談砂質(zhì)頁(yè)巖地區(qū)人工挖孔樁施工技術(shù)

何軍美

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

1 概述

貴州省大思高速公路橋神壩大橋橋址位于銅仁地區(qū)江口縣德旺鄉(xiāng)境內(nèi)，跨徑組合為(7×25)m，下部采用柱式墩、重力式橋臺(tái)，樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋梁全長(zhǎng)為191 m。地貌單元屬山間河谷區(qū)，兩側(cè)山坡自然坡率1∶1～1∶1.5之間，因地勢(shì)限制，機(jī)械鉆孔作業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，需采用人工挖孔施工。本橋共有樁基24根，其中直徑160 cm樁基20根，直徑180 cm樁基4根，設(shè)計(jì)最短樁長(zhǎng)20 m，最深樁長(zhǎng)23 m，適宜采用人工成孔。

根據(jù)設(shè)計(jì)院地勘資料顯示，橋址處地表覆蓋厚度不大的沖洪積、殘坡積為主，下伏強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖中風(fēng)化層。基巖地層產(chǎn)狀巖層產(chǎn)狀:150°∠35°，地表水較豐富，地下水以賦存在強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖中風(fēng)化層中的裂隙水為主，水量較小。

2 施工技術(shù)方案的選擇

根據(jù)橋址區(qū)域的地質(zhì)報(bào)告和試樁情況綜合研究分析，24根人工挖孔樁均位于砂質(zhì)頁(yè)巖地段，表層土與基巖交界處地下水較為豐富，在開(kāi)裂的混凝土護(hù)壁內(nèi)增加鋼套筒護(hù)壁，壁厚10 mm，內(nèi)徑不小于樁徑。以確保施工能安全順利進(jìn)行。

3 人工挖孔樁施工的護(hù)壁技術(shù)

3.1 表層土與基巖交界地段人工挖孔樁的護(hù)壁技術(shù)

3.1.1 塌孔原因分析

砂質(zhì)頁(yè)巖是一種沉積巖，成分復(fù)雜，具有薄頁(yè)狀或薄片層狀的節(jié)理，主要是由粘土沉積經(jīng)壓力和溫度形成的巖石，頁(yè)巖抗風(fēng)化力弱，頁(yè)巖不透水，往往成為不透水層或隔水層。根據(jù)試樁開(kāi)挖情況分析強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖在地表以下4 m，巖層傾角35°～38°之間，基本與設(shè)計(jì)地勘資料相符。

由于巖層存在自然傾角，樁基開(kāi)挖后基巖表面上方的粘土層存在滑動(dòng)面，并借助巖層傾角和地下水影響極易造成滑移，甚至塌陷(見(jiàn)圖1)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試樁情況和潛在滑動(dòng)面分析，一般在地表粘土層與基巖交界面以上1 m～2 m范圍內(nèi)容易造成滑移或塌方。

3.1.2 表層土與基巖交界地段人工挖孔樁護(hù)壁方案選擇

因地下水和砂質(zhì)頁(yè)巖巖層特殊構(gòu)造影響，地表粘土層與基巖交界處易形成塌方或局部縮徑。常規(guī)護(hù)壁技術(shù)采用混凝土澆筑，存在較多弊端:1)強(qiáng)度提升時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，受地下水及挖孔爆破影響;2)由于采用人工振搗方式澆筑，封閉地下水效果差。因此在地表粘土層與基巖交界處采用常規(guī)護(hù)壁施工安全隱患較大，極易造成塌方或縮徑。鋼護(hù)筒雖然成本較高，但施工技術(shù)簡(jiǎn)單，且封閉地下水效果好，強(qiáng)度高，安全系數(shù)高，適合用于地表粘土層與基巖交界地段塌方處理。

