巖溶地區(qū)特殊橢圓形樁體人工挖孔樁施工技術(shù)

陳 飛，吳健翔

（1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000；2.贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，江西南昌330002）

·隧道與建設(shè)工程·

巖溶地區(qū)特殊橢圓形樁體人工挖孔樁施工技術(shù)

陳 飛*1，吳健翔2

（1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000；2.贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，江西南昌330002）

結(jié)合湖北省武警總隊(duì)團(tuán)職樓特殊橢圓形樁體人工挖孔樁實(shí)踐，針對石灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育、裂隙、石灰?guī)r強(qiáng)度高等復(fù)雜地質(zhì)條件及周邊環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，對施工方法進(jìn)行優(yōu)化選擇，采用注漿、控制爆破等多種施工技術(shù)，滿足了工程質(zhì)量和進(jìn)度要求。介紹了巖溶地區(qū)人工挖孔樁關(guān)健施工技術(shù)、施工難點(diǎn)的處理，為巖溶地區(qū)人工挖孔樁施工提供了有益的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

巖溶；人工挖孔樁；注漿；控制爆破

1 工程概況

武警湖北省總隊(duì)團(tuán)職樓位于武漢市武昌區(qū)雄楚大道尤李東港小區(qū)，該工程主樓22層，裙樓2層，設(shè)1層地下室，擬建主樓建筑面積25000m2，框架剪力墻結(jié)構(gòu)、高度70m，安全等級(jí)為一級(jí)。該大樓基礎(chǔ)采用特殊橢圓形樁體人工挖孔樁，采用混凝土護(hù)壁，樁數(shù)128根，樁徑0.8～1.3m，樁長16m，擴(kuò)大頭0.8～2.4m，混凝土標(biāo)號(hào)C30，鋼筋主筋為?16mm、箍筋?8mm@125/250，樁基頂標(biāo)高-6.03m。工程樁施工在基坑開挖后進(jìn)行，樁基持力層為中風(fēng)化灰?guī)r。

2 工程地質(zhì)條件

據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，該場地地貌單元屬長江Ⅲ級(jí)階地，場區(qū)所分布的地層表層為雜填土層，其下為第四系上更新統(tǒng)沖積的粘性土層及二疊系灰?guī)r。場區(qū)內(nèi)地層分布為：①雜填土層，土層厚2.0m；②淤泥質(zhì)土層，土層原2.2m，fak=40kPa，Es=1.5MPa；③粉質(zhì)粘土層：土層厚3.8m，fak=120kPa，Es=5.0MPa；④粉質(zhì)粘土夾碎石層，土層厚2.9m，fak=210kPa，Es=14.0MPa；⑤泥質(zhì)砂巖強(qiáng)風(fēng)化，土層厚16m，fak=450kPa，Es=44.0MPa；⑥灰?guī)r，未穿造，單軸抗壓強(qiáng)度56MPa。

場區(qū)地下水主要為賦存于雜填土中的上層滯水，受大氣降水及生活排水的補(bǔ)給，以蒸發(fā)及地下徑流的形式排泄，其水量有限，無統(tǒng)一水位，場區(qū)上層滯水靜止水位埋深在地表以下1.2～1.6m之間。巖溶、裂隙現(xiàn)象發(fā)育，有溶洞、溶槽及巖溶破碎帶等現(xiàn)象，溶洞分布以垂直方向?yàn)橹鳎芏锤?.2～0.5m，少數(shù)為全填充或半填充軟塑狀粘土等。

3 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及施工方案優(yōu)化選擇

3.1 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

本工程工期短，對橢圓樁體人工挖孔樁質(zhì)量要求高，任務(wù)量大。在基坑開挖完后再進(jìn)行人工挖孔樁施工，雖然可以減少樁體挖土量，但增加了施工難度。持力層為灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育，需對灰?guī)r裂隙水進(jìn)行處理，工程周邊情況復(fù)雜（圖1），若采用降水井有可能對周邊建筑產(chǎn)生不良影響。灰?guī)r強(qiáng)度高達(dá)56MPa，挖掘難度大。

