灌注樁在煤礦采空區(qū)成孔難問題淺析

任海貴

(山西西山金信建筑有限公司，山西 古交 030200)

目前，煤礦采空區(qū)不良地質(zhì)情況較多，在此之上建筑工程施工多采用樁基礎(chǔ)，而在樁基礎(chǔ)施工時(shí)如果遇到采空區(qū)，可能發(fā)生成樁難的問題。旋挖鉆機(jī)由于性能優(yōu)越、自動(dòng)化程度高、環(huán)境污染小、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到業(yè)內(nèi)人士的青睞，逐漸成為鉆孔灌注樁施工的首選設(shè)備。本文主要論述灌注樁采用旋挖鉆機(jī)施工時(shí)遇到采空區(qū)處理方法。

1 工程概況

西山煤電集團(tuán)有限公司官地礦生產(chǎn)調(diào)度中心危樓改造工程，位于煤礦采空區(qū)，工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土灌注樁。樁端頭要求持力層為粗砂巖層，樁長(zhǎng)在22～28 m，樁徑1～1.2 m。地質(zhì)勘察資料顯示，持力層位于兩層煤層下方，大部分樁將穿過一層或兩層煤礦采空區(qū)，并有部分巷道滲水。如何減少采空區(qū)對(duì)成樁的影響，是一個(gè)技術(shù)難題。經(jīng)過大量研究和分析，針對(duì)旋挖鉆機(jī)在煤礦采空區(qū)等不良地基的成孔難的問題提出了處理方案。即:用C20混凝土(摻早強(qiáng)、膨脹劑)填充采空區(qū)，與旋挖鉆機(jī)成孔相配合，填充后進(jìn)行二次成孔，并在多層采空區(qū)部位增加鋼護(hù)筒。

2 方案概述

根據(jù)樁位進(jìn)行孔口定位?？卓诙ㄎ缓细窈螅阢@機(jī)開始鉆孔，根據(jù)鉆機(jī)壓力表顯示情況，判斷是否已進(jìn)入采空區(qū)，當(dāng)鉆機(jī)挖至采空區(qū)底后，應(yīng)停止鉆孔。填充時(shí)，將根據(jù)采空區(qū)高度與砼塌落度計(jì)算出填充區(qū)砼的用量，用較小塌落度的混凝土填充到采空區(qū)，當(dāng)混凝土標(biāo)高不再下降且高出采空區(qū)上標(biāo)高1 m時(shí)，停止?jié)仓?，待混凝土?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以后，再用鉆機(jī)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)向下鉆孔;如再遇采空區(qū)，按上述方法繼續(xù)鉆孔填充，直至鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。樁孔驗(yàn)收合格后，在已經(jīng)制作完成的鋼筋籠上安置鋼護(hù)筒，下鋼筋籠后，開始澆筑混凝土，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。

3 工藝流程

放線定位→埋樁頂護(hù)筒→鉆孔至第一層采空區(qū)底→采空區(qū)填充→鉆孔至第二層采空區(qū)底→采空區(qū)填充→成孔→下鋼筋籠→澆筑C30砼→拔樁頂護(hù)筒。

4 施工工藝操作要點(diǎn)

4.1 測(cè)量放樣

利用施工現(xiàn)場(chǎng)附近復(fù)核報(bào)批過的導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)和辦公樓基礎(chǔ)平面圖，用全站儀等儀器準(zhǔn)確放樣各樁位中心，用十字樁固定位置，用水準(zhǔn)儀測(cè)量地面高程，確定鉆孔深度;測(cè)好的樁位必須復(fù)測(cè)，誤差控制在5 mm以內(nèi)。

4.2 鉆孔和確定采空區(qū)位置

孔口定位合格后，旋挖鉆機(jī)開始鉆孔，起落鉆頭速度要均勻，不得過猛或遽然變速，孔內(nèi)出土，應(yīng)立即清走，不得堆積在鉆孔周圍。根據(jù)鉆機(jī)壓力表顯示情況，判斷是否已進(jìn)入采空區(qū)，及時(shí)記錄好采空區(qū)的具體高度及上下標(biāo)高，當(dāng)鉆機(jī)挖至采空區(qū)底后，停止鉆孔，樁孔存在地下水時(shí)，則抽水。然后計(jì)算好周邊灌注樁采空區(qū)的上下標(biāo)高。

4.3 采空區(qū)充填及二次鉆孔

填充前，根據(jù)采空區(qū)高度與砼塌落度可計(jì)算出填充區(qū)砼的用量。填充采用溜筒，將較小塌落度(130～150 mm)的混凝土(摻3%早強(qiáng)、3%膨脹劑)填充到采空區(qū)，當(dāng)混凝土標(biāo)高不再下降且高出采空區(qū)上標(biāo)高1 m時(shí)，停止?jié)仓?，待混凝土?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以后，再用鉆機(jī)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)向下鉆孔;如再遇采空區(qū)，按上述方法繼續(xù)鉆孔填充，直至鉆入粗砂巖下1 m為止。