圖1 潛在滑動(dòng)面示意圖

3.1.3 鋼護(hù)筒制作與連接

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試樁情況和潛在滑動(dòng)面分析，一般在地表粘土層與基巖交界面以上1 m～2 m范圍內(nèi)容易造成滑移或塌方。因此，鋼護(hù)筒一律采用δ=10 mm厚的A3鋼板卷制而成，按1 m的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度定尺加工。加工時(shí)按來(lái)料寬度及配料計(jì)劃高度將鋼板下料成與護(hù)筒周長(zhǎng)相等的小塊。每塊料長(zhǎng)度盡可能大，不得小于最小節(jié)段長(zhǎng)度規(guī)定。下料采用自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行精密切割，保證切口直線度及切口質(zhì)量。下料偏差不得大于1 mm。將完成下料的鋼板在刨邊機(jī)上進(jìn)行機(jī)械切削或自動(dòng)切割機(jī)切割，精加工焊接坡口，使坡口尺寸一致，為保證焊接質(zhì)量創(chuàng)造條件。再通過(guò)輥床卷板機(jī)滾壓成與護(hù)筒外周相同的管節(jié)，卷管方向與鋼板壓延方向保持一致。由于表層粘土層采用常規(guī)護(hù)壁施工工藝，護(hù)壁內(nèi)徑較設(shè)計(jì)樁徑略大，鋼護(hù)筒加工直徑不小于樁徑設(shè)計(jì)值。

對(duì)焊完的護(hù)筒進(jìn)行檢驗(yàn)，橢圓度超標(biāo)的進(jìn)行校圓，校圓通過(guò)輥床卷板機(jī)滾壓完成，以保證每節(jié)管節(jié)的橢圓度。校圓結(jié)束后，在鋼管內(nèi)部加設(shè)臨時(shí)支撐，以免吊裝和運(yùn)輸過(guò)程中導(dǎo)致管樁變形。

3.1.4 鋼護(hù)筒的吊運(yùn)

鋼護(hù)筒吊運(yùn)過(guò)程中應(yīng)該選取合適的吊點(diǎn)，并設(shè)臨時(shí)支撐，防止鋼護(hù)筒變形和損傷。運(yùn)輸途中應(yīng)逐根墊塞固定，并用鋼絲繩捆牢，鋼絲繩與鋼護(hù)筒之間用小木塊夾楔。

3.1.5 鋼護(hù)筒的安裝

鋼護(hù)筒采用邊挖邊沉的方式安裝，鋼護(hù)筒安裝前，做好一切準(zhǔn)備工作，包括樁中心放樣、檢驗(yàn)挖孔直徑大小以及觀察孔內(nèi)狀況，以保證鋼護(hù)筒安裝工作的連續(xù)進(jìn)行，盡量減少中途的停頓時(shí)間，防止孔樁縮徑或局部坍塌，從而增加安裝的難度。安裝過(guò)程中，注意檢查鋼護(hù)筒的中心線和垂直度，以免中心線和垂直度偏差超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)而返工(安裝示意圖見(jiàn)圖2)。

圖2 鋼護(hù)筒安裝示意圖

3.2 安裝鋼護(hù)筒過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1)挖設(shè)表層土與基巖交界地段時(shí)應(yīng)盡量避免放炮開(kāi)挖，由于上部混凝土基腳護(hù)壁懸空，受到較大擾動(dòng)極易滑塌，如確實(shí)需要放炮，應(yīng)采取必要的支護(hù)措施。2)交界地段挖設(shè)樁徑應(yīng)大于鋼護(hù)筒直徑20 cm，以便開(kāi)挖完畢后鋼護(hù)筒中心調(diào)整。3)鋼護(hù)筒應(yīng)嵌入基巖0.5 m以上，以確保粘土層全部被鋼護(hù)筒擋護(hù)。4)地下水較豐富處應(yīng)及時(shí)采取抽水措施，避免因地下水過(guò)多浸泡上部粘土層形成鋼護(hù)筒外側(cè)坍塌，增加清理工作量，必要時(shí)可及時(shí)澆筑混凝土回填。5)開(kāi)挖應(yīng)采取短進(jìn)尺方式，避免因開(kāi)挖進(jìn)尺過(guò)大導(dǎo)致孔內(nèi)塌陷或造成鋼護(hù)筒滑移，一般平均每天進(jìn)尺0.5 m～0.8 m。6)鋼護(hù)筒應(yīng)在開(kāi)挖至交界處前2 m～3 m吊方，以確保施工安全。7)孔樁棄土及雜物應(yīng)堆放在距離孔樁5 m以外，杜絕堆放在孔樁潛在滑動(dòng)面上方，以免造成孔內(nèi)塌方或縮徑。

4 粘土層與基巖交界地段塌方處理方法

在橋神壩大橋左幅4-2號(hào)樁基粘土層與基巖交界地段開(kāi)挖施工時(shí)，樁底面距離0.5 m，現(xiàn)場(chǎng)施工人員未提前放入鋼護(hù)筒，出現(xiàn)較大失誤。期間遇持續(xù)降雨天氣，導(dǎo)致交界面以上1 m～2 m范圍內(nèi)形成較大面積滑移、塌方，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

