淺談復(fù)雜地質(zhì)條件下人工挖孔灌注樁的質(zhì)量及安全控制

周 瑜

(廣州市花都第一建筑工程有限公司,廣東廣州 510800)

人工挖孔灌注樁作為國家限制使用的一種技術(shù)措施,在實(shí)際工程中由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜,施工操作不當(dāng),容易影響周邊建筑安全,且井下作業(yè)條件惡劣,隨時(shí)可能出現(xiàn)流砂、涌水、塌方、觸電和高處墜物等安全事故。為此建設(shè)部出臺(tái)了《建設(shè)部推廣和限制禁止使用技術(shù)》(第 218號(hào)公告)來規(guī)范人工挖孔灌注樁技術(shù)的使用,各地建設(shè)行政主管部門也制定出相應(yīng)政策,如《廣東省建設(shè)廳關(guān)于限制使用人孔挖孔灌注樁的通知》(粵建管[2003]49號(hào))。

然而在建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工過程中,人工挖孔灌注樁以其造價(jià)低廉,施工設(shè)備簡(jiǎn)單,成樁直徑大,單樁承載力高和成樁質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)與民用建筑中得到廣泛使用,尤其在場(chǎng)地狹小,對(duì)周邊自然環(huán)境保護(hù)有嚴(yán)格要求,大型鉆孔機(jī)械無法進(jìn)場(chǎng)的情況下,人工挖孔灌注樁就具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。本文結(jié)合成都市區(qū)某一工程實(shí)例,以人工挖孔灌注樁施工過程中所遇到的問題,分析了在松軟砂層、地下水位高等復(fù)雜地質(zhì)水文條件施工難點(diǎn),闡述施工質(zhì)量和安全控制的要點(diǎn)及解決問題的措施方法。

1 工程概況

本工程位于成都市青羊區(qū)某一高校內(nèi),為一棟六層教學(xué)樓建筑,建筑面積 16758.3m2,室外地面至屋面總高度 30.600m,主體為框架結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換大梁位置采用局部型鋼混凝土框架。施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄,周邊為已建宿舍樓和職工樓,根據(jù)園林部門要求,施工過程不得破壞現(xiàn)有的古樹和其他珍貴植物。設(shè)計(jì)采用人工挖孔灌注樁結(jié)合承臺(tái)和拉梁形式,上部共 39根柱,單柱單樁?；A(chǔ)持力層為中密卵石層,單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 qpk=3500 kPa,樁長(zhǎng)不小于 6m,樁徑為 800mm、1000mm.和 1100mm,擴(kuò)大頭直徑為 1300mm、1800mm、2100mm、2500 mm和2800mm等,樁端進(jìn)入持力層不小于 1d(d為樁身直徑),挖孔樁樁端以下 3倍樁端直徑內(nèi)應(yīng)無軟弱層、斷裂破碎帶和洞穴。

2 地質(zhì)、水文條件及工藝流程

2.1 地質(zhì)及水文條件

成都所處地殼為一穩(wěn)定的核塊,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和地震活動(dòng)較微弱,歷史上從未發(fā)生過強(qiáng)烈地震,從地殼穩(wěn)定性來看應(yīng)為穩(wěn)定區(qū)。擬建場(chǎng)地地貌屬成都平原岷江水系 II級(jí)階地,主要由第四系全新統(tǒng)人工填土和第四系全新統(tǒng)沖洪積層組成,下伏白堊系泥巖 (K2g)?？辈焐疃确秶鷥?nèi)主要分布底層為雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、粉土、中砂、卵石層。

地下水類型為上層滯水和孔隙型潛水,第四系砂卵石層為孔隙潛水的主要含水層,大氣降水及地下水徑流為主要補(bǔ)給源?？菟陟o止水位在7.00—8.00m左右,地下水位受場(chǎng)地周邊降水影響明顯,場(chǎng)地地下水位年變化幅度在 1.50—2.00m左右。

初次地勘共選取測(cè)點(diǎn) 22個(gè),其中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔 10個(gè),超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)孔 2個(gè);施工勘察階段進(jìn)行一樁一孔勘察,共布置勘探點(diǎn) 39個(gè),測(cè)試深度進(jìn)入預(yù)計(jì)樁端 (502.20m)平面下中密—密實(shí)卵石4.50—7.00m,完成超重型動(dòng)力觸探孔 39個(gè)。

