千枚巖地質(zhì)大型灌注樁開挖施工工法

王 科，田 濤

(陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714000)

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千枚巖地質(zhì)大型灌注樁開挖施工工法

王 科，田 濤

(陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714000)

漢中石門水庫(kù)渡槽工程地質(zhì)為為前寒武系綠泥石絹云母千枚巖，中墩豎井開挖是漢中石門水庫(kù)渡槽工程的一個(gè)難點(diǎn)項(xiàng)目，每個(gè)中墩下設(shè)計(jì)有8根樁基，最小樁距僅為1.55m，開挖過(guò)程中井壁坍塌嚴(yán)重，安全施工無(wú)法保證，項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，最終采用鋼筋混凝土倒掛壁，間隔開挖的施工方法解決了開挖問(wèn)題，順利完成了樁基施工開挖的質(zhì)量，通過(guò)文章的介紹，對(duì)同類地質(zhì)條件下豎井開挖具有借鑒意義。

水利水電工程；大直徑樁；倒掛壁；開挖施工技術(shù)

1 工程概況

位于陜西省漢中市境內(nèi)的石門水庫(kù)灌區(qū)瀝水溝渡槽工程屬于震后的一項(xiàng)改建工程，該工程的渡槽全長(zhǎng)為169.13m，其水流量為30m3/s，跨渡槽，其跨度為43m。該工程設(shè)計(jì)屬于鋼筋混凝土拱肋排架結(jié)構(gòu)。渡槽設(shè)計(jì)為中部空心墩2個(gè)，兩側(cè)大體積重力式邊墩2個(gè)，擋墻2個(gè)，全渡槽共有30根樁基，最大樁徑2.7m，最小樁徑1.7m，其深度在14.2-30m之間。

2 地質(zhì)條件

地表地質(zhì)為第四系全新統(tǒng)人工填土和砂卵石層，較為松散，下面為前寒武系綠泥石云母千枚巖，巖體破碎、軟弱，風(fēng)化強(qiáng)烈，張裂隙發(fā)育，遇水軟化成泥狀，地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水，中墩設(shè)計(jì)蓋梁底4-8m見地下水。

3 樁基施工的難點(diǎn)和問(wèn)題分析

3.1 設(shè)計(jì)樁距較近，不符合規(guī)范要求

1)根據(jù)2003版《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-結(jié)構(gòu)》中表3.10.2樁的最小中心距規(guī)定為：人工成孔灌注樁中心距宜≥2.5d，依據(jù)規(guī)范，中墩井柱的中心距最小應(yīng)為：2.5×2.3=5.75m，設(shè)計(jì)中墩井柱最小中心距為3.90m。

2)根據(jù)JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中表3.3.3-1樁的最小中心距規(guī)定：本工程為成樁工藝為非擠土灌注樁，樁的最小中心距為3d,即3×2.3=6.9m。

設(shè)計(jì)圖紙中中墩下井柱中心距和凈距過(guò)小，不符合相關(guān)規(guī)范之規(guī)定，在多方交涉，無(wú)法改變?cè)O(shè)計(jì)文件的前提條件下，考慮工期和經(jīng)濟(jì)性，決定井柱開挖方法,為人工鉆爆間隔開挖。詳見圖1。

圖1 人工鉆爆間隔開挖圖

3.2 受爆破震速影響，需開挖完后統(tǒng)一澆注

因1號(hào)中墩處于河溝當(dāng)中，汛期河溝水流較大，項(xiàng)目部受工期所迫，決定先開挖①、③、⑤、⑦號(hào)井柱，待其4個(gè)井柱開挖完畢混凝土澆筑后再施工其余4個(gè)井柱(原則為挖一個(gè)、澆一個(gè)、保一個(gè))，但存在鄰樁施工時(shí)爆破對(duì)新澆筑井柱混凝土的影響問(wèn)題，經(jīng)咨詢相關(guān)專家及查閱規(guī)范后，方案是不可行的，原因?yàn)椋焊鶕?jù)GB6722-2003《爆破安全規(guī)程》第6.2.2條規(guī)定，爆破對(duì)新澆大體積混凝土的安全允許震速V值為：齡期初凝-3d，V=2-3cm/s,齡期3d-7d，V=3-7cm/s，齡期7d-28d，V=7-12cm/s。

參照爆破震速計(jì)算公式及根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在凈間距只有1.55m時(shí)，即便最大一段爆破藥量控制不超過(guò)1kg，相鄰已澆筑井柱混凝土受到的爆破震速，無(wú)論如何都在40cm/s以上，遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)程允許值。由此說(shuō)明，爆破振動(dòng)必將破壞相鄰井柱的完整性，使其混凝土產(chǎn)生裂縫。即便采用預(yù)裂爆破措施，也改變不了上述結(jié)果[1]。

