岩溶地区特殊椭圆形桩体人工挖孔桩施工技术

2015-12-17吴健翔

西部探矿工程 2015年9期

关键词：护壁灰岩岩溶

陈飞，吴健翔

（1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000；2.赣西地质调查大队，江西南昌330002）

·隧道与建设工程·

岩溶地区特殊椭圆形桩体人工挖孔桩施工技术

陈飞*1，吴健翔2

（1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000；2.赣西地质调查大队，江西南昌330002）

结合湖北省武警总队团职楼特殊椭圆形桩体人工挖孔桩实践，针对石灰岩地区岩溶发育、裂隙、石灰岩强度高等复杂地质条件及周边环境复杂的特点，对施工方法进行优化选择，采用注浆、控制爆破等多种施工技术，满足了工程质量和进度要求。介绍了岩溶地区人工挖孔桩关健施工技术、施工难点的处理，为岩溶地区人工挖孔桩施工提供了有益的经验借鉴。

岩溶；人工挖孔桩；注浆；控制爆破

1 工程概况

武警湖北省总队团职楼位于武汉市武昌区雄楚大道尤李东港小区，该工程主楼22层，裙楼2层，设1层地下室，拟建主楼建筑面积25000m2，框架剪力墙结构、高度70m，安全等级为一级。该大楼基础采用特殊椭圆形桩体人工挖孔桩，采用混凝土护壁，桩数128根，桩径0.8～1.3m，桩长16m，扩大头0.8～2.4m，混凝土标号C30，钢筋主筋为Ø16mm、箍筋Ø8mm@125/250，桩基顶标高-6.03m。工程桩施工在基坑开挖后进行，桩基持力层为中风化灰岩。

2 工程地质条件

据岩土工程勘察报告，该场地地貌单元属长江Ⅲ级阶地，场区所分布的地层表层为杂填土层，其下为第四系上更新统冲积的粘性土层及二叠系灰岩。场区内地层分布为：①杂填土层，土层厚2.0m；②淤泥质土层，土层原2.2m，fak=40kPa，Es=1.5MPa；③粉质粘土层：土层厚3.8m，fak=120kPa，Es=5.0MPa；④粉质粘土夹碎石层，土层厚2.9m，fak=210kPa，Es=14.0MPa；⑤泥质砂岩强风化，土层厚16m，fak=450kPa，Es=44.0MPa；⑥灰岩，未穿造，单轴抗压强度56MPa。

场区地下水主要为赋存于杂填土中的上层滞水，受大气降水及生活排水的补给，以蒸发及地下径流的形式排泄，其水量有限，无统一水位，场区上层滞水静止水位埋深在地表以下1.2～1.6m之间。岩溶、裂隙现象发育，有溶洞、溶槽及岩溶破碎带等现象，溶洞分布以垂直方向为主，溶洞高0.2～0.5m，少数为全填充或半填充软塑状粘土等。

3 工程特点、难点及施工方案优化选择

3.1 工程特点、难点

本工程工期短，对椭圆桩体人工挖孔桩质量要求高，任务量大。在基坑开挖完后再进行人工挖孔桩施工，虽然可以减少桩体挖土量，但增加了施工难度。持力层为灰岩，岩溶裂隙发育，需对灰岩裂隙水进行处理，工程周边情况复杂（图1），若采用降水井有可能对周边建筑产生不良影响。灰岩强度高达56MPa，挖掘难度大。

图1 桩基工程周边环境示意图

3.2 施工方案优化选择

根据工程特点及地质条件，针对工程难点，经多种成孔工艺的技术经济比较，决定采用一桩一孔地质超前钻查明灰岩裂隙、溶洞情况，视情况进行注浆以封闭岩层裂隙水通道，以确保人工挖孔桩的顺利实施[1]；土层用铁锹、泥质强风化砂岩用铁锹配合风镐挖掘[2]，灰岩采取控制爆破技术施工。

4 施工工艺及主要技术措施

4.1 施工工艺流程

人工挖孔桩施工工艺流程为：场地平整→放线、定桩位→一桩一孔超前钻→注浆→挖第一节桩孔土方→支模浇架、安装，吊土桶、水泵、鼓风机、照明设施等→第二节桩身挖土→清理桩孔四壁、校核桩孔直径和垂直度→拆上节模板，支第二节模板，浇筑第二节混凝土护壁→重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度→检查持力层土质→钻爆破眼、爆破、扩底→对桩孔直径、深度、扩底尺寸、垂直度、持力层进行全面检查验收→清理虚土石、排除孔底积水、水泥砂浆封底→吊放钢筋笼就位→浇筑桩身混凝土→桩基检测。

4.2 一桩一孔超前钻后注浆

4.2.1 一桩一孔地质超前钻

根据工程地质勘探初步报告显示，该工程地质情况极其复杂，因此按一桩一孔的设计布置超前钻，通过岩芯钻探取得每一桩孔的地质剖面直观资料，进一步查明每个桩孔的溶洞分布情况及持力层的准确顶面高程及判定地下水类型、大小及流向。

