復(fù)雜地質(zhì)條件下人工挖孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用

劉 海 友

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

復(fù)雜地質(zhì)條件下人工挖孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用

劉 海 友

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

人工挖孔灌注樁廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)施工，施工中經(jīng)常會遇到地下水、流砂、軟土地基、超深開挖支護(hù)、有毒有害氣體等復(fù)雜地質(zhì)條件。結(jié)合馬來西亞萬撈高架橋項(xiàng)目現(xiàn)場工程實(shí)踐，對人工挖孔灌注樁在復(fù)雜地層中應(yīng)用的難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和探討。

人工挖孔灌注樁；復(fù)雜地層；施工技術(shù)；馬來西亞萬撈高架橋

1 概 述

人工挖孔灌注樁具有施工簡單、現(xiàn)場成樁質(zhì)量易控制、工期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合大型樁基設(shè)備無法進(jìn)場的山坡地采用。人工挖孔灌注樁在實(shí)際施工過程中經(jīng)常會遇到地下水、流砂、軟土地基、超深開挖、有毒有害氣體等復(fù)雜地質(zhì)條件，需要采取不同的施工技術(shù)措施。筆者結(jié)合馬來西亞萬撈高架橋項(xiàng)目在復(fù)雜地質(zhì)條件下采用人工挖孔灌注樁的工程實(shí)踐，對復(fù)雜地層人工挖孔灌注樁的施工技術(shù)與難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和探討。

萬撈高架橋項(xiàng)目位于馬來西亞吉隆坡雪蘭莪州處的萬撈鎮(zhèn)。高架橋沿線全長2.7 km，北接通往霹靂州首府怡寶的高速公路，南接通往吉隆坡的1號公路，建成后將極大地緩解萬撈鎮(zhèn)的交通壓力。項(xiàng)目施工范圍包括高架橋P5號墩至P50號墩沿線的樁基、樁帽、墩柱、墩帽施工。有橋墩46組，其中墩高40 m以下的35組，墩高40 m以上的11組，最高橋墩為57.069 m，186根樁基的開挖直徑分為1.7 m與2.2 m兩種，最深樁基達(dá)48.45 m。萬撈高架橋項(xiàng)目共計(jì)有143根大梁，大梁斷面為2 m×1 m，最大跨度11 m，大梁距地面最大高度達(dá)40 m，施工難度較大，安全問題突出。

2 該工程施工具有的難點(diǎn)及特點(diǎn)

馬來西亞萬撈高架橋項(xiàng)目地處丘陵坡地，施工道路坡陡彎急，具有典型的熱帶雨林氣候，常年多雨水，氣候炎熱。場地內(nèi)地質(zhì)情況差異大，地下水位較高，開挖過程中流砂、爛泥等不良地質(zhì)問題突出。最深人工開挖達(dá)48.45 m的人工樁開挖在馬來西亞尚屬首次，其入巖深度由原來招標(biāo)時(shí)的1 m變更至4～5 m,在國內(nèi)同等地質(zhì)條件下亦屬罕見。

3 所采取的幾種復(fù)雜地層中的施工技術(shù)

地下水是深基礎(chǔ)施工中最常見的問題，給人工挖孔樁施工帶來許多困難。含水層中的水在開挖時(shí)破壞了其固有的平衡狀態(tài)，使周圍的靜態(tài)水充入樁孔內(nèi)而影響到人工挖孔樁的正常施工；若遇到動態(tài)水壓土層施工，不僅開挖困難，甚至連護(hù)壁混凝土也易被水壓沖刷穿透而發(fā)生樁身質(zhì)量問題。如果遇到細(xì)砂、粉砂土層，在壓力水的作用下極易發(fā)生流砂和井漏現(xiàn)象。根據(jù)地勘資料，項(xiàng)目部在施工前分析了可能遇到的幾種不良地質(zhì)情況，并制定了不同的施工處理措施：

(1)主動降排水與施工順序相結(jié)合施工地下含水層。根據(jù)地勘資料，對地下水量的大小及壓力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析并采取了相應(yīng)的措施：

①當(dāng)?shù)叵滤坎淮髸r(shí)，可選用風(fēng)泵、潛水泵抽水，邊抽水邊開挖，成孔后及時(shí)澆筑相應(yīng)段的混凝土護(hù)壁，然后進(jìn)行下一段的施工。