3.3 開挖過(guò)程中、滲水、塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重

項(xiàng)目部最終開挖方案為：先開挖①、③、⑤、⑦號(hào)井柱，再開挖剩余②、④、⑥、⑧號(hào)井柱，待所有樁基開挖完后會(huì)再進(jìn)行灌注樁混凝土的澆筑。由于工程所處地質(zhì)為千枚巖，風(fēng)化破碎較為嚴(yán)重，開挖過(guò)程中塌方、串孔現(xiàn)象較為嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)分析研究：我項(xiàng)目部開挖時(shí)采用倒掛壁形式進(jìn)行護(hù)壁支護(hù)，爆破時(shí)遵循“短進(jìn)尺，弱爆破，分段起爆，降低最大一段藥量”的原則有效的解決了問(wèn)題。

4 開挖及支護(hù)施工技術(shù)

4.1 開挖施工技術(shù)

4.1.1 施工工藝

開挖的工藝方法主要是采用了人工鉆爆法，從上層到下層按順序進(jìn)行開挖，然后是先挖中間、接著是周邊，在開挖過(guò)程中必須有效控制截面尺寸。每節(jié)護(hù)壁的高度一般以0.9-1.2m之間較好。護(hù)壁模板采用組合式鋼模，弧形工具式鋼模八塊拼裝。人工澆筑，人工搗實(shí)，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C20，坍落度控制在100mm，護(hù)壁混凝土要振搗密實(shí)，需加早強(qiáng)劑，嚴(yán)禁用插入振動(dòng)器振搗，以免影響模外的土體穩(wěn)定；上下壁搭接50-75mm，護(hù)壁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度(一般24h后)便可拆模，再開挖下一段。

人工挖孔時(shí)，土質(zhì)地層和強(qiáng)風(fēng)化地層采用鐵鍬、洋鎬或風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，如至弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖層時(shí)，采用非電雷管淺孔爆破方法進(jìn)行開挖。

井口設(shè)置全角吊運(yùn)機(jī)進(jìn)行渣土垂直運(yùn)輸，傾倒至井外后由挖掘機(jī)收集裝車外運(yùn)。

4.1.2 爆破方法及參數(shù)

井柱巖石開挖遵循“短進(jìn)尺，弱爆破，分段起爆，降低最大一段藥量”的原則。將每次爆破的循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行有效的控制，0.8m左右的控制量，每次爆破的石方量為3.93m3，巖石成分主要為千枚巖，其堅(jiān)固性系數(shù)為f=6-8，每次爆破鉆孔的直徑為40-42mm，炸藥成分的選擇主要為粉狀乳化炸藥卷，每卷為150g，每卷的長(zhǎng)度為20cm。掌子面上設(shè)置布置3圈炮孔，鉆孔的深度為1m，炸藥單耗q=2-2.5 kg/m3，爆破的方式主要是采用毫秒差起爆，控制最大一段起爆藥量不超過(guò)2.5kg。

1)炮孔布置：

a)掏槽孔布置：對(duì)于掏槽孔的布置，主要是采用了錐形掏槽的方式，對(duì)其有效的布置4個(gè)有效孔，其孔口是0.8m的圓圈直徑，掏槽孔的有效深度為1.2m，其孔底的間距設(shè)定為0.3m。

b)中空孔布置：中空孔按照布局要求，設(shè)計(jì)在圓心位置，中空孔的孔深為1.3m，孔徑≥其他炮孔。

c)輔助孔布置：周邊孔和掏槽孔之間進(jìn)行輔助孔的布置，中間孔設(shè)計(jì)了8個(gè)，中間孔的深度為1m。

d)周邊孔布置：設(shè)計(jì)輪廓線以內(nèi)15公分處設(shè)計(jì)周邊孔，周邊孔設(shè)計(jì)布置12個(gè)，周邊孔的深度為1m。

綜上，總共有25個(gè)炮孔，進(jìn)尺為26.1m。

2)藥量：

選定q=2.5kg/m3，每一次的爆破總需藥量為Q=qV=2.5×3.93=9.8kg。

a)掏槽孔藥量設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)0.6kg的單孔藥量，所以4個(gè)掏槽孔的總裝藥量為2.4kg；

b)中空孔：裝藥量0.3 kg(裝藥長(zhǎng)度0.4m)；

c)輔助孔：?jiǎn)慰姿幜?.375kg(裝藥長(zhǎng)度0.5m，炮孔裝藥系數(shù)0.5),8孔共裝藥3.0kg；

d)周邊孔：?jiǎn)慰姿幜?.375kg(裝藥長(zhǎng)度0.5m，炮孔裝藥系數(shù)0.5),12孔。

共裝藥4.5kg。

以上25個(gè)孔總裝藥量10.2kg，相當(dāng)于單耗2.6 kg/m3。

3)起爆網(wǎng)絡(luò)：

采用毫秒差導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，各類炮孔所用毫秒延期雷管段別及延時(shí)見表1。