原因分析:造成孔內(nèi)滑移、塌方的主要原因?yàn)樯百|(zhì)頁(yè)巖傾角對(duì)上部粘土層造成滑動(dòng)趨勢(shì);持續(xù)降雨天氣使地下水?dāng)?shù)量迅速增長(zhǎng)，孔內(nèi)形成積水，且未及時(shí)排除，粘土浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致自身重量將加大，土層平衡遭到破壞所致。

處理方法:加工鋼護(hù)筒3節(jié)，單節(jié)長(zhǎng)度1 m，待孔內(nèi)塌方處基本穩(wěn)定后，將第一節(jié)調(diào)入孔內(nèi)后，清理孔內(nèi)坍塌粘土，采用片石回填坍塌空腔，并及時(shí)調(diào)整鋼護(hù)筒位置，確保垂直度和樁中心與鋼護(hù)筒軸心保持一致，調(diào)整好第一節(jié)鋼護(hù)筒后調(diào)入第二節(jié)鋼護(hù)筒，采用焊接連接，并檢查垂直度和中心線。3節(jié)鋼護(hù)筒安裝完畢后可進(jìn)行正常挖孔施工，但不能進(jìn)行放炮作業(yè)。

5 安全保證措施

施工前和施工過(guò)程中，應(yīng)認(rèn)真檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，施工人員的安全控制以及現(xiàn)場(chǎng)用電的安全控制，遇異常情況應(yīng)立即停止施工。

1)人員安全控制。現(xiàn)場(chǎng)所有的作業(yè)人員必須佩戴安全帽、安全繩。在任何情況下，嚴(yán)禁施工人員進(jìn)入沒(méi)有護(hù)筒或無(wú)其他防護(hù)設(shè)施的孔樁中處理故障，當(dāng)必須下入護(hù)筒或其他防護(hù)設(shè)施的鉆孔時(shí)，我們要認(rèn)真檢查孔內(nèi)有害氣體，并備齊防毒、防溺、防坍埋等安全設(shè)施后進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立安全警戒并明示，防止非現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。項(xiàng)目部專職安全員每天進(jìn)行例行安全監(jiān)督檢查，深入現(xiàn)場(chǎng)抓“三違”，對(duì)違章指揮、違章作業(yè)、違反勞動(dòng)紀(jì)律的行為，予以制止，按有關(guān)規(guī)定對(duì)責(zé)任人進(jìn)行處罰。

2)設(shè)備安全控制。所有的設(shè)備要進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，過(guò)程中隨時(shí)檢查設(shè)備并保養(yǎng)及維護(hù)，始終使設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩、定向滑輪、出料斗、吊鉤等進(jìn)行安全檢查，對(duì)不符合安全要求的設(shè)施及時(shí)進(jìn)行更換。在現(xiàn)場(chǎng)要配置備用發(fā)電機(jī)或手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，防止停電人員被困井下。

3)用電及其他安全控制。現(xiàn)場(chǎng)施工用電線路搭接按規(guī)范要求進(jìn)行連接，禁止亂搭接線路，確保現(xiàn)場(chǎng)施工用電安全。孔內(nèi)照明應(yīng)采用安全礦燈或12 V以下的安全燈。孔中操作工應(yīng)手戴工作手套，腳穿絕緣膠鞋。電源線路采用“三相五線制”。挖孔樁井下施工人員均配備停電應(yīng)急燈，以防停電帶來(lái)不便。停電時(shí)，井下作業(yè)人員必須停止施工，采用手動(dòng)轆轤將井下作業(yè)人員迅速拉上地面。

6 結(jié)語(yǔ)

橋神壩大橋人工挖孔樁施工在確保安全、優(yōu)質(zhì)的情況下順利完工，通過(guò)在砂質(zhì)頁(yè)巖地區(qū)進(jìn)行挖孔樁的實(shí)踐證明，只要工藝合理、技術(shù)得當(dāng)、安全可靠，人工挖孔樁施工能優(yōu)質(zhì)高效完成。此次對(duì)在砂質(zhì)頁(yè)巖地區(qū)人工挖孔樁施工技術(shù)的應(yīng)用和總結(jié)，為今后類似工程提供借鑒作用。

［1］JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.