淺談巖溶地區(qū)的人工挖孔樁施工

何 鳳， 力 云 奎， 黃 芬

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

人工挖孔樁，顧名思義是指采用人力挖土成孔、再進行鋼筋混凝土填芯的一種灌注樁。其擁有施工范圍廣泛，設(shè)備簡便，抗震能力強，造價低的優(yōu)點，從而在公路、民用建筑中得到了廣泛應(yīng)用。但人工挖孔樁井下作業(yè)條件差、環(huán)境惡劣、勞動強度大、安全隱患大，而且施工時抽取地下水易對周圍建筑物的地基造成較大的沉降變形隱患，故在如今的城市建設(shè)中已經(jīng)逐步被機械成樁取代。但是，在一些特殊的地質(zhì)情況下，人工挖孔樁仍然擁有不可替代的優(yōu)勢，比如在擁有明顯喀斯特地貌特征的貴州地區(qū)。

在建的 “中國水電·觀府壹號”項目一期一標(biāo)段銷售中心地下室項目位于貴州省貴陽市金陽新區(qū)金陽北路與金朱東路交匯處的養(yǎng)馬村范圍內(nèi)。整個場地較平坦，地勢開闊，場地的巖土種類不多(上覆土層為雜填土、紅粘土，下伏基巖為三疊系安順組(T1a)白云巖及三疊系大冶組(T2d)石灰?guī)r)，性質(zhì)變化不大，該場地巖體為可溶性巖石，具有發(fā)育巖溶的條件，局部巖石表面有溶蝕現(xiàn)象，巖體中的巖溶形態(tài)以溶蝕槽隙及溶蝕裂隙為主。溶槽和溶隙的形態(tài)或單獨出現(xiàn)，或成串珠狀垂直分布，巖石表面起伏不平，局部有較大的溶溝、溶槽。

2 溶洞區(qū)人工挖孔樁的施工

在溶洞區(qū)域進行挖孔樁施工前，必須首先熟悉各樁位的地質(zhì)鉆孔柱狀圖，然后采用超前地質(zhì)釬探的方法確定溶洞的發(fā)育情況，根據(jù)現(xiàn)場具體的溶洞情況選擇施工方法。

2.1 較小溶洞部位的施工

對于溶洞較小部位的孔樁，可直接采用常規(guī)方法開挖。如果溶洞的大小已經(jīng)延伸到護壁區(qū)域，在開挖孔至溶洞底部時，用水泥砂漿砌筑120 mm厚的磚墻作為孔樁護壁，待護壁砂漿達到凝結(jié)時間后，澆灌C25混凝土填充孔樁體外的溶洞空腔，完成孔樁開挖。

2.2 較大溶洞部位的施工

對于一些尺寸較大的溶洞，已經(jīng)存在一定的安全隱患，采用常規(guī)的施工方法已經(jīng)不能完成，就必須采用超前勘探后進行開挖。所謂超前勘探，即指按照地勘報告上所標(biāo)明的溶洞位置，在超前1 m的時候，用風(fēng)動電鉆鉆進一直徑為100 mm、深度大于1 m的勘探孔，然后采用一根直徑為50 mm的特制鋼管取出溶洞區(qū)域的土層樣本，再結(jié)合地質(zhì)情況分析溶洞構(gòu)造，最后決定采用何種施工工藝進行施工。

2.2.1 無填充物的溶洞施工

如果取出的土層樣本沒有其它填充物，說明該溶洞區(qū)域為空的，對此，可采用先分層回填夯實(回填物必須處于硬塑狀態(tài)，一般采用黏性土或砂石等，必要時可加入一定量的水泥對回填土進行加固)，再進行人工挖孔樁施工的方法，其具體施工工藝為：

(1)探明溶洞位置后，在即將施工至溶洞頂部時，必須做好安全防護工作?？變?nèi)的施工人員必須正確佩戴安全帽、安全繩，且孔口機具也必須栓牢安全繩，防止發(fā)生墜落事故。

(2)當(dāng)施工至溶洞頂部時，采用風(fēng)鎬將溶洞打開，同時將人員撤出孔內(nèi)并采用鼓風(fēng)機向孔內(nèi)送風(fēng)，防止溶洞區(qū)域含有的有毒氣體傷害施工人員。

(3)當(dāng)溶洞打開后，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，可采用一般的粘性土或砂土將溶洞區(qū)域回填滿。在回填時，必須進行分層回填，即每次向孔內(nèi)傾倒20～30 cm厚度的回填物時，必須安排人員將回填物進行夯實，夯實半徑不得小于3倍樁徑，直至填滿整個溶洞區(qū)域。

(4)對擁有地下水的溶洞進行回填后，還可采用以下方法進行施工：地下水較小時，在回填時可在土中加入一定量的水泥，以達到使回填土固化的目的；當(dāng)?shù)叵滤枯^大時，在回填后以每小時50 cm左右的速度進行護壁的澆筑(澆筑時可視具體情況，采用一定的鋼筋或鋼管打入護壁，穩(wěn)定護壁)，并且在澆筑好下節(jié)護壁后在上節(jié)護壁上鑿4～5個洞，并向其內(nèi)灌注水泥漿以固化護壁后側(cè)的土層，保證其穩(wěn)定性。