2.2 施工組織及工藝流程

依據(jù)地勘報(bào)告,結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn),開工前 30 d開始采用輕型井點(diǎn)降水,共布設(shè) 6口孔徑 580—600 mm降水井,砼井管內(nèi)徑 300mm,相鄰距離 25.00 mm,設(shè)計(jì)降水井井深 17.50m。井管結(jié)構(gòu)為上部井壁管 10m,中部纏絲濾水管 5m,下部沉砂管 2.5m。

人工挖孔灌注樁施工工藝流程：場(chǎng)地整平→放線、定樁位→挖第一節(jié)樁孔土方→綁扎鋼筋、支模并澆注砼護(hù)壁→在護(hù)壁上二次投測(cè)標(biāo)高及樁位十字軸線→設(shè)置垂直運(yùn)輸架、安裝電動(dòng)葫蘆 (本工程選用手動(dòng)裝置)、吊土桶、潛水泵、鼓風(fēng)機(jī)、照明設(shè)施等→第二節(jié)樁身挖土→清理樁孔、校核樁孔垂直度和直徑→澆注第二節(jié)砼護(hù)壁→重復(fù)第二節(jié)鋼筋混凝土護(hù)壁工序、循環(huán)作業(yè)至設(shè)計(jì)深度→檢查持力層后進(jìn)行擴(kuò)底→對(duì)樁孔直徑、深度、擴(kuò)底尺寸、持力層進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收→清理虛土、排除孔底積水→吊放鋼筋籠就位→澆灌樁身混凝土→樁基測(cè)試。

3 施工過程中的難點(diǎn)及遇到的問題

3.1 質(zhì)量問題

3.1.1 依據(jù)初次地勘報(bào)告設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)選用 6m,施工階段一樁一孔勘探揭露,部分樁在持力層 (中密卵石層)以下間隔分布有稍密層和密實(shí)層,其中稍密層最大深度達(dá)到 3.2m,無法保證設(shè)計(jì)規(guī)定的樁端以下 3倍樁端直徑內(nèi)應(yīng)無軟弱層、斷裂破碎帶和洞穴的規(guī)定,此類樁占總數(shù)的 18%。

3.1.2 人工挖孔樁井圈澆注至第四節(jié)時(shí),遭遇松散砂層,井圈自重大與井壁摩擦力突然降低,鋼筋錨固不夠,加之前夜下雨導(dǎo)致最底部井圈在施工過程中突然滑落到井底。

3.1.3 場(chǎng)地基坑周邊雖布設(shè) 6口降水井,但在雨季仍然無法保證所有樁孔內(nèi)地下水降至施工要求標(biāo)高,其中有 3根樁孔內(nèi)積水嚴(yán)重,盲目開挖易導(dǎo)致流砂和涌水。

3.1.4 擴(kuò)大頭尺寸過大,最大達(dá)到 2800mm,為樁身直徑的 2.54倍,雖未超過規(guī)范規(guī)定的限值 3(JGJ94-2008),但是考慮持力層部分及上部含有稍密砂層或松散砂層,塌方和流砂等施工質(zhì)量和施工安全問題顯得尤為突出。

3.2 安全問題

人工挖孔灌注樁施工過程中,因采用吊土桶搬運(yùn)孔內(nèi)砂石和土,易發(fā)生高處墜物,且井圈外堆土處理不當(dāng)也有滑入孔內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn);經(jīng)過調(diào)整后的樁長(zhǎng)部分達(dá)到 12m以上,工人下井作業(yè)慎防窒息和中毒事故;井下挖土嚴(yán)禁超挖亂挖,避免松散砂層和稍密層塌方。

4 應(yīng)對(duì)策略及控制措施

針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種質(zhì)量和安全問題,結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn),總結(jié)以下幾點(diǎn)體會(huì)。

