大直徑混凝土灌注樁在煤田采空區的施工

申 永 紅

(陽泉市建設集團有限責任公司工程一處，山西 陽泉 045000)

1 工程概況

本工程為陽泉市糧油購銷總公司投資建設的綜合性商業大廈(后改作酒店)，坐落于陽泉市北大街和泉中北路交界處，坐北朝南，主樓地上25層，地下2層，裙房地上3層，地下1層，主樓為框剪結構，裙房為框架結構，裙房呈L型布置將主樓三面包圍，主樓總高95.4 m，裙房總高15 m，總建筑面積2萬m2，主樓的基礎設計為人工挖孔樁與混凝土箱體復合基礎，裙房為鋼筋混凝土條基。本文重點介紹煤田采空區的樁基施工。

2 樁基的施工范圍及概況

根據設計圖紙，主樓部分采用大直徑人工挖孔樁與混凝土箱體復合基礎。設計共有30根樁位，樁徑最小的2 300 mm，最大3 200 mm。要求入砂巖深度不小于500 mm，平均深度20 m。地質構造依據地質勘測資料顯示，從上到下依次是①雜填土;②粉質黏土，可塑性較高;③風化頁巖，風化～較密集～密集～非常密集;④煤層;⑤砂巖。因該項目位于古代小煤窯開采區，有部分樁基坐落于煤田采空區。根據地下水位情況可知：采空區內充滿水。為此我們制定的施工方案就是先采用人工開挖的方法開挖，當遇到采空區無法繼續下挖時改用機械成孔的方法以節省造價，節約開支。人工開挖的方法本文不做介紹，重點介紹如何在采空區進行大直徑灌注樁的機械施工。

3 機械成孔的施工方案

3.1 設備選型

根據現場實際條件，綜合各種技術經濟指標，選用三一重工SR485R-H10旋挖樁機。鉆桿及鉆頭選用符合設計及技術要求的產品，由鉆孔分包作業單位自己把握。

3.2 護筒

采用厚度為6 mm的鋼板根據成孔的大小自行焊接鋼護筒。鋼護筒長度需根據施工作業時實際需要確定，要保證安全封閉采空區，保證高于采空區和低于采空區各1 m。必要時與樁身長度相同。用塔吊安放就位。

3.3 機械采空區位成孔的施工流程

采空區成孔工藝流程見圖1。

3.4 施工現場布置

非采空區部位的人工挖孔樁全部完成后(包括樁身混凝土的灌注)。安排鉆機進場，并進行現場組裝和現場布置，鉆機安裝后，應保證底座和頂端的平穩，避免在鉆井中產生位移，沉陷。施工用水電管網做出相應的調整布置。

3.5 采空區鉆機成孔作業

煤層上部的頁巖大部分已由人工開挖，剩余的是比較堅硬的頁巖，先采用短螺旋鉆頭破碎，然后用撈沙兜撈渣，也可以取芯的方式進行環狀的切削鉆進，穿過采空區的煤層，即進入砂巖層，也就是樁基的持力層，采用環狀取芯鉆進。在鉆孔過程中，必須確保孔位準確，開鉆初時，應慢速鉆進，以掌握好該孔的位置、方向、垂直度、孔徑等。待導向部位和鉆頭全部進入巖層后方可加速鉆進。在整個鉆進過程中應始終保持垂直狀態，平穩鉆進。避免鉆成斜孔，彎孔和擴孔。還應細心觀察進尺及出渣情況。根據出渣種類及多少適當控制進尺速度。鉆孔作業應分班連續進行，各作業班組應做好施工記錄，做好交接班的資料交接。穿透采空區后進入砂巖層繼續鉆進500 mm后停鉆，進行護筒安放及清孔。

3.6 清渣

鉆孔達到設計要求(即入巖500 mm)后，對孔深、孔徑、垂直度進行檢查。成孔質量達到施工驗收標準后采用抽漿的方法進行清孔。即用大功率污水泵抽取底部浮漿。在吊入鋼筋骨架灌注混凝土前應再次檢查沉渣厚度，若超過規定要求要再次進行清孔。

4 鋼筋籠制作吊裝

4.1 鋼筋的連接

受力主筋采用直螺紋套筒連接，箍筋采用綁扎搭接。

4.2 鋼筋的制作

根據設計要求及實際的鉆孔深度，鋼筋籠分兩段制作，要求兩段連接時同一斷面的接頭數量不得大于接頭總數的50%，制作時應每隔2 m設置一道加強箍，吊裝點另加十字支撐，所用鋼筋的截面面積可小于主筋，與主筋焊接牢固，以保證鋼筋籠的整體剛度，不至于吊裝時變形、散架(如圖2所示)。