表1 起爆雷管段別及延時(shí)

以上爆破設(shè)計(jì)詳見圖2。

圖2 爆破設(shè)計(jì)圖

4.1.3 開挖爆破施工應(yīng)注意的問(wèn)題

1)布孔：應(yīng)由爆破工程技術(shù)人員或爆破班長(zhǎng)完成，用紅油漆將孔位布置在巖面上，鉆孔孔口偏差應(yīng)≤5cm。

2)鉆孔：掏槽孔與工作面夾角為78°，鉆孔時(shí)應(yīng)很好掌握，確?？椎组g距(設(shè)計(jì)值為0.3m)，偏差≤5cm。各炮孔孔深應(yīng)根據(jù)工作面巖石起伏程度作出調(diào)整，使孔底落在設(shè)計(jì)位置；

3)裝藥：按設(shè)計(jì)值裝藥，起爆雷管裝在底部藥卷，反向起爆；

4)填塞：用干混合適的黃土(含水量15%左右)填塞炮孔，用木炮棍認(rèn)真分層搗實(shí)，不允許使用無(wú)填塞(或用值填塞)爆破；

5)起爆網(wǎng)絡(luò)：將從25個(gè)炮孔伸出的25根導(dǎo)爆管簇連在一起，用2發(fā)電雷管引爆，起爆源為導(dǎo)爆管起爆器。

6)爆破效果總結(jié)：在每次爆破完成之后，鉆孔人員，技術(shù)人員一塊觀察爆破的現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，總結(jié)爆破的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)本次爆破的實(shí)際情況，來(lái)辨識(shí)本次爆破的問(wèn)題，并提出解決方案，為下次循環(huán)爆破提供有效的改進(jìn)措施[2]。在這種不斷改進(jìn)和優(yōu)化的過(guò)程中，不斷的改進(jìn)技術(shù)水平。

7)開挖爆破同時(shí)，也要注意已開挖成型井柱的支撐防護(hù)及滲水的及時(shí)抽排。

4.2 倒掛壁支護(hù)施工技術(shù)

采取定型加厚鋼模板，全井身施工倒掛壁混凝土，厚度為150mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C20，增加配筋率，護(hù)壁鋼筋配筋為Φ8，間距為150mm，具體施工方法如下所述：

1)倒掛壁示意圖見圖3。

圖3 倒掛壁示意圖

2)倒掛壁施工要求：

a)首節(jié)倒掛壁伸出井壁外0.5d(d為井柱直徑)，每層護(hù)壁高度為1.0m，嚴(yán)格按照C20混凝土配合比拌料，入倉(cāng)必須進(jìn)行振搗。

b)每層護(hù)壁鋼筋網(wǎng)片必須嚴(yán)格綁扎牢固，上下層鋼筋網(wǎng)片豎向鋼筋要焊接牢固，搭接長(zhǎng)度為10d，即搭接長(zhǎng)度為8cm，每層護(hù)壁混凝土方量1.06m3，鋼筋量為39.9kg；混凝土保護(hù)層為5cm。

5 結(jié) 語(yǔ)

豎井施工是水利水電的重要工程施工點(diǎn),不僅關(guān)系著整個(gè)工程的質(zhì)量,屬于基礎(chǔ)項(xiàng)目的工程,要科學(xué)的設(shè)計(jì)工程方案,聘請(qǐng)專業(yè)的,有資質(zhì)工作人員進(jìn)行施工，漢中石門水庫(kù)渡槽改建工程通過(guò)各方面人員的共同努力，解決了施工過(guò)程中存在種種問(wèn)題，完成了中墩井柱開挖任務(wù)，為后期其余井柱施工奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為在相類式地質(zhì)條件下施工大直徑、近距離人工挖孔樁積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]穆愛(ài)明.石門水庫(kù)灌區(qū)瀝水溝渡槽斜井施工技術(shù)分析[J].陜西水利，2012(05)：26-30.

[2]艾進(jìn)榮.鉆孔灌注樁開挖后樁頂冒水庫(kù)因分析及預(yù)防措施[J].西部探礦工程，2009(11)：69-70.

1007-7596(2017)05-0085-03

2017-04-16

王科(1980-)，男，陜西渭南人，工程師，從事施工管理工作；田濤(1982-)，男，陜西渭南人，工程師，從事施工管理工作。

TU753.3

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