復(fù)雜地質(zhì)條件下的小斷面深孔樁基施工方法探討

張 龍 斌，　李 永 霞，　張　健

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 二分局，四川 都江堰　611830)

復(fù)雜地質(zhì)條件下的小斷面深孔樁基施工方法探討

張 龍 斌，李 永 霞，張健

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 二分局，四川 都江堰611830)

摘要：針對(duì)存在地下暗流通道的小斷面深孔樁基施工，采用先進(jìn)行深孔環(huán)向和徑向預(yù)裂爆破、再采用沖擊鉆成孔的方式，可有效解決因地質(zhì)條件復(fù)雜和巖石強(qiáng)度高帶來(lái)的施工難度，可以成功地實(shí)現(xiàn)快速成孔并節(jié)約成本的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；小斷面；深孔；樁基；施工

1工程概述

南芒1水電站位于老撾人民民主共和國(guó)中部，裝機(jī)容量為3×21.33 MW。南芒河廠房交通橋由跨徑為3 m×25 m的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁組成，采用混凝土灌注樁基，設(shè)計(jì)荷載為汽-40 t，掛-120 t。

樁基河床基巖裸露，為弱風(fēng)化巖體，成分為中粗粒石英砂巖、含礫石英砂巖；頂部為礫巖，局部夾極少量的泥質(zhì)粉砂巖，屬堅(jiān)硬巖。基巖呈水平層狀分布，層厚從0.5～5 m不等，基巖中存在約4條寬大裂隙，枯水期河水下落至河床以下3～5 m左右從基巖中的水平軟弱層面流出，形成基巖中的地下暗河通道,地勘情況見(jiàn)表1。

2樁基施工難點(diǎn)

(1)灌注樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度分別為7.5 m、9 m、8.5 m。若采用人工挖孔樁成孔方法施工，同時(shí)要下穿地下河床暗流通道，河水流量大、范圍廣，無(wú)法解決抽排水問(wèn)題,因此而無(wú)法確保工期和安全。

(2)采用沖擊鉆成孔，基巖強(qiáng)度高，施工進(jìn)度緩慢，對(duì)水平、薄層分布的基巖破壞大，容易造成同排樁間的基巖崩塌破壞，鉆頭損壞大，工期難保證。

(3)采用基坑法施工，石方開(kāi)挖量大，對(duì)樁基圍巖破壞大，對(duì)橋樁穩(wěn)定不利，同時(shí)，抽排水問(wèn)題亦突出。

3施工方案的選擇

3.1綜合分析

根據(jù)樁基位置的地質(zhì)條件，無(wú)論是采用人工挖孔樁、基坑開(kāi)挖法或采用沖擊鉆成孔施工，施工難度、進(jìn)度均不能滿足要求。經(jīng)綜合論證后認(rèn)為：采用深孔爆破與沖擊鉆成孔相結(jié)合的方案較為合理。

方案簡(jiǎn)述：先采用地質(zhì)鉆機(jī)一次鉆孔到樁底后跟導(dǎo)管，嚴(yán)格測(cè)量地下暗流通道范圍，間隔裝藥以避開(kāi)暗流破碎帶，微差擠壓爆破，待形成樁孔破碎帶后再采用沖擊鉆逐步造孔到位。

該方案施工的關(guān)鍵是爆破孔的造孔、跟管、孔壁保護(hù)、裝藥量控制和后期沖擊鉆造孔的暗流通道封堵問(wèn)題，樁孔爆破必須一次性成功，有效地形成樁基破碎帶，否則后續(xù)施工的難度巨大。

3.2小斷面深孔環(huán)、徑向預(yù)裂爆破

3.2.1爆破模型的選擇

鑒于造孔爆破的目的是有效形成樁孔的人為破碎帶柱體，減少造孔難度并加快施工進(jìn)度，因此，我們選擇了全孔段環(huán)向和徑向預(yù)裂爆破方案，其既能有效形成破碎帶柱體，又能保護(hù)樁孔壁圍巖遭受較少破壞，有利于樁體的穩(wěn)定和安全。因此，周邊孔和主爆破孔均按預(yù)裂爆破模型計(jì)算線型裝藥量。

3.2.2爆破參數(shù)的選擇

(1)炮孔孔距布置(以2#樁基為例)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：a=(7～12)d1

式中a為炮孔孔距；d1為炮孔孔徑。

孔距布置如下：

周邊孔：樁徑為120 cm，沖擊鉆二次成孔樁徑約為130～140 cm，周邊孔按直徑130 cm環(huán)向均勻布置16個(gè)孔，其中間隔裝藥8個(gè)孔，其它8個(gè)孔作為減振孔，孔距24 cm，孔徑為75 mm，孔深9 m；