②當(dāng)水量較大時(shí)，采用施工孔自身的水泵抽水，在不易開挖時(shí)，從流水滲入順序考慮，采取了對周圍樁孔同時(shí)抽水以減少開挖孔內(nèi)的水量，并采取交替循環(huán)施工的方法，取得了很好的效果。處理此類問題最有效的方法是截?cái)嗨矗忾]水路。

③對于不太深的挖孔樁，可在其場地四周合理布置統(tǒng)一的輕型管井用于降水分流，其對基礎(chǔ)平面占地較大時(shí)，可增加降水管井的排數(shù)，即可解決問題。

④對于樁孔較深的挖孔樁，在該樁周圍實(shí)施鉆孔壓力灌漿形成帷幕擋水，以保證在正常抽水時(shí)能夠正常開挖。

⑤對于樁基處于沖溝處、涉及到較大的承壓水時(shí)，可以采用設(shè)置降水井的方法。該項(xiàng)目有28根樁基位于沖溝處，地下水位較高，其中4、5、6號樁為單體樁基開挖，降水井布置通過計(jì)算確定，對每個(gè)樁基采用10口降水井沿樁基基坑周邊布置，施工降水井時(shí)采取了鋼護(hù)筒護(hù)壁與井內(nèi)降水相結(jié)合的方法施工。通過井點(diǎn)降水，保證了人工挖孔灌注樁順利施工完成。

(2)主動降排水與封堵結(jié)合施工流砂及流塑泥質(zhì)土層。

人工挖孔在開挖遇到細(xì)砂、粉砂層時(shí)，加上地下水的作用，極易形成流砂，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生井漏而造成質(zhì)量事故。人工挖孔灌注樁施工中的流砂現(xiàn)象包括粉細(xì)砂、粉土中的流砂和中砂層中顆粒產(chǎn)生的管涌。根據(jù)流砂形成機(jī)理，流砂的形成必須有地下水流動而產(chǎn)生動水壓力，其關(guān)鍵是既要降低地下水位，又要保證排水時(shí)不能攜帶泥砂。因此，對井管濾網(wǎng)和孔壁間的處理特別重要，必須采取有效可靠的措施。

①流砂情況較輕時(shí)，有效的施工方法是縮短這一循環(huán)的開挖深度，即將正常的1 m左右一段縮短為0.5 m，以減少挖層孔壁的暴露時(shí)間并及時(shí)進(jìn)行護(hù)壁混凝土灌注。當(dāng)孔壁塌落、有泥砂流入而不能形成樁孔時(shí)，可用紡織袋土逐漸堆堵形成樁孔的外壁，控制并保證其內(nèi)壁滿足設(shè)計(jì)要求。施工中采用土工布堆圍四周合圍處理，其四周用鋼筋固定并插入一定深度后進(jìn)行開挖，支模澆筑護(hù)壁混凝土，從而保證了其即能有效濾水，又能保證不攜帶泥砂，實(shí)現(xiàn)了主動降排水與封堵相結(jié)合的效果，工序簡單、成本低、便于操作。

②流砂情況較嚴(yán)重時(shí)，常用的方法是下鋼套筒。鋼套筒與護(hù)壁用的鋼膜板相似，其以孔外徑為直徑，可分成4～6段圓弧，加上適當(dāng)?shù)睦邨l，相互用螺栓或鋼筋環(huán)扣連接，在開挖至0.5 m左右時(shí)，即可分片將套筒裝入，深入孔底不少于0.2 m，插入上部混凝土護(hù)壁外側(cè)深度不小于0.5 m，裝后即支模澆筑護(hù)壁混凝土。

③若放入套筒后流砂仍上涌，可采取挖出后即用混凝土封閉孔底的方法，待混凝土凝結(jié)后，將孔心部位的混凝土清鑿以形成樁孔；亦可將該方法應(yīng)用到已完成的混凝土護(hù)壁的最下段鉆孔，使孔位傾斜至下層護(hù)壁以外，打入漿管，壓力澆注水泥漿，使下部土壤變硬、提高周圍及底部土壤的不透水性，以解決流砂現(xiàn)象。