圖1 樁基工程周邊環(huán)境示意圖

3.2 施工方案優(yōu)化選擇

根據(jù)工程特點(diǎn)及地質(zhì)條件，針對工程難點(diǎn)，經(jīng)多種成孔工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，決定采用一樁一孔地質(zhì)超前鉆查明灰?guī)r裂隙、溶洞情況，視情況進(jìn)行注漿以封閉巖層裂隙水通道，以確保人工挖孔樁的順利實(shí)施[1]；土層用鐵鍬、泥質(zhì)強(qiáng)風(fēng)化砂巖用鐵鍬配合風(fēng)鎬挖掘[2]，灰?guī)r采取控制爆破技術(shù)施工。

4 施工工藝及主要技術(shù)措施

4.1 施工工藝流程

人工挖孔樁施工工藝流程為：場地平整→放線、定樁位→一樁一孔超前鉆→注漿→挖第一節(jié)樁孔土方→支模澆架、安裝，吊土桶、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、照明設(shè)施等→第二節(jié)樁身挖土→清理樁孔四壁、校核樁孔直徑和垂直度→拆上節(jié)模板，支第二節(jié)模板，澆筑第二節(jié)混凝土護(hù)壁→重復(fù)第二節(jié)挖土、支模、澆筑混凝土護(hù)壁工序，循環(huán)作業(yè)直至設(shè)計(jì)深度→檢查持力層土質(zhì)→鉆爆破眼、爆破、擴(kuò)底→對樁孔直徑、深度、擴(kuò)底尺寸、垂直度、持力層進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收→清理虛土石、排除孔底積水、水泥砂漿封底→吊放鋼筋籠就位→澆筑樁身混凝土→樁基檢測。

4.2 一樁一孔超前鉆后注漿

4.2.1 一樁一孔地質(zhì)超前鉆

根據(jù)工程地質(zhì)勘探初步報(bào)告顯示，該工程地質(zhì)情況極其復(fù)雜，因此按一樁一孔的設(shè)計(jì)布置超前鉆，通過巖芯鉆探取得每一樁孔的地質(zhì)剖面直觀資料，進(jìn)一步查明每個(gè)樁孔的溶洞分布情況及持力層的準(zhǔn)確頂面高程及判定地下水類型、大小及流向。

4.2.2 超前鉆后注漿

本工程共施工128個(gè)超前鉆，其中判明86個(gè)孔存在溶洞或裂隙，因此對這86個(gè)孔在樁基施工前進(jìn)行注漿處理。

注漿設(shè)備主要有BW250型注漿泵、100型鉆機(jī)、泥漿攪拌機(jī)和貯漿槽、高壓灌漿管及其配件。

利用超前鉆的鉆孔為通道進(jìn)行注漿，注漿時(shí)注漿管插入孔底部，注漿開始前先向注漿管內(nèi)壓入清水沖洗孔隙，然后再送漿，打開止?jié){帽回水閥，待水泥漿液將孔內(nèi)清水完全置換出來，回水閥流出水泥漿后關(guān)閉，進(jìn)行壓力注漿，注漿結(jié)束后清洗注漿設(shè)備，防止殘留漿液凝固堵塞注漿管路。注漿參數(shù)見表1。

表1 注漿參數(shù)表

4.3 樁孔挖掘

樁孔土方按段開挖，逐段用混凝土護(hù)壁，灰?guī)r挖掘用爆破方法。

4.3.1 挖土施工方法及技術(shù)措施

挖土由人工從上到下逐層用鎬、鍬進(jìn)行，遇堅(jiān)硬土層用錘、釬破碎，挖土次序?yàn)橄戎虚g部分后周邊，按設(shè)計(jì)樁直徑加2倍護(hù)壁厚度控制截面[3]。擴(kuò)底部分采取先挖樁身圓柱體，再按擴(kuò)底尺寸從上到下削土修成擴(kuò)底形。棄土裝入活底吊桶或籮筐內(nèi)。垂直運(yùn)輸，在孔上口安支架、工字軌道、鋼制鉸架，用塑料繩人工提升。土方吊至地面上后，甩開洞口1.0m以外。