4.2.2 超前钻后注浆

本工程共施工128个超前钻，其中判明86个孔存在溶洞或裂隙，因此对这86个孔在桩基施工前进行注浆处理。

注浆设备主要有BW250型注浆泵、100型钻机、泥浆搅拌机和贮浆槽、高压灌浆管及其配件。

利用超前钻的钻孔为通道进行注浆，注浆时注浆管插入孔底部，注浆开始前先向注浆管内压入清水冲洗孔隙，然后再送浆，打开止浆帽回水阀，待水泥浆液将孔内清水完全置换出来，回水阀流出水泥浆后关闭，进行压力注浆，注浆结束后清洗注浆设备，防止残留浆液凝固堵塞注浆管路。注浆参数见表1。

表1 注浆参数表

4.3 桩孔挖掘

桩孔土方按段开挖，逐段用混凝土护壁，灰岩挖掘用爆破方法。

4.3.1 挖土施工方法及技术措施

挖土由人工从上到下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层用锤、钎破碎，挖土次序为先中间部分后周边，按设计桩直径加2倍护壁厚度控制截面[3]。扩底部分采取先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。弃土装入活底吊桶或箩筐内。垂直运输，在孔上口安支架、工字轨道、钢制铰架，用塑料绳人工提升。土方吊至地面上后，甩开洞口1.0m以外。

地下水采取随挖随用吊桶将泥水一起吊出。大量渗水，在一侧挖集水坑，用高扬程潜水泵排出桩孔外。

多桩孔同时成孔，采取间隔挖孔方法，以减少水的渗透和防止土体滑移，本工程桩距小于3m的桩均采用跳挖开孔。

对桩的垂直度和直径，应每段检查，发现偏差，随时纠正，保证位置正确。其检查的简易方法采用自制的十字架和线锤对中，只要把十字架放在第一段护壁上口的控制标记上，控制桩孔圆心和桩身的偏斜[4-5]。

桩底开挖至设计要求的持力层上，并清除底部虚土，逐根进行隐蔽检查。

遇塌孔，采取在塌方处砌砖外模，配适量直径6～9mm间距150mm钢筋，再支钢内模灌筑混凝土护壁。扩底时，为防止扩大头处塌方，采取间隔挖土扩底措施，留一部分土方作为支撑，待浇灌混凝土前再挖。

4.3.2 护壁施工方法及技术措施

每段护壁接头处作成锯齿形或阶梯形以便于浇筑护壁混凝土，又可供操作人员上下蹬踏。护壁混凝土的模板为圆台形的定型钢模板或拼装模板，便于装拆。组合模板共设3块，其中1块为退拔模板，拆模时只需将退拔模板往圆心方向一退，其余2块模板就可很方便地拆除。在构造上，这种钢模的边肋要按圆孤倒角，2块模板在边肋处可用U型卡连接。拆上节、支下节，循环周转使用。

第一节混凝土护壁高出地面100～200mm，便于挡水和定位。混凝土采用机械拌制，用吊桶运输人工浇筑，上部留100mm高作浇灌口，混凝土浇完拆模后，用混凝土或砌砖堵塞，外抹水泥砂浆封闭。

护壁混凝土浇筑时，由于上圈仅有100～150mm的空隙，混凝土进料比较困难。为此在施工中根据模板尺寸大小，制备几套专用进料模具。

施工时，将模具搁置在护壁的钢模板上，边沿上相接的孔眼用U型卡扣固定。下料时混凝土沿着模具徐徐进入护壁内，这样既方便施工，又加快了进度，并且减少混凝土浇筑时的损失。护壁混凝土的强度等级按设计要求，为C20混凝土。为使混凝土振捣密实，配制坍落度较大的细石混凝土，同时要求采用微型振动棒捣固混凝土。

在开挖至第三层时即要设计内支撑，采用Ø80mm的钢管，两端焊接400mm×500mm的垫板，基强度必须满足要求，每4m设计一层，每层设计2道，如图2所示。

图2 椭圆形桩体内支撑示意图

4.3.3 挖孔桩控制爆破技术

进入灰岩持入层后采用2#岩石乳化炸药进行爆破作业，炮孔按螺旋孔掏槽布置，采用对称起爆[5]。桩基入岩爆破参数根据所爆破的挖孔桩直径、岩石的物理力学性质以及所用炸药的性能来确定，周边孔间距30cm，爆破单耗3.5kg/m3、炮孔深度100cm。开挖爆破要避免超挖，预留20～30cm保护层，爆破后用风稿修整，清除有裂隙岩石。

采用湿式钻孔，井下爆破采用水草封堵，强防护，爆破作业时基本无粉尘、噪声小，爆破效果良好。

4.4 钢筋笼制安及砼灌注

钢筋笼在地面上加工制作绑扎成型，然后一次起吊就位。

由于桩孔较深，混凝土的下料采用漏斗和串筒下料，这样可防止混凝土产生离析现象。同时桩身混凝土采取连续浇筑分段振捣的方法施工，每段振捣厚度不得超过0.5m。混凝土强度等级根据设计要求规定，为方便施工浇筑和振捣，坍落度适当增大。

混凝土连续分层浇灌，每层浇灌高度不得超过1.5m。对小直径挖孔桩，距地面6m以下利用混凝土的坍落度和下冲力使之密实。6m以内公层振捣密实。大直径挖孔桩应分层捣实，第一次浇灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实，再分层浇筑桩身，直至桩顶。在混凝土初凝前抹压平整，避免出现塑性收缩裂缝或环向干缩裂缝。表面有浮浆层应凿除，以保证与上部承台或底板良好连接。