主爆孔：按直徑80 cm環(huán)形布置6個(gè)孔，間隔裝藥，孔距24 cm，孔徑75 mm；

中心孔：在樁柱中心布置一個(gè)直徑為110 mm的中心孔，不裝藥，形成中心臨空面，孔深9 m；

掏槽孔至中心孔的間距：a1按深孔爆破法的空孔掏槽公式反算可得：

∴a1=0.082 m。考慮到中心孔不能與掏槽孔貫穿的要求，按環(huán)向直徑24 cm造孔，布置3個(gè)，掏槽孔至中心孔凈距為27 mm。

式中h為 爆破深度，樁基深9 m；D為空孔直徑， 110 mm；d2為掏槽孔直徑，取75 mm。

爆破孔布置情況見(jiàn)圖1。

(2)計(jì)算裝藥量。

為了人為使樁基孔位形成軟弱破碎帶，以減小對(duì)樁基周邊巖壁的影響，同時(shí)不能破壞兩樁基之間的巖梗，單位裝藥量的選擇必須合理。我們采用了兩種公式計(jì)算預(yù)裂孔線裝藥量，結(jié)果大者裝主爆預(yù)裂孔，計(jì)算結(jié)果小者裝周邊預(yù)裂孔。

①采用預(yù)裂爆破線裝藥量計(jì)算單位裝藥量q。

q =0.36δ0.63a0.67

=0.36×365.87×0.63×30×0.67=144.8(g/m)

式中δ為巖石極限抗壓強(qiáng)，kgf/cm2，取365.87kgf/cm2；a為炮孔間距，cm，取布孔最大間距，以達(dá)到較好的效果。

②根據(jù)巖石強(qiáng)度和鉆孔半徑計(jì)算線裝藥量：

q =2.75r0.38δ0.53

=2.75×37.5×0.38×365.87×0.53

=248.9(g/m)

式中r為炮孔半徑，mm。

根據(jù)以上兩種預(yù)裂爆破經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)周邊孔選取150g/m做為線裝藥密度，主爆孔按250g/m做為線裝藥密度，掏槽孔線裝藥量按主爆孔的1.2～1.3倍控制。

3.3預(yù)裂爆破孔造孔

(1)測(cè)量放線：對(duì)樁孔測(cè)量放線，定位爆破孔位。

(2)采用地質(zhì)鉆機(jī)造孔，專人負(fù)責(zé)記錄造孔過(guò)程中的異常情況，繪制每個(gè)孔位破碎帶的精確位置和范圍。

(3)造孔過(guò)程中采用PVC管及時(shí)跟進(jìn)，防止掉塊堵塞孔道。

3.4裝藥

(1)周邊孔線裝藥量按線裝藥量150g/m間隔裝藥，孔底加裝50g以加強(qiáng)預(yù)裂效果；同時(shí)，為防止孔底拉裂破壞，在孔底充填5cm石粉作為緩沖層。

(2)主爆孔線裝藥量按250g/m間隔裝藥，孔底充填5cm石粉后，加裝100g以加強(qiáng)主爆破孔的爆破效果。

(3)掏槽孔線裝藥量為主爆破孔的1.2～1.3倍，按300g/m間隔裝藥，孔底充填5cm石粉后，加裝100g以加強(qiáng)掏槽爆破效果。

為了不影響爆破效果，裝藥過(guò)程中必須根據(jù)造孔記錄對(duì)地下暗流通道進(jìn)行封堵，其裝藥封堵情況見(jiàn)圖2。

3.5堵塞

根據(jù)造孔記錄，對(duì)周邊孔和主爆破孔分別在兩層暗流破碎帶位置采用黃泥進(jìn)行有效封堵，孔口堵塞長(zhǎng)度不小于30cm。

掏槽孔采用細(xì)土或細(xì)砂進(jìn)行堵塞，其主要目的是在掏槽孔起爆時(shí)不破壞主爆孔的導(dǎo)管，同時(shí)起到中心臨空面的作用。

3.6起爆順序

起爆順序?yàn)樘筒劭住鞅A(yù)裂孔和周邊預(yù)裂孔，采用微差爆破法。

考慮到在小孔徑深孔爆破過(guò)程中巖石對(duì)爆破存在較大的挾制作用，三個(gè)掏槽孔不同時(shí)起爆，應(yīng)先起爆一孔后再起爆其余的兩孔，微差時(shí)間為3ms；主爆孔和周邊孔在起爆順序上設(shè)計(jì)為在掏槽孔起爆后同時(shí)起爆，與掏槽孔起爆的微差時(shí)間設(shè)計(jì)為9ms。

