巖溶地區(qū)特殊橢圓形樁體人工挖孔樁施工技術

陳 飛，吳健翔

（1.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西贛州341000；2.贛西地質調查大隊，江西南昌330002）

·隧道與建設工程·

巖溶地區(qū)特殊橢圓形樁體人工挖孔樁施工技術

陳 飛*1，吳健翔2

（1.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西贛州341000；2.贛西地質調查大隊，江西南昌330002）

結合湖北省武警總隊團職樓特殊橢圓形樁體人工挖孔樁實踐，針對石灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育、裂隙、石灰?guī)r強度高等復雜地質條件及周邊環(huán)境復雜的特點，對施工方法進行優(yōu)化選擇，采用注漿、控制爆破等多種施工技術，滿足了工程質量和進度要求。介紹了巖溶地區(qū)人工挖孔樁關健施工技術、施工難點的處理，為巖溶地區(qū)人工挖孔樁施工提供了有益的經(jīng)驗借鑒。

巖溶；人工挖孔樁；注漿；控制爆破

1 工程概況

武警湖北省總隊團職樓位于武漢市武昌區(qū)雄楚大道尤李東港小區(qū)，該工程主樓22層，裙樓2層，設1層地下室，擬建主樓建筑面積25000m2，框架剪力墻結構、高度70m，安全等級為一級。該大樓基礎采用特殊橢圓形樁體人工挖孔樁，采用混凝土護壁，樁數(shù)128根，樁徑0.8～1.3m，樁長16m，擴大頭0.8～2.4m，混凝土標號C30，鋼筋主筋為?16mm、箍筋?8mm@125/250，樁基頂標高-6.03m。工程樁施工在基坑開挖后進行，樁基持力層為中風化灰?guī)r。

2 工程地質條件

據(jù)巖土工程勘察報告，該場地地貌單元屬長江Ⅲ級階地，場區(qū)所分布的地層表層為雜填土層，其下為第四系上更新統(tǒng)沖積的粘性土層及二疊系灰?guī)r。場區(qū)內地層分布為：①雜填土層，土層厚2.0m；②淤泥質土層，土層原2.2m，fak=40kPa，Es=1.5MPa；③粉質粘土層：土層厚3.8m，fak=120kPa，Es=5.0MPa；④粉質粘土夾碎石層，土層厚2.9m，fak=210kPa，Es=14.0MPa；⑤泥質砂巖強風化，土層厚16m，fak=450kPa，Es=44.0MPa；⑥灰?guī)r，未穿造，單軸抗壓強度56MPa。

場區(qū)地下水主要為賦存于雜填土中的上層滯水，受大氣降水及生活排水的補給，以蒸發(fā)及地下徑流的形式排泄，其水量有限，無統(tǒng)一水位，場區(qū)上層滯水靜止水位埋深在地表以下1.2～1.6m之間。巖溶、裂隙現(xiàn)象發(fā)育，有溶洞、溶槽及巖溶破碎帶等現(xiàn)象，溶洞分布以垂直方向為主，溶洞高0.2～0.5m，少數(shù)為全填充或半填充軟塑狀粘土等。

3 工程特點、難點及施工方案優(yōu)化選擇

3.1 工程特點、難點

本工程工期短，對橢圓樁體人工挖孔樁質量要求高，任務量大。在基坑開挖完后再進行人工挖孔樁施工，雖然可以減少樁體挖土量，但增加了施工難度。持力層為灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育，需對灰?guī)r裂隙水進行處理，工程周邊情況復雜（圖1），若采用降水井有可能對周邊建筑產(chǎn)生不良影響?；?guī)r強度高達56MPa，挖掘難度大。

圖1 樁基工程周邊環(huán)境示意圖

3.2 施工方案優(yōu)化選擇

根據(jù)工程特點及地質條件，針對工程難點，經(jīng)多種成孔工藝的技術經(jīng)濟比較，決定采用一樁一孔地質超前鉆查明灰?guī)r裂隙、溶洞情況，視情況進行注漿以封閉巖層裂隙水通道，以確保人工挖孔樁的順利實施[1]；土層用鐵鍬、泥質強風化砂巖用鐵鍬配合風鎬挖掘[2]，灰?guī)r采取控制爆破技術施工。