4.1 持力層以下含有稍密層或其他軟弱層,可經(jīng)有資質(zhì)的勘察單位進(jìn)一步增加鉆探深度,確定較為合適的持力層深度,并提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位就現(xiàn)有地質(zhì)勘探報(bào)告核算單樁承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,如未達(dá)到,在規(guī)范許可范圍內(nèi)采用加大設(shè)計(jì)樁長(zhǎng),增加擴(kuò)大頭直徑等措施確保樁基達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 對(duì)原設(shè)計(jì)鋼筋混凝土護(hù)壁做加固處理,護(hù)壁上下口尺寸均增加 150mm,上下兩節(jié)護(hù)壁內(nèi)配筋相互搭接 300mm,每節(jié)護(hù)壁增加 4φ25長(zhǎng)度 500mm打入孔壁土內(nèi),外留 100mm與護(hù)壁井圈鋼筋綁扎搭接。防止護(hù)壁因自重加大產(chǎn)生滑移。同時(shí)在松軟砂層和其他軟弱層,因孔壁不能自穩(wěn),開挖施工不斷往下塌落,可采用木方、木模板或鋼模板等支檔,適當(dāng)減少單節(jié)護(hù)壁高度至 300—500mm,并在其中加密插筋加固護(hù)壁,支檔的木方和模板沿著樁孔四周插入底部不少于0.3m深,上部嵌入已澆好的混凝土背面 0.15m深左右,情況嚴(yán)重時(shí),可進(jìn)行雙排布置,兩排支檔之間反向交叉,只要讓施工人員操作方便即可,做到隨挖、隨驗(yàn)、隨澆注混凝土。護(hù)壁簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 護(hù)壁簡(jiǎn)圖

4.3 地下水位過高,開挖過程遇到松散砂層和稍密砂層,在壓力水作用下極易發(fā)生流砂和上層井圈脫節(jié),給施工帶來極大的不便。針對(duì)這一問題,可利用配備的潛水泵抽取孔底積水,邊抽邊開挖,及時(shí)進(jìn)行護(hù)壁的支護(hù)和澆注,還要防止流砂導(dǎo)致護(hù)壁混凝土缺陷;單一潛水泵抽水無法解決積水時(shí),可就近增大降水井管徑或增加降水井排數(shù),適當(dāng)加大抽水功率,并在施工方案上作出調(diào)整,從相鄰樁孔進(jìn)行抽水減少局部地區(qū)涌水量,交替施工緩解地下水對(duì)護(hù)壁的沖刷。

4.4 松散砂層的擴(kuò)大頭施工具有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn),隨著人工掘進(jìn),上部自重過大加上砂石沒有很好的粘結(jié)力很容易導(dǎo)致塌孔,如果樁凈距小于 2倍樁徑且小于 2.5m,也未采用間隔開挖,即不滿足規(guī)范要求,還有相鄰樁孔貫穿的風(fēng)險(xiǎn)。

因此開挖擴(kuò)大頭部分,應(yīng)預(yù)先做好開挖方案和應(yīng)急預(yù)案,配備充足的鋼套筒和鋼模板,邊開挖邊支護(hù),土質(zhì)良好的部位可按照常規(guī)方法選用木模、鋼?；蛘咪撎淄?采用木支檔傾斜固定,配筋后澆注混凝土,并適當(dāng)增加護(hù)壁插筋并減少單次護(hù)壁高度;軟弱砂層的部位在必要時(shí)可采用“砂層化學(xué)注漿帷幕錨桿護(hù)壁工藝”等措施,在設(shè)計(jì)位置按設(shè)計(jì)角度、間距等成錨桿斜孔,下置三角鋼筋籠,壓入含有化學(xué)漿液的水泥漿,然后做聯(lián)系圈梁與錨筋可靠連接,養(yǎng)護(hù)后方可開挖下部土方,視情況對(duì)擴(kuò)大頭砂層做噴漿固砂處理;現(xiàn)場(chǎng)條件不滿足加固要求時(shí),可與設(shè)計(jì)單位協(xié)商,在不改變?cè)性O(shè)計(jì)方案及基礎(chǔ)受力的前提下,增大孔徑,以減少 D/d數(shù)值,降低開挖擴(kuò)大頭的風(fēng)險(xiǎn),也能在安全與經(jīng)濟(jì)之間找到良好的平衡點(diǎn)。