④在遇到淤泥質(zhì)土層等軟弱土層時(shí)，一般可采用木方、木模板等進(jìn)行支擋，并需縮短這一段的開挖深度，及時(shí)澆筑混凝土護(hù)壁，支擋的木方木板需沿周邊打入底部不少于0.2 m深，將其上部嵌入上段已澆筑好的混凝土護(hù)壁后，亦可斜向放置，雙排布置，互相反向交叉，即能達(dá)到很好的支擋效果。

(3)停電報(bào)警撤離及全程通風(fēng)以確保安全施工。

由于土層中可能有腐殖質(zhì)物質(zhì)或鄰域腐殖質(zhì)物質(zhì)產(chǎn)生的氣體逸散到孔中，因此，要預(yù)防孔內(nèi)有害氣體的侵害。下孔前10 min，將孔蓋打開通風(fēng)，待異常氣味排除后方可作業(yè)。該項(xiàng)目實(shí)際施工時(shí)，通過加強(qiáng)通風(fēng)及加裝停電報(bào)警系統(tǒng)，停電時(shí)及時(shí)撤離，有效地防止了中毒安全事故的發(fā)生。

(4)護(hù)壁坍塌部位實(shí)施的處理措施。

人工挖孔灌注樁施工時(shí)，很容易發(fā)生護(hù)壁外圍泥砂塌落、甚至難以澆筑混凝土護(hù)壁的事故。尤其是遇到大量地下水時(shí)，隨著護(hù)壁外圍泥砂的大量塌落，混凝土護(hù)壁成為懸空狀態(tài)，失去支撐進(jìn)而產(chǎn)生裂紋，直至斷裂、脫落。施工時(shí)采取了以下相應(yīng)措施：

①根據(jù)樁位布置情況，對于樁凈距小于2.5 m的人工挖孔樁采用間隔開挖，并保證相鄰排樁跳挖的最小施工凈距大于4.5 m，待相臨樁孔澆筑完后再開挖，既減小了對土體的擾動，又可起到阻水的作用。

②加密護(hù)壁豎向鋼筋并將鋼筋伸出20 cm以上，與下一節(jié)護(hù)壁的豎向鋼筋及箍筋連成整體，然后再澆筑成形，使護(hù)壁不會斷裂脫落。

③在已成形的護(hù)壁上挖孔至砂土薄弱層，以充填、滲透和擠密的形式將灌漿材料充填到土體的孔隙中，以固結(jié)護(hù)壁外圍的土體，保護(hù)壁周泥砂不塌落。壓力灌漿材料可選擇粉煤灰、早強(qiáng)型水泥混凝土、石灰粘土混合料等。

④部分樁體開挖后孔底出現(xiàn)坍塌，由于樁間距較近，底部坍塌范圍容易連成一片，從而增加了清理的難度，我們采用先回填、后開挖、同時(shí)調(diào)整施工順序，采用間隔跳挖的方式，有效處理了孔底出現(xiàn)坍塌的部位。

4 取得的效果

(1)該工程不良地段樁基礎(chǔ)施工計(jì)劃工期為180 d，實(shí)際完工日期為172 d，現(xiàn)場分三批次移交工作面，較好地滿足了工程施工進(jìn)度的需要。

(2)施工過程中未出現(xiàn)安全傷亡事故，停電報(bào)警撤離及全程通風(fēng)措施的實(shí)施，有效防止了中毒事故的發(fā)生。

(3)人工挖孔灌注樁施工完成后，按規(guī)范要求進(jìn)行了相關(guān)檢測和試驗(yàn)，其結(jié)果均符合規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

隨著施工技術(shù)的改進(jìn)，人工挖孔灌注樁在有地下水、流砂層和淤泥質(zhì)土質(zhì)等復(fù)雜地層中得到了較好地應(yīng)用。但在地質(zhì)情況不良、易坍塌地段、開挖深度超深使用時(shí)，施工前應(yīng)進(jìn)行成樁試驗(yàn)以論證并制定相關(guān)完善的應(yīng)對措施，防止產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。筆者對復(fù)雜地層人工挖孔灌注樁的施工技術(shù)與難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和探討，可為今后類似工程提供一定的施工經(jīng)驗(yàn)。

U445.4;U445.55+1

B

1001-2184(2017)06-0033-02

2017-10-18

劉海友(1973-)，男，黑龍江綏化人，項(xiàng)目經(jīng)理，高級工程師，從事建筑工程施工技術(shù)及管理工作.

李燕輝)