4 施工工藝及主要技術措施

4.1 施工工藝流程

人工挖孔樁施工工藝流程為：場地平整→放線、定樁位→一樁一孔超前鉆→注漿→挖第一節(jié)樁孔土方→支模澆架、安裝，吊土桶、水泵、鼓風機、照明設施等→第二節(jié)樁身挖土→清理樁孔四壁、校核樁孔直徑和垂直度→拆上節(jié)模板，支第二節(jié)模板，澆筑第二節(jié)混凝土護壁→重復第二節(jié)挖土、支模、澆筑混凝土護壁工序，循環(huán)作業(yè)直至設計深度→檢查持力層土質→鉆爆破眼、爆破、擴底→對樁孔直徑、深度、擴底尺寸、垂直度、持力層進行全面檢查驗收→清理虛土石、排除孔底積水、水泥砂漿封底→吊放鋼筋籠就位→澆筑樁身混凝土→樁基檢測。

4.2 一樁一孔超前鉆后注漿

4.2.1 一樁一孔地質超前鉆

根據(jù)工程地質勘探初步報告顯示，該工程地質情況極其復雜，因此按一樁一孔的設計布置超前鉆，通過巖芯鉆探取得每一樁孔的地質剖面直觀資料，進一步查明每個樁孔的溶洞分布情況及持力層的準確頂面高程及判定地下水類型、大小及流向。

4.2.2 超前鉆后注漿

本工程共施工128個超前鉆，其中判明86個孔存在溶洞或裂隙，因此對這86個孔在樁基施工前進行注漿處理。

注漿設備主要有BW250型注漿泵、100型鉆機、泥漿攪拌機和貯漿槽、高壓灌漿管及其配件。

利用超前鉆的鉆孔為通道進行注漿，注漿時注漿管插入孔底部，注漿開始前先向注漿管內壓入清水沖洗孔隙，然后再送漿，打開止?jié){帽回水閥，待水泥漿液將孔內清水完全置換出來，回水閥流出水泥漿后關閉，進行壓力注漿，注漿結束后清洗注漿設備，防止殘留漿液凝固堵塞注漿管路。注漿參數(shù)見表1。

表1 注漿參數(shù)表

4.3 樁孔挖掘

樁孔土方按段開挖，逐段用混凝土護壁，灰?guī)r挖掘用爆破方法。

4.3.1 挖土施工方法及技術措施

挖土由人工從上到下逐層用鎬、鍬進行，遇堅硬土層用錘、釬破碎，挖土次序為先中間部分后周邊，按設計樁直徑加2倍護壁厚度控制截面[3]。擴底部分采取先挖樁身圓柱體，再按擴底尺寸從上到下削土修成擴底形。棄土裝入活底吊桶或籮筐內。垂直運輸，在孔上口安支架、工字軌道、鋼制鉸架，用塑料繩人工提升。土方吊至地面上后，甩開洞口1.0m以外。

地下水采取隨挖隨用吊桶將泥水一起吊出。大量滲水，在一側挖集水坑，用高揚程潛水泵排出樁孔外。

多樁孔同時成孔，采取間隔挖孔方法，以減少水的滲透和防止土體滑移，本工程樁距小于3m的樁均采用跳挖開孔。

對樁的垂直度和直徑，應每段檢查，發(fā)現(xiàn)偏差，隨時糾正，保證位置正確。其檢查的簡易方法采用自制的十字架和線錘對中，只要把十字架放在第一段護壁上口的控制標記上，控制樁孔圓心和樁身的偏斜[4-5]。

樁底開挖至設計要求的持力層上，并清除底部虛土，逐根進行隱蔽檢查。

遇塌孔，采取在塌方處砌磚外模，配適量直徑6～9mm間距150mm鋼筋，再支鋼內模灌筑混凝土護壁。擴底時，為防止擴大頭處塌方，采取間隔挖土擴底措施，留一部分土方作為支撐，待澆灌混凝土前再挖。

4.3.2 護壁施工方法及技術措施

每段護壁接頭處作成鋸齒形或階梯形以便于澆筑護壁混凝土，又可供操作人員上下蹬踏。護壁混凝土的模板為圓臺形的定型鋼模板或拼裝模板，便于裝拆。組合模板共設3塊，其中1塊為退拔模板，拆模時只需將退拔模板往圓心方向一退，其余2塊模板就可很方便地拆除。在構造上，這種鋼模的邊肋要按圓孤倒角，2塊模板在邊肋處可用U型卡連接。拆上節(jié)、支下節(jié)，循環(huán)周轉使用。

第一節(jié)混凝土護壁高出地面100～200mm，便于擋水和定位。混凝土采用機械拌制，用吊桶運輸人工澆筑，上部留100mm高作澆灌口，混凝土澆完拆模后，用混凝土或砌磚堵塞，外抹水泥砂漿封閉。