采空區(qū)成孔充填施工示意圖見圖1。

圖1 采空區(qū)成孔充填施工示意圖

4.4 鋼筋籠及鋼護(hù)筒的制作、吊裝、就位

4.4.1 鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)制作

鋼筋籠主筋接頭采用單面搭接焊連接方式，接頭百分率不大于50%，接頭錯(cuò)開35d(d為鋼筋直徑)。為防止鋼筋籠變形，加強(qiáng)筋采用d16@2000與主筋焊接牢固，在鋼筋籠吊點(diǎn)處特別加強(qiáng)，避免吊裝時(shí)開焊。箍筋與主筋在每個(gè)交點(diǎn)處采用綁扎或點(diǎn)焊間隔加固。為控制鋼筋籠保護(hù)層厚度，應(yīng)在鋼筋籠主筋上加焊扶正器，每斷面布置2個(gè)，間距2 m一道，沿鋼筋籠同一截面外圍均勻布置，扶正器用d8鋼筋制作。每根扶正器鋼筋長(zhǎng)200 mm。

4.4.2 鋼護(hù)筒的制作、固定

在鋼筋籠上標(biāo)出采空區(qū)的具體位置，并上下各延伸2 m長(zhǎng)，采用6 mm厚鋼板卷成圓形鋼護(hù)筒與鋼筋籠焊接固定，鋼護(hù)筒與鋼筋籠之間用與鋼筋籠主筋相同的并與樁保護(hù)層尺寸相同的鋼筋頭焊接，在鋼筋籠主筋上每隔0.5 m焊一個(gè)，按梅花型布置。然后在護(hù)筒外加焊d12@100 mm的螺旋箍筋進(jìn)行加固。箍筋除滿足原設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)在穿越采空區(qū)附加鋼套筒長(zhǎng)度范圍內(nèi)全高加密。

4.4.3 鋼筋籠的吊裝

吊放鋼筋籠采用塔吊，注意主筋方向，入孔時(shí)要扶穩(wěn)、直順、緩緩放入孔中，防止碰撞孔壁，放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用2根d8鋼筋在孔口予以固定。鋼筋籠根據(jù)樁孔深度分2～3節(jié)邊下放邊焊接，吊裝前質(zhì)檢人員及旁站監(jiān)理驗(yàn)收合格后方可吊入孔內(nèi)。吊裝時(shí)在鋼筋籠通長(zhǎng)范圍內(nèi)綁扎腳手架鋼管一根，作為吊裝支點(diǎn)，以防止鋼筋籠變形，鋼筋籠垂直后，邊往下放鋼筋籠邊拆除鋼管。帶鋼護(hù)筒鋼筋籠放置示意圖見圖2。

圖2 帶鋼護(hù)筒鋼筋籠放置示意圖

4.5 樁孔驗(yàn)收

樁端頭是否進(jìn)入持力層，且不小于設(shè)計(jì)深度。樁孔的孔徑、樁位及垂直度是否滿足設(shè)計(jì)要求?？椎壮猎穸仁欠駶M足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.6 澆筑成樁

樁孔驗(yàn)收合格、鋼筋籠安放固定后，盡快澆筑樁芯混凝土。樁身混凝土塌落度采用140±20 mm，樁孔深度超過12 m時(shí)，用混凝土料斗和導(dǎo)管垂直灌入澆筑，澆筑時(shí)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，利用上下提升導(dǎo)管，混凝土通過導(dǎo)管自上向下頂壓和自重增強(qiáng)其密實(shí)性，樁頂以下5 m范圍內(nèi)使用插入式振搗器進(jìn)行振搗，以保證樁頂質(zhì)量。混凝土澆筑到樁頂時(shí)，應(yīng)適當(dāng)超過樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，以保證在剔除浮漿后，樁頂標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。樁頂超灌高度為0.5 m，充盈系數(shù)不小于1.0。鑿除樁頭時(shí)先用切割機(jī)在設(shè)計(jì)樁頂處割出一條圓線，深度應(yīng)小于鋼筋保護(hù)層10 mm。然后從上向下分小塊鑿除。離樁頂標(biāo)高約5～10 mm時(shí)，用細(xì)鏨子剔出。

5 施工中的創(chuàng)新點(diǎn)

1)二次成孔:當(dāng)鉆到采空區(qū)時(shí)，將采空區(qū)用塌落度低的C20混凝土摻早強(qiáng)劑、膨脹劑進(jìn)行填充，混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)，重新在混凝土面上鉆孔。

2)采用落度值130～150 mm的C20混凝土進(jìn)行采空區(qū)填充，可降低充填數(shù)量，節(jié)約施工成本。

3)為了避免采空區(qū)部位新填充的混凝土抗側(cè)壓力不足，在鋼筋籠外加鋼護(hù)筒，來保證孔壁的承載力。

6 應(yīng)用效果及前景

西山煤電集團(tuán)有限公司官地礦生產(chǎn)調(diào)度中心危樓改造工程灌注樁，于2010年11月20日開鉆，至2011年5月28日結(jié)束。按此方案施工灌注樁42根，累計(jì)樁長(zhǎng)1 307.79 m，穿越煤炭采空區(qū)84處，累計(jì)空洞深度294 m，施工中未發(fā)生異常現(xiàn)象。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，所有樁混凝土均合格，未出現(xiàn)斷樁和混凝土離析情況。由此可見，采用C20混凝土(摻早強(qiáng)、膨脹劑)，將周邊采空區(qū)填充、鋼護(hù)筒措施穿越煤炭采空區(qū)，速度快，工期短，效果顯著，有效地保證了樁基質(zhì)量。

該技術(shù)的成功應(yīng)用可為建筑行業(yè)遇煤礦采空區(qū)施工提供借鑒，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。