(5)將溶洞回填后，即可按照常規(guī)的施工方法向下逐步施工。但在施工中必須時刻注意觀察上層已施工完畢的護壁，一旦發(fā)現(xiàn)護壁出現(xiàn)較大的變形或裂縫，必須及時將人員撤出孔外，然后從上部將發(fā)生變形或開裂的護壁敲掉，重新回填進行固化處理。

2.2.2 有填充物的溶洞施工

如果取出的土層樣本中有填充物，根據(jù)貴陽當(dāng)?shù)氐膶嶋H施工經(jīng)驗，主要分為以下幾種情況：

(1)流質(zhì)泥漿(或積水)填充溶洞。

若打穿洞頂后取出的土層樣本為泥漿(或發(fā)現(xiàn)只是擁有積水)，不能盲目的進行施工，應(yīng)先用鋼釬探明溶洞的側(cè)向和高度尺寸后才能因地制宜地確定施工方法。當(dāng)溶洞測深不大時，按溶洞內(nèi)無填充物的作業(yè)方法施工。先掏干凈溶洞內(nèi)的泥漿、抽干積水，再用水泥砂漿砌筑120 mm厚的磚護壁，待護壁砂漿達到凝結(jié)時間后，澆灌C25混凝土填充溶洞空腔；當(dāng)溶洞測深較大時，先支撐加固洞頂土體后裝鋼模(或用水泥砂漿砌筑240 mm厚的磚護壁)，待護壁砂漿達到凝結(jié)時間后，澆灌C25混凝土填充溶洞空腔，并且在施工完首節(jié)溶洞區(qū)護壁后，在上節(jié)無溶洞區(qū)護壁上鑿出一定的空洞，觀察護壁后側(cè)的土層：如果護壁后側(cè)的土層較密實，可采用注入一定水泥漿的方式對土層進行加固處理；如果后側(cè)出現(xiàn)較大的空洞，則必須向內(nèi)灌注C25的混凝土將空洞填充完畢，待混凝土強度達到一定值后方可繼續(xù)向下施工。

(2)巖層中的溶洞。

巖層中的溶洞一般為開口溶洞(溶槽、漏斗)、封閉溶洞等。

開口溶洞又分半邊巖石、半邊土或放射狀溶槽等。溶洞內(nèi)的填充物可能是硬質(zhì)粘土或軟土或流質(zhì)泥漿等填充物或干洞。當(dāng)?shù)貙訛榘脒厧r石、半邊土開口的溶洞時，如果土體為硬質(zhì)粘土?xí)r，按逐節(jié)1 m往下施工。先掏空土體部分，然后爆破炸碎巖石清出石渣，修正墩孔后將土壁部分用水泥砂漿砌筑不少于120 mm厚的磚護壁，待護壁砂漿凝結(jié)24 h后，按照同樣的方法施工下一節(jié)，直至樁孔底全部見到巖石后擴底成孔；如果土體為軟土?xí)r，按逐節(jié)0.5 m深往下施工。先在土體部分沿孔壁周向孔外斜打入1～1.5 m長的硬原木(梢徑3～5 cm，沿墩孔周布樁間距15 cm)樁，然后掏空土體部分，再爆破炸碎巖石、清出石渣，修正樁孔后將土壁部分用水泥砂漿砌筑不少于240 mm厚的磚護壁，待護壁砂漿凝結(jié)24 h后，按照同樣的方法施工下一節(jié)，直至樁孔底全部見巖后擴底成孔。

當(dāng)巖層中為封閉式溶洞時，可采取以下方法進行處理：

①當(dāng)填充的土體為硬質(zhì)粘土?xí)r，按照在硬質(zhì)粘土層作業(yè)的方法每節(jié)1 m深往下施工，直至穿過溶洞樁孔底全部見到巖石后擴底成孔。

②當(dāng)填充土體為軟土(但不流動)時，按逐節(jié)0.5 m深往下施工。先在土體部分沿孔壁周向孔外斜打入1～1.5 m長的魚刺筋，然后掏空土體部分，修正樁孔用水泥砂漿砌筑240 mm厚的磚護壁。待護壁砂漿凝結(jié)24 h后，按照同樣的方法施工下一節(jié)，直至樁孔底全部見到巖石后擴底成孔。