護壁混凝土澆筑時，由于上圈僅有100～150mm的空隙，混凝土進料比較困難。為此在施工中根據(jù)模板尺寸大小，制備幾套專用進料模具。

施工時，將模具擱置在護壁的鋼模板上，邊沿上相接的孔眼用U型卡扣固定。下料時混凝土沿著模具徐徐進入護壁內，這樣既方便施工，又加快了進度，并且減少混凝土澆筑時的損失。護壁混凝土的強度等級按設計要求，為C20混凝土。為使混凝土振搗密實，配制坍落度較大的細石混凝土，同時要求采用微型振動棒搗固混凝土。

在開挖至第三層時即要設計內支撐，采用?80mm的鋼管，兩端焊接400mm×500mm的墊板，基強度必須滿足要求，每4m設計一層，每層設計2道，如圖2所示。

圖2 橢圓形樁體內支撐示意圖

4.3.3 挖孔樁控制爆破技術

進入灰?guī)r持入層后采用2#巖石乳化炸藥進行爆破作業(yè)，炮孔按螺旋孔掏槽布置，采用對稱起爆[5]。樁基入巖爆破參數(shù)根據(jù)所爆破的挖孔樁直徑、巖石的物理力學性質以及所用炸藥的性能來確定，周邊孔間距30cm，爆破單耗3.5kg/m3、炮孔深度100cm。開挖爆破要避免超挖，預留20～30cm保護層，爆破后用風稿修整，清除有裂隙巖石。

采用濕式鉆孔，井下爆破采用水草封堵，強防護，爆破作業(yè)時基本無粉塵、噪聲小，爆破效果良好。

4.4 鋼筋籠制安及砼灌注

鋼筋籠在地面上加工制作綁扎成型，然后一次起吊就位。

由于樁孔較深，混凝土的下料采用漏斗和串筒下料，這樣可防止混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。同時樁身混凝土采取連續(xù)澆筑分段振搗的方法施工，每段振搗厚度不得超過0.5m?；炷翉姸鹊燃壐鶕?jù)設計要求規(guī)定，為方便施工澆筑和振搗，坍落度適當增大。

混凝土連續(xù)分層澆灌，每層澆灌高度不得超過1.5m。對小直徑挖孔樁，距地面6m以下利用混凝土的坍落度和下沖力使之密實。6m以內公層振搗密實。大直徑挖孔樁應分層搗實，第一次澆灌到擴底部位的頂面，隨即振搗密實，再分層澆筑樁身，直至樁頂。在混凝土初凝前抹壓平整，避免出現(xiàn)塑性收縮裂縫或環(huán)向干縮裂縫。表面有浮漿層應鑿除，以保證與上部承臺或底板良好連接。

5 結語

（1）本樁基工程用時45d，比合同工期提前15d完成施工任務，經(jīng)檢測樁身質量及持力層、承載力均滿足設計要求，其中Ⅰ類樁占95.3%，Ⅱ類樁占4.7%，無Ⅲ類樁，工程質量優(yōu)良。

（2）在巖溶地區(qū)進行人工挖孔樁施工，應充分查明工程地質、水文地質條件。本工程中采用一樁一孔超前鉆，并對巖溶裂隙進行注漿處理，確保了施工安全和樁基質量。

（3）本工程工期緊、周邊情況復雜、灰?guī)r持力層強度高，爆破安全問題嚴竣。采用控制爆破技術對灰?guī)r進行爆破，由于選擇的控制爆破參數(shù)切合工程實際、采取的安全措施得當，沒有對周邊建筑及基坑造成不良影響，對保證樁基的質量和工程進度取得了明顯的效果。

[1]張威.淺析巖溶地區(qū)樁基施工技術措施[J].土工基礎,2012,26（5）:49-50,57.

[2]韓貴雷.圍壓對破裂巖體注漿加固效果影響分析[J].工程勘察,2012（9）:4-8.

[3]梅洪亮.廈門西站大尺寸矩形人工挖孔樁施工技術[J].施工技術,2011,39(1):80-82.

[4]蔣學文.巖溶地區(qū)樁基施工風險分析及應對措施[J].建筑施工,2012（10）:975-977.

[5]張明.人工挖孔樁在工業(yè)廠房中的應用[J].土工基礎,2010,24 (4):36-39.

TU753

B

1004-5716(2015)09-0162-03

2014-09-25

江西理工大學博士基金資助項目（22027）。

陳飛（1969-），男（漢族），湖南邵東人，副教授，現(xiàn)從事地質工程、巖土工程專業(yè)的教學與科研工作。