地下水采取隨挖隨用吊桶將泥水一起吊出。大量滲水，在一側(cè)挖集水坑，用高揚(yáng)程潛水泵排出樁孔外。

多樁孔同時(shí)成孔，采取間隔挖孔方法，以減少水的滲透和防止土體滑移，本工程樁距小于3m的樁均采用跳挖開孔。

對樁的垂直度和直徑，應(yīng)每段檢查，發(fā)現(xiàn)偏差，隨時(shí)糾正，保證位置正確。其檢查的簡易方法采用自制的十字架和線錘對中，只要把十字架放在第一段護(hù)壁上口的控制標(biāo)記上，控制樁孔圓心和樁身的偏斜[4-5]。

樁底開挖至設(shè)計(jì)要求的持力層上，并清除底部虛土，逐根進(jìn)行隱蔽檢查。

遇塌孔，采取在塌方處砌磚外模，配適量直徑6～9mm間距150mm鋼筋，再支鋼內(nèi)模灌筑混凝土護(hù)壁。擴(kuò)底時(shí)，為防止擴(kuò)大頭處塌方，采取間隔挖土擴(kuò)底措施，留一部分土方作為支撐，待澆灌混凝土前再挖。

4.3.2 護(hù)壁施工方法及技術(shù)措施

每段護(hù)壁接頭處作成鋸齒形或階梯形以便于澆筑護(hù)壁混凝土，又可供操作人員上下蹬踏。護(hù)壁混凝土的模板為圓臺(tái)形的定型鋼模板或拼裝模板，便于裝拆。組合模板共設(shè)3塊，其中1塊為退拔模板，拆模時(shí)只需將退拔模板往圓心方向一退，其余2塊模板就可很方便地拆除。在構(gòu)造上，這種鋼模的邊肋要按圓孤倒角，2塊模板在邊肋處可用U型卡連接。拆上節(jié)、支下節(jié)，循環(huán)周轉(zhuǎn)使用。

第一節(jié)混凝土護(hù)壁高出地面100～200mm，便于擋水和定位。混凝土采用機(jī)械拌制，用吊桶運(yùn)輸人工澆筑，上部留100mm高作澆灌口，混凝土澆完拆模后，用混凝土或砌磚堵塞，外抹水泥砂漿封閉。

護(hù)壁混凝土澆筑時(shí)，由于上圈僅有100～150mm的空隙，混凝土進(jìn)料比較困難。為此在施工中根據(jù)模板尺寸大小，制備幾套專用進(jìn)料模具。

施工時(shí)，將模具擱置在護(hù)壁的鋼模板上，邊沿上相接的孔眼用U型卡扣固定。下料時(shí)混凝土沿著模具徐徐進(jìn)入護(hù)壁內(nèi)，這樣既方便施工，又加快了進(jìn)度，并且減少混凝土澆筑時(shí)的損失。護(hù)壁混凝土的強(qiáng)度等級(jí)按設(shè)計(jì)要求，為C20混凝土。為使混凝土振搗密實(shí)，配制坍落度較大的細(xì)石混凝土，同時(shí)要求采用微型振動(dòng)棒搗固混凝土。

在開挖至第三層時(shí)即要設(shè)計(jì)內(nèi)支撐，采用?80mm的鋼管，兩端焊接400mm×500mm的墊板，基強(qiáng)度必須滿足要求，每4m設(shè)計(jì)一層，每層設(shè)計(jì)2道，如圖2所示。

圖2 橢圓形樁體內(nèi)支撐示意圖

4.3.3 挖孔樁控制爆破技術(shù)

