千枚巖地質大型灌注樁開挖施工工法

王 科，田 濤

(陜西水利水電工程集團有限公司，陜西 渭南 714000)

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千枚巖地質大型灌注樁開挖施工工法

王 科，田 濤

(陜西水利水電工程集團有限公司，陜西 渭南 714000)

漢中石門水庫渡槽工程地質為為前寒武系綠泥石絹云母千枚巖，中墩豎井開挖是漢中石門水庫渡槽工程的一個難點項目，每個中墩下設計有8根樁基，最小樁距僅為1.55m，開挖過程中井壁坍塌嚴重，安全施工無法保證，項目部根據現場地質情況，最終采用鋼筋混凝土倒掛壁，間隔開挖的施工方法解決了開挖問題，順利完成了樁基施工開挖的質量，通過文章的介紹，對同類地質條件下豎井開挖具有借鑒意義。

水利水電工程；大直徑樁；倒掛壁；開挖施工技術

1 工程概況

位于陜西省漢中市境內的石門水庫灌區瀝水溝渡槽工程屬于震后的一項改建工程，該工程的渡槽全長為169.13m，其水流量為30m3/s，跨渡槽，其跨度為43m。該工程設計屬于鋼筋混凝土拱肋排架結構。渡槽設計為中部空心墩2個，兩側大體積重力式邊墩2個，擋墻2個，全渡槽共有30根樁基，最大樁徑2.7m，最小樁徑1.7m，其深度在14.2-30m之間。

2 地質條件

地表地質為第四系全新統人工填土和砂卵石層，較為松散，下面為前寒武系綠泥石云母千枚巖，巖體破碎、軟弱，風化強烈，張裂隙發育，遇水軟化成泥狀，地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水，中墩設計蓋梁底4-8m見地下水。

3 樁基施工的難點和問題分析

3.1 設計樁距較近，不符合規范要求

1)根據2003版《全國民用建筑工程設計技術措施-結構》中表3.10.2樁的最小中心距規定為：人工成孔灌注樁中心距宜≥2.5d，依據規范，中墩井柱的中心距最小應為：2.5×2.3=5.75m，設計中墩井柱最小中心距為3.90m。

2)根據JGJ94-2008《建筑樁基技術規范》中表3.3.3-1樁的最小中心距規定：本工程為成樁工藝為非擠土灌注樁，樁的最小中心距為3d,即3×2.3=6.9m。

設計圖紙中中墩下井柱中心距和凈距過小，不符合相關規范之規定，在多方交涉，無法改變設計文件的前提條件下，考慮工期和經濟性，決定井柱開挖方法,為人工鉆爆間隔開挖。詳見圖1。

圖1 人工鉆爆間隔開挖圖

3.2 受爆破震速影響，需開挖完后統一澆注

因1號中墩處于河溝當中，汛期河溝水流較大，項目部受工期所迫，決定先開挖①、③、⑤、⑦號井柱，待其4個井柱開挖完畢混凝土澆筑后再施工其余4個井柱(原則為挖一個、澆一個、保一個)，但存在鄰樁施工時爆破對新澆筑井柱混凝土的影響問題，經咨詢相關專家及查閱規范后，方案是不可行的，原因為：根據GB6722-2003《爆破安全規程》第6.2.2條規定，爆破對新澆大體積混凝土的安全允許震速V值為：齡期初凝-3d，V=2-3cm/s,齡期3d-7d，V=3-7cm/s，齡期7d-28d，V=7-12cm/s。

參照爆破震速計算公式及根據工程經驗，在凈間距只有1.55m時，即便最大一段爆破藥量控制不超過1kg，相鄰已澆筑井柱混凝土受到的爆破震速，無論如何都在40cm/s以上，遠超過規程允許值。由此說明，爆破振動必將破壞相鄰井柱的完整性，使其混凝土產生裂縫。即便采用預裂爆破措施，也改變不了上述結果[1]。

3.3 開挖過程中、滲水、塌孔現象嚴重

項目部最終開挖方案為：先開挖①、③、⑤、⑦號井柱，再開挖剩余②、④、⑥、⑧號井柱，待所有樁基開挖完后會再進行灌注樁混凝土的澆筑。由于工程所處地質為千枚巖，風化破碎較為嚴重，開挖過程中塌方、串孔現象較為嚴重，經過分析研究：我項目部開挖時采用倒掛壁形式進行護壁支護，爆破時遵循“短進尺，弱爆破，分段起爆，降低最大一段藥量”的原則有效的解決了問題。

4 開挖及支護施工技術

4.1 開挖施工技術

4.1.1 施工工藝

開挖的工藝方法主要是采用了人工鉆爆法，從上層到下層按順序進行開挖，然后是先挖中間、接著是周邊，在開挖過程中必須有效控制截面尺寸。每節護壁的高度一般以0.9-1.2m之間較好。護壁模板采用組合式鋼模，弧形工具式鋼模八塊拼裝。人工澆筑，人工搗實，混凝土強度標號為C20，坍落度控制在100mm，護壁混凝土要振搗密實，需加早強劑，嚴禁用插入振動器振搗，以免影響模外的土體穩定；上下壁搭接50-75mm，護壁混凝土達到一定強度(一般24h后)便可拆模，再開挖下一段。