③當(dāng)填充土體為流質(zhì)泥土或流砂時，按逐節(jié)0.5 m深往下施工。先在土體部分沿孔壁周向孔外斜打入長度超過1.5 m的硬原木樁，然后掏空土體部分，掏土作業(yè)時邊掏土、邊用扎成團的稻草塞入魚刺筋間縫隙，使其能濾水擋泥(砂)，掏土至一節(jié)(0.5 m左右)深時，如果發(fā)生孔底涌泥(砂)則用尼龍編織袋裝砂壓住孔底堵住泥(砂)涌，然后裝定型鋼模，抽干孔內(nèi)的積水后澆筑C25混凝土護壁，護壁厚度應(yīng)不少于15 cm，護壁內(nèi)配豎向和水平雙向φ8@200鋼筋網(wǎng)，待護壁混凝土凝結(jié)24 h后，按照同樣的方法施工下一節(jié)，直至樁孔底全部見到巖石后擴底成孔。

④當(dāng)溶洞內(nèi)的填充物為流動性很大的泥漿或積水時，排除溶洞內(nèi)的泥漿、積水；如果溶洞壁巖石完整，溶洞測深不大(1 m以內(nèi))且樁孔全部在溶洞內(nèi)時，可不做護壁，只需將溶洞內(nèi)的泥漿沖洗干凈，待澆灌樁芯混凝土一并填充。當(dāng)溶洞測深大于1 m時，則按設(shè)計樁徑要求用水泥砂漿砌筑120 mm厚的磚護壁，邊砌護壁邊用混合砂石填充護壁的溶洞空腔。

3 淤泥、流砂層孔樁的施工

(1)一旦在施工過程中遇到流塑土或流砂時，必須做到快速施工并減少護壁高度(300～50O mm)。當(dāng)采用上述方法仍無法施工時,應(yīng)迅速采用1∶2(水泥∶砂)的混合料回填樁孔至能控制塌孔為止,并通報有關(guān)設(shè)計、監(jiān)理、質(zhì)檢及現(xiàn)場技術(shù)部門研究處理。

圖1 人工挖孔樁遇淤泥流砂時的施工圖

(2)對易塌方施工段應(yīng)即挖、即驗收、即澆灌護壁混凝土。

(3)當(dāng)挖孔遇到流砂及淤泥(流塑土)時，采用“魚刺樁”方案，縮短孔樁護壁進尺的方法，并且在有淤泥或流砂的部位打入鋼管，鋼管與護壁成30°角，鋼管長度為2.5 m，鋼管間距為100 mm，鋼管直徑為50 mm，在淤泥或流砂流空區(qū)域以及由于流砂流空導(dǎo)致上部孔壁土石方自動塌落部分將用C25混凝土與護壁整澆填實，待上一節(jié)護壁澆完至少45～72 h后方能拆模，在施工該段時必須保證孔內(nèi)無集水，直至該段混凝土護壁凝固后，按同樣的方法施工下一節(jié)(圖1)。在通過淤泥、流砂嚴重的樁孔,常用的方法是下鋼套模,鋼套模與鋼模板相似,以孔外徑為直徑,可分成4～6段圓弧,再加上適當(dāng)?shù)睦邨l,在開挖0.3～0.5 m左右即可分片將鋼套模裝入,伸入孔底不少于0.2 m。插入上部混凝土護壁外側(cè)不少于0.5 m，裝后即澆筑混凝土護壁。若放入鋼套模后流砂仍上溢,可采取突擊挖出后即用混凝土封閉孔底的方法進行處理；也可待混凝土凝結(jié)后,將孔心部分的混凝土清鑿以形成樁孔；也可用以下方法,將已完成混凝土護壁的最下段鉆大,使孔位傾斜到下段護壁以外，打入漿管壓水澆筑水泥漿,使下部土壤硬化,以提高周圍底部土壤的不透水性，從而解決流沙問題。

(4)在遇到淤泥質(zhì)土層等軟弱土質(zhì)，其軟弱土質(zhì)深度不是很深、范圍不大的樁孔，一般可用模板支擋，以縮短這一段的開挖深度并及時澆筑護壁?？尚毕蚍胖?雙排布置互相反向交叉，能得到很好的支擋效果。對于淤泥質(zhì)土層等軟弱土質(zhì)深度、范圍較大的樁孔(一般深度超過2.5 m時)，這類孔樁因其土質(zhì)軟弱、土體失去承載力而采用人工挖孔的方法施工，存在較大的安全隱患，不宜采用人工繼續(xù)開挖。對于這部分孔樁，或采用機成孔作業(yè)，或?qū)⒃摌度∠捎闷渌鼧秮碇脫Q此樁的方法。

4 結(jié) 語

由于人工挖孔樁全靠人力成孔，在施工過程中易遇到上述特殊情況，操作人員必須嚴格遵守操作規(guī)程，聽從現(xiàn)場技術(shù)人員的安排；同時，現(xiàn)場技術(shù)人員必須反應(yīng)迅速，根據(jù)現(xiàn)場實際情況快速制定出合理的技術(shù)處理措施，以達到快速、安全地處理特殊情況的目的。以上即為筆者通過參與中國水電·觀府壹號一期一標(biāo)段樁基人工挖孔樁施工后針對溶洞地區(qū)人工挖孔樁施工過程中的特殊情況處理所總結(jié)出的幾點經(jīng)驗，希望能為類似工程提供一定的參考。