4.5 安全方面。首先在澆注第一節(jié)砼護(hù)壁時(shí),井圈應(yīng)高于地面不少于 150mm,厚度比護(hù)壁增加 100mm以上,并在周邊 500mm范圍內(nèi)做硬地處理,阻擋地表雨水和雜物落入井中,同時(shí)嚴(yán)禁在井圈 2m范圍內(nèi)堆放雜物,砂石運(yùn)出后積極清走遠(yuǎn)離孔口;作業(yè)深度超過 5m時(shí),應(yīng)在距井底 2—2.5m處設(shè)置一道半圓形鋼筋防護(hù)網(wǎng)(密目鋼絲網(wǎng)),并應(yīng)固定牢靠。在吊運(yùn)物料時(shí),井下人員應(yīng)緊貼護(hù)壁站在半圓形防護(hù)網(wǎng)下,以防落物傷人。半圓形鋼筋防護(hù)網(wǎng)的位置應(yīng)隨進(jìn)尺深度逐節(jié)下移固定,始終保持在設(shè)置高度范圍內(nèi)。井下作業(yè)人員應(yīng)配備安全帶和安全繩,掛好安全鉤,必要時(shí)設(shè)置有線對(duì)講系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)異常立即協(xié)助井下人員撤離現(xiàn)場(chǎng),每孔必須設(shè)置安全軟梯,嚴(yán)禁乘坐吊桶上下井。孔口四周還應(yīng)設(shè)置安全護(hù)欄,以扣件鋼管搭設(shè),高度不低于 0.8m。作業(yè)完畢及雨季來臨,孔口應(yīng)覆蓋木 (鋼)蓋板,設(shè)置明顯的警示標(biāo)志。

井下作業(yè)要防止窒息事故發(fā)生,下井之前可采用小動(dòng)物進(jìn)行檢測(cè),確認(rèn)無害后方可下井,深度超過10m時(shí),采用專門壓力風(fēng)管,不間斷送風(fēng),風(fēng)量不宜少于 25 L/s,地面常備氧氣瓶的常用急救用品。井下照明應(yīng)采用不大于 12V安全電壓,燈泡配有防水罩,線纜應(yīng)有防水絕緣皮,同時(shí)配備安全應(yīng)急燈,以防停電和其他事故。根據(jù)《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》JGJ-88,設(shè)置專門的低壓配電箱,每臺(tái)變壓器供應(yīng)燈數(shù)不應(yīng)超過 5盞燈。所有帶電設(shè)備應(yīng)一機(jī)一閘一漏電保護(hù)器,供電線路采用橡皮線架空設(shè)置。

地質(zhì)條件復(fù)雜,遇到松軟砂層,開挖程序盡量采取間隔開挖方法,減少砂石滑移,尤其是在兩孔凈距小于 2倍樁徑時(shí),應(yīng)采用交替施工方法澆注護(hù)壁砼,禁止同時(shí)下井作業(yè),同時(shí)做好監(jiān)測(cè),慎防竄孔。

5 結(jié)束語

人工挖孔灌注樁作為一種在工業(yè)與民用建筑中廣泛采用的的樁型,優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)分明,一方面質(zhì)量容易保證,另一方面施工不當(dāng),安全風(fēng)險(xiǎn)尤為突出。

本工程實(shí)踐表明,只要在施工前期做好準(zhǔn)備工作,針對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)水文條件制定相應(yīng)的施工方案和應(yīng)急預(yù)案,充分考慮可能發(fā)生的各種風(fēng)險(xiǎn),而不是邊挖邊分析,并及時(shí)處理施工過程中出現(xiàn)的特殊問題,完全可以發(fā)揮人工挖孔灌注樁占用場(chǎng)地小、樁基可靠性高、施工方便、施工速度快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)勢(shì)。

[1] JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 高懷鵬.陳雷.人工挖孔灌注樁的設(shè)計(jì)及施工[J].西部探礦工程,2009(12).

[3] 龐瑋.人工挖孔樁成孔過程容易出現(xiàn)的事故及預(yù)防、處理措施[J].建筑安全,2009(2).