4.3 鋼筋籠吊裝

清孔完成后，開始鋼筋籠的吊裝。用工地的塔式起重機進行吊裝作業(經工地現場計算能夠滿足起吊要求)。從鋼筋籠制作平臺直接吊運至清孔完成的樁孔。起吊點選擇在距離樁頂2 m處。籠子吊離地面后利用重心偏離原理通過起吊鋼絲繩在吊車鉤上的滑動并稍加人力控制實現平直起吊轉化為垂直起吊以便入孔。入孔后用墊塊和鋼筋插桿來定位以保證鋼筋籠的平面位置。去除加固用的十字支撐。

5 采空區水下混凝土澆筑

5.1 混凝土配比的確定

原設計的混凝土等級是在干作業的情形下設定的，改為水下澆筑時需提高一級標號。

5.2 混凝土澆筑的參數確定

5.2.1超壓力P及導管內徑的確定

只有當混凝土在導管底部的出口壓力大于管外地下水壓力時，才能保證混凝土順利通過導管下注，實現水中澆筑。為此根據計算及本工程的實際情況確定超壓力P≥75 kN/m2。導管內徑根據工地實際情況取d=200 mm。

5.2.2首批混凝土需用量的確定

為保證導管內的水能完全排出，并使管口處至少埋入混凝土0.8 m高，防止澆筑時導管外地下水進入混凝土，需在卸料漏斗和導管內貯備一定數量的混凝土，按以下公式確定。

其中，d為導管內徑，取0.20 m；HC為首次混凝土澆筑埋管高度，m，取0.8 m;A為灌注樁截面面積，取樁徑最大(D=2 300 mm)A=3.14×1.15×1.15=0.64 m2;h1為樁孔內混凝土澆筑高度達到首次混凝土澆筑埋管高度時導管內混凝土柱與導管外水壓平衡所需高度,m，根據理論計算和本工程的實際取值為3.25 m。

5.2.3貯料斗的容量確定

貯料斗的容量，應大于首批混凝土的數量V。即容量不小于3.5 m3。

5.3 混凝土澆筑工藝

5.3.1施工前準備

1)報請監理進行隱蔽工程驗收，合格后填寫混凝土澆筑令；

2)搭設澆筑平臺，貯料斗安裝就位，聯系混凝土攪拌站作好開盤準備；

樁孔孔口設置蓋板，避免混凝土散落樁孔內；

3)各作業人員及現場檢測人員準備就位，由項目工長進行作業前的技術交底。

5.3.2施工流程

1)把導管下到距離樁底350 mm處，用定制的皮球(也可用排球、足球等代替)對導管進行封水；在貯料斗下部用活動隔板進行封閉。

2)用混凝土罐車將貯料斗注滿(不少于計算確定的首批混凝土需用量)，打開活動隔板，貯料斗中混凝土下泄，推動導管中的皮球注入樁底，皮球隨即上翻到達水面，樁底地下水在混凝土壓力作用下上升。

3)首批混凝土澆筑完成后，應測定已澆筑混凝土的高度，看是否符合計算高度，符合則繼續澆筑，如不符合要找出原因，處理后再進行澆筑，繼續澆筑時混凝土應少量均勻(但要保證混凝土面不小于2.0 m/h的上升速度)進入導管，以防空氣形成高壓氣囊進入混凝土內。

4)在連續澆筑混凝土過程中隨著混凝土面的升高，導管要相應提升，但要保證導管埋入混凝土內的長度不得小于0.6 m，同時一次提管拆管長度不得大于2 m；提升導管要慢速穩提，防止鋼筋籠上拱或鉤帶鋼筋籠，在提升過程中，可將導管做豎向運動，以增加混凝土的密實度，但切不可做水平運動，以防側壁泥沙渣石落入混凝土。

5)樁孔混凝土面深度和導管內混凝土面深度的測定，每30 min測定一次，并記錄繪圖，核算混凝土澆入量，判斷是否存在漏漿及流失現象，尤其到采空區部位要增加測定次數，看是否有護筒封閉不嚴混凝土流入采空區的情況，如有應盡快采取措施。

6)應連續進行澆筑，澆筑中斷超過30 min～45 min時應采取措施處理。

7)澆筑過程中，要隨時測定靜水位高度，當混凝土澆筑面超過靜水位線約1.5 m后，應抽盡余水。澆筑工藝見圖3。

5.4 施工過程中故障的處理

1)導管封閉不嚴進水時應提出導管，清除已灌入導管的混凝土，檢查墊圈是否完好，如墊圈已損壞應更換墊圈重新組裝，組裝完成后檢查導管的密封情況，重新安放到位，調整導管底口至孔底高度，重新開始灌注。

2)澆筑過程發生堵管的處理辦法：采用加長振動棒進行振搗或疏通導管，若無法疏通時，拔出導管進行清理，然后重新開始澆筑。

6 結語

施工完畢，通過對樁身的檢測，人工成孔的和機械成孔的無論是樁身完整性還是混凝土強度及承載力方面全部達到設計驗收標準。這為我們在煤田采空區建造高樓大廈提供了可供借鑒的寶貴經驗。