爆破后對(duì)實(shí)際效果進(jìn)行檢查的結(jié)果表明，主爆預(yù)裂孔和周邊預(yù)裂孔預(yù)裂效果明顯，孔柱巖石在環(huán)向和徑向形成了大量的龜裂紋，成孔效果較好，沒(méi)有出現(xiàn)大量的飛石和孔壁垮塌現(xiàn)象。

4灌注樁的成孔

4.1灌注樁施工工藝流程

灌注樁施工工藝流程見(jiàn)圖3。

4.2灌注樁造孔

樁基通過(guò)預(yù)裂爆破，采用沖擊鉆鉆進(jìn)、泥漿固壁的方法成孔。

(1)安裝護(hù)筒：灌注樁樁徑為120cm，護(hù)筒選用φ150cm，高150cm，壁厚15mm的鋼板卷制。

測(cè)量放線定位后，安裝護(hù)筒，護(hù)筒高出平臺(tái)50cm。

(2)機(jī)具布置：在平臺(tái)上備足護(hù)壁泥漿粘土，鉆機(jī)就位，立好鉆架，對(duì)準(zhǔn)樁孔中心，拉好纜風(fēng)繩或支好叉桿。鉆具選用十字型鉆頭，準(zhǔn)備鉆進(jìn)。

(3)開(kāi)孔：開(kāi)鉆時(shí)向孔內(nèi)投入粘土，用鉆頭以小沖程反復(fù)沖擊造漿，護(hù)筒內(nèi)泥漿深度不小于1.2m。護(hù)筒底腳以下1～2m范圍內(nèi)采取小沖程、高頻率反復(fù)沖砸，確保孔壁穩(wěn)定。

(4)鉆進(jìn)：沖程根據(jù)地質(zhì)情況及巖石強(qiáng)度的變化分別確定。選用十字型鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至孔底后換平孔鉆修理孔底至設(shè)計(jì)高程。在鉆進(jìn)過(guò)程中，2#樁分別在地面以下2.9m和7m處出現(xiàn)了大量的漏漿和孔壁坍落現(xiàn)象，其與地質(zhì)鉆機(jī)的造孔記錄和地質(zhì)資料顯示的地下暗流通道位置基本相符，在采用拋填大塊石和砂礫石反復(fù)進(jìn)行沖擊擠密、濃泥液固壁的方法后成功進(jìn)行了封堵。

(5)掏渣：破碎后的鉆渣經(jīng)泥漿懸浮后，使用出渣筒將其清除出孔外。

(6)檢孔：鉆進(jìn)中或終孔后均應(yīng)用檢孔器檢孔，一旦發(fā)現(xiàn)彎孔或縮孔現(xiàn)象及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

(7)清孔：清孔是鉆孔灌注樁施工的最重要的一道工序，清孔質(zhì)量的好壞，直接影響混凝土灌注、樁質(zhì)量與承載力的大小。

4.3鋼筋籠吊裝

灌注樁鋼筋籠的吊放采用汽車(chē)吊吊放入孔，對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心，緩緩下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.4混凝土澆筑

灌注樁的澆筑采用導(dǎo)管法。

(1)導(dǎo)管內(nèi)壁必須光滑圓順，導(dǎo)管垂直 ，各節(jié)導(dǎo)管的連接口應(yīng)緊密、牢固，導(dǎo)管壁厚不小于3mm。下放導(dǎo)管時(shí)，導(dǎo)管底部距澆筑基面處預(yù)留30～50cm作為下料空間。

(2)澆筑過(guò)程中，采用測(cè)繩測(cè)量混凝土面的深度，校對(duì)混凝土面的上升速度與混凝土量是否一致，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析原因并采取必要的補(bǔ)救措施。

(3)同一根灌注樁必須連續(xù)澆筑，始終保持導(dǎo)管埋入混凝土深度為2～6m，勤提、緩提導(dǎo)管，軸線垂直逐步提升。

5結(jié)語(yǔ)

(1)針對(duì)存在地下暗流通道和基巖強(qiáng)度較高的特殊地質(zhì)條件下的灌注樁施工，通過(guò)采取有效的爆破控制和沖擊造孔相結(jié)合的方法，可以實(shí)現(xiàn)快速成孔、降低成本的目標(biāo)。

(2)對(duì)于小孔徑深孔爆破無(wú)法實(shí)現(xiàn)拋擲爆破時(shí)，可以選擇采用徑向和環(huán)向預(yù)裂爆破模型，即周邊孔和主爆孔均采用預(yù)裂爆破模型，從而能夠解決巖石強(qiáng)度高帶來(lái)的造孔困難問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊文淵，編.工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2002.

張龍斌(1976-)，男，四川成都人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

李永霞(1977-)，女，四川大英人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)與建設(shè)管理工作；

張健(1963-)，男，四川南江人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號(hào):1001-2184(2015)02-0051-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV553;TV52

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