人工挖孔時，土質地層和強風化地層采用鐵鍬、洋鎬或風鎬進行開挖，如至弱風化、微風化巖層時，采用非電雷管淺孔爆破方法進行開挖。

井口設置全角吊運機進行渣土垂直運輸，傾倒至井外后由挖掘機收集裝車外運。

4.1.2 爆破方法及參數

井柱巖石開挖遵循“短進尺，弱爆破，分段起爆，降低最大一段藥量”的原則。將每次爆破的循環進尺進行有效的控制，0.8m左右的控制量，每次爆破的石方量為3.93m3，巖石成分主要為千枚巖，其堅固性系數為f=6-8，每次爆破鉆孔的直徑為40-42mm，炸藥成分的選擇主要為粉狀乳化炸藥卷，每卷為150g，每卷的長度為20cm。掌子面上設置布置3圈炮孔，鉆孔的深度為1m，炸藥單耗q=2-2.5 kg/m3，爆破的方式主要是采用毫秒差起爆，控制最大一段起爆藥量不超過2.5kg。

1)炮孔布置：

a)掏槽孔布置：對于掏槽孔的布置，主要是采用了錐形掏槽的方式，對其有效的布置4個有效孔，其孔口是0.8m的圓圈直徑，掏槽孔的有效深度為1.2m，其孔底的間距設定為0.3m。

b)中空孔布置：中空孔按照布局要求，設計在圓心位置，中空孔的孔深為1.3m，孔徑≥其他炮孔。

c)輔助孔布置：周邊孔和掏槽孔之間進行輔助孔的布置，中間孔設計了8個，中間孔的深度為1m。

d)周邊孔布置：設計輪廓線以內15公分處設計周邊孔，周邊孔設計布置12個，周邊孔的深度為1m。

綜上，總共有25個炮孔，進尺為26.1m。

2)藥量：

選定q=2.5kg/m3，每一次的爆破總需藥量為Q=qV=2.5×3.93=9.8kg。

a)掏槽孔藥量設計：設計0.6kg的單孔藥量，所以4個掏槽孔的總裝藥量為2.4kg；

b)中空孔：裝藥量0.3 kg(裝藥長度0.4m)；

c)輔助孔：單孔藥量0.375kg(裝藥長度0.5m，炮孔裝藥系數0.5),8孔共裝藥3.0kg；

d)周邊孔：單孔藥量0.375kg(裝藥長度0.5m，炮孔裝藥系數0.5),12孔。

共裝藥4.5kg。

以上25個孔總裝藥量10.2kg，相當于單耗2.6 kg/m3。

3)起爆網絡：

采用毫秒差導爆管雷管起爆網絡，各類炮孔所用毫秒延期雷管段別及延時見表1。

表1 起爆雷管段別及延時

以上爆破設計詳見圖2。

圖2 爆破設計圖

4.1.3 開挖爆破施工應注意的問題

1)布孔：應由爆破工程技術人員或爆破班長完成，用紅油漆將孔位布置在巖面上，鉆孔孔口偏差應≤5cm。

2)鉆孔：掏槽孔與工作面夾角為78°，鉆孔時應很好掌握，確保孔底間距(設計值為0.3m)，偏差≤5cm。各炮孔孔深應根據工作面巖石起伏程度作出調整，使孔底落在設計位置；

3)裝藥：按設計值裝藥，起爆雷管裝在底部藥卷，反向起爆；

4)填塞：用干混合適的黃土(含水量15%左右)填塞炮孔，用木炮棍認真分層搗實，不允許使用無填塞(或用值填塞)爆破；

5)起爆網絡：將從25個炮孔伸出的25根導爆管簇連在一起，用2發電雷管引爆，起爆源為導爆管起爆器。

6)爆破效果總結：在每次爆破完成之后，鉆孔人員，技術人員一塊觀察爆破的現場，根據現場的情況，總結爆破的經驗教訓，根據本次爆破的實際情況，來辨識本次爆破的問題，并提出解決方案，為下次循環爆破提供有效的改進措施[2]。在這種不斷改進和優化的過程中，不斷的改進技術水平。

7)開挖爆破同時，也要注意已開挖成型井柱的支撐防護及滲水的及時抽排。

4.2 倒掛壁支護施工技術

采取定型加厚鋼模板，全井身施工倒掛壁混凝土，厚度為150mm，混凝土標號為C20，增加配筋率，護壁鋼筋配筋為Φ8，間距為150mm，具體施工方法如下所述：

1)倒掛壁示意圖見圖3。

圖3 倒掛壁示意圖

2)倒掛壁施工要求：

a)首節倒掛壁伸出井壁外0.5d(d為井柱直徑)，每層護壁高度為1.0m，嚴格按照C20混凝土配合比拌料，入倉必須進行振搗。

b)每層護壁鋼筋網片必須嚴格綁扎牢固，上下層鋼筋網片豎向鋼筋要焊接牢固，搭接長度為10d，即搭接長度為8cm，每層護壁混凝土方量1.06m3，鋼筋量為39.9kg；混凝土保護層為5cm。

5 結 語

豎井施工是水利水電的重要工程施工點,不僅關系著整個工程的質量,屬于基礎項目的工程,要科學的設計工程方案,聘請專業的,有資質工作人員進行施工，漢中石門水庫渡槽改建工程通過各方面人員的共同努力，解決了施工過程中存在種種問題，完成了中墩井柱開挖任務，為后期其余井柱施工奠定了堅實基礎，也為在相類式地質條件下施工大直徑、近距離人工挖孔樁積累了經驗。

[1]穆愛明.石門水庫灌區瀝水溝渡槽斜井施工技術分析[J].陜西水利，2012(05)：26-30.

[2]艾進榮.鉆孔灌注樁開挖后樁頂冒水庫因分析及預防措施[J].西部探礦工程，2009(11)：69-70.

1007-7596(2017)05-0085-03

2017-04-16

王科(1980-)，男，陜西渭南人，工程師，從事施工管理工作；田濤(1982-)，男，陜西渭南人，工程師，從事施工管理工作。

TU753.3

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