進(jìn)入灰?guī)r持入層后采用2#巖石乳化炸藥進(jìn)行爆破作業(yè)，炮孔按螺旋孔掏槽布置，采用對稱起爆[5]。樁基入巖爆破參數(shù)根據(jù)所爆破的挖孔樁直徑、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)以及所用炸藥的性能來確定，周邊孔間距30cm，爆破單耗3.5kg/m3、炮孔深度100cm。開挖爆破要避免超挖，預(yù)留20～30cm保護(hù)層，爆破后用風(fēng)稿修整，清除有裂隙巖石。

采用濕式鉆孔，井下爆破采用水草封堵，強(qiáng)防護(hù)，爆破作業(yè)時(shí)基本無粉塵、噪聲小，爆破效果良好。

4.4 鋼筋籠制安及砼灌注

鋼筋籠在地面上加工制作綁扎成型，然后一次起吊就位。

由于樁孔較深，混凝土的下料采用漏斗和串筒下料，這樣可防止混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。同時(shí)樁身混凝土采取連續(xù)澆筑分段振搗的方法施工，每段振搗厚度不得超過0.5m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求規(guī)定，為方便施工澆筑和振搗，坍落度適當(dāng)增大。

混凝土連續(xù)分層澆灌，每層澆灌高度不得超過1.5m。對小直徑挖孔樁，距地面6m以下利用混凝土的坍落度和下沖力使之密實(shí)。6m以內(nèi)公層振搗密實(shí)。大直徑挖孔樁應(yīng)分層搗實(shí)，第一次澆灌到擴(kuò)底部位的頂面，隨即振搗密實(shí)，再分層澆筑樁身，直至樁頂。在混凝土初凝前抹壓平整，避免出現(xiàn)塑性收縮裂縫或環(huán)向干縮裂縫。表面有浮漿層應(yīng)鑿除，以保證與上部承臺(tái)或底板良好連接。

5 結(jié)語

（1）本樁基工程用時(shí)45d，比合同工期提前15d完成施工任務(wù)，經(jīng)檢測樁身質(zhì)量及持力層、承載力均滿足設(shè)計(jì)要求，其中Ⅰ類樁占95.3%，Ⅱ類樁占4.7%，無Ⅲ類樁，工程質(zhì)量優(yōu)良。

（2）在巖溶地區(qū)進(jìn)行人工挖孔樁施工，應(yīng)充分查明工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件。本工程中采用一樁一孔超前鉆，并對巖溶裂隙進(jìn)行注漿處理，確保了施工安全和樁基質(zhì)量。

（3）本工程工期緊、周邊情況復(fù)雜、灰?guī)r持力層強(qiáng)度高，爆破安全問題嚴(yán)竣。采用控制爆破技術(shù)對灰?guī)r進(jìn)行爆破，由于選擇的控制爆破參數(shù)切合工程實(shí)際、采取的安全措施得當(dāng)，沒有對周邊建筑及基坑造成不良影響，對保證樁基的質(zhì)量和工程進(jìn)度取得了明顯的效果。

[1]張威.淺析巖溶地區(qū)樁基施工技術(shù)措施[J].土工基礎(chǔ),2012,26（5）:49-50,57.

[2]韓貴雷.圍壓對破裂巖體注漿加固效果影響分析[J].工程勘察,2012（9）:4-8.

[3]梅洪亮.廈門西站大尺寸矩形人工挖孔樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2011,39(1):80-82.

[4]蔣學(xué)文.巖溶地區(qū)樁基施工風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對措施[J].建筑施工,2012（10）:975-977.

[5]張明.人工挖孔樁在工業(yè)廠房中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ),2010,24 (4):36-39.

TU753

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1004-5716(2015)09-0162-03

2014-09-25

江西理工大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目（22027）。

陳飛（1969-），男（漢族），湖南邵東人，副教授，現(xiàn)從事地質(zhì)工程、巖土工程專業(yè)的教學(xué)與科研工作。