.2 各成孔工藝優(yōu)缺點對比

綜合上述三種成孔工藝的施工流程分析介紹，對比其各自特點（表1）。

表1 三種成孔方式優(yōu)缺點對比表 Table 1 Comparison table of the merits and defects of the three pore-forming methods

三種工藝雖各具優(yōu)劣，但人工挖孔工藝優(yōu)勢更明顯。在滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治工程中，項目場地的地形地貌比較復(fù)雜，而人工挖孔工藝因其施工簡便、工作面小的特點，非常適合這類場地；由于其方樁截面受力明確，掘進中能清晰再現(xiàn)地質(zhì)條件，便于動態(tài)設(shè)計和信息化施工[18]，故其一直都是抗滑樁選型中的首選。當(dāng)然，機械成孔雖然局限性更大，但其施工速度快卻是其最大的優(yōu)勢。

3.3 組合成孔工藝分析

通過上述三種成孔工藝對比，人工開挖成孔雖然優(yōu)勢明顯，但顯然也不能適用于所有場地，當(dāng)場地內(nèi)的條件嚴重制約人工挖孔樁的順利實施時，比如需要快速完成治理工作、施工期間安全風(fēng)險太高、地質(zhì)條件不利于人工取土，這個時候機械成孔的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。

組合成孔工藝就是要讓人工成孔和機械成孔兩者結(jié)合使用，發(fā)揮各自優(yōu)勢，揚長避短，協(xié)同作業(yè)。首先充分發(fā)揮機械強度高、速度快的特點，迅速成孔；再利用人工作業(yè)機動靈活的特征，完成擴孔工作。在整個施工過程中，機械和人工的長處均得到了充分運用，其效果顯著：（1）高效施工，成樁迅速；（2）樁身截面形態(tài)滿足設(shè)計要求，并不局限于圓樁；（3）縮短工人在井下作業(yè)時間，降低安全風(fēng)險；（4）能直觀地觀測和復(fù)核地質(zhì)條件，為動態(tài)設(shè)計和信息化施工提供依據(jù)；（5）樁身質(zhì)量便于控制。

當(dāng)然，組合成孔工藝也并非沒有缺點，由于引入了機械，需要提供機械施工的作業(yè)面，同時也要規(guī)避機械震動帶來的負面影響，且成本造價可能增加。這個就需要具體問題具體分析了。

3.4 治理效果分析

由于多種因素制約，該治理工程采用人工開挖成孔的方式已經(jīng)無法按照預(yù)定工期完工，最終采取了旋挖成孔和人工擴孔的組合開挖工藝，按期順利完成了治理工作。支護樁施工完成后，經(jīng)第三方檢測單位對樁身完整性進行了檢測，14根支護樁全部達到I類樁標(biāo)準(zhǔn)，檢測結(jié)果合格。設(shè)計要求連續(xù)三天位移變化不得超過2mm/d，累計位移不得超過25mm；施工期間對滑坡監(jiān)測的結(jié)果顯示，單日位移變化幅度最大值為1.8mm，累計位移19.7mm，滿足設(shè)計要求。至于工程造價方面，原設(shè)計的治理總費用為500萬，采用旋挖成孔后，造價增加了80萬，總造價達到580萬元，增加了16%。雖然總造價有所增加，但如果堅持工藝上不作調(diào)整，工期將無限延長，滑坡得不到及時治理，可能會造成更大的危害；且工期的延長，也會帶來造價的增加，安全風(fēng)險的不可控也將是一個潛在的不利因素。因此，調(diào)整工藝雖然帶來了成本上的增加，但綜合各方面的因素考慮，這個調(diào)整是值得的。

實踐證明，采用組合開挖工藝，減少了對滑體的擾動，有效復(fù)核了地質(zhì)條件，實現(xiàn)了全過程動態(tài)設(shè)計和信息化施工，保障了施工質(zhì)量，實現(xiàn)了預(yù)定的治理效果。組合開挖工藝得到了一次成功的應(yīng)用。

4 結(jié)論

（1）本文通過研究抗滑樁開挖成孔過程中存在的問題，對比分析了三種抗滑樁成孔工藝及優(yōu)點和不足，并最終采用了旋挖成孔和人工擴孔相結(jié)合的方式，該方法顯著提高了施工效率，節(jié)約了施工工期，獲得了良好的社會效益，可為滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程抗滑樁施工提供參考。

（2）常規(guī)人工開挖成孔因其顯著的優(yōu)勢在抗滑樁施工中仍具有不可替代的作用，但其缺點同樣也很突出，當(dāng)采用人工挖孔無法順利實施時，考慮采用機械成孔也可獲良好的治理效果。值得注意的是，采用機械成孔時應(yīng)根據(jù)巖土工程條件、施工場地條件以及當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗綜合分析后選擇成孔工藝。