复杂地质条件下人工挖孔灌注桩施工技术的应用

刘 海 友

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

复杂地质条件下人工挖孔灌注桩施工技术的应用

刘 海 友

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

人工挖孔灌注桩广泛应用于基础施工，施工中经常会遇到地下水、流砂、软土地基、超深开挖支护、有毒有害气体等复杂地质条件。结合马来西亚万捞高架桥项目现场工程实践，对人工挖孔灌注桩在复杂地层中应用的难点进行了总结和探讨。

人工挖孔灌注桩；复杂地层；施工技术；马来西亚万捞高架桥

1 概 述

人工挖孔灌注桩具有施工简单、现场成桩质量易控制、工期短、造价低等优点，特别适合大型桩基设备无法进场的山坡地采用。人工挖孔灌注桩在实际施工过程中经常会遇到地下水、流砂、软土地基、超深开挖、有毒有害气体等复杂地质条件，需要采取不同的施工技术措施。笔者结合马来西亚万捞高架桥项目在复杂地质条件下采用人工挖孔灌注桩的工程实践，对复杂地层人工挖孔灌注桩的施工技术与难点进行了总结和探讨。

万捞高架桥项目位于马来西亚吉隆坡雪兰莪州处的万捞镇。高架桥沿线全长2.7 km，北接通往霹雳州首府怡宝的高速公路，南接通往吉隆坡的1号公路，建成后将极大地缓解万捞镇的交通压力。项目施工范围包括高架桥P5号墩至P50号墩沿线的桩基、桩帽、墩柱、墩帽施工。有桥墩46组，其中墩高40 m以下的35组，墩高40 m以上的11组，最高桥墩为57.069 m，186根桩基的开挖直径分为1.7 m与2.2 m两种，最深桩基达48.45 m。万捞高架桥项目共计有143根大梁，大梁断面为2 m×1 m，最大跨度11 m，大梁距地面最大高度达40 m，施工难度较大，安全问题突出。

2 该工程施工具有的难点及特点

马来西亚万捞高架桥项目地处丘陵坡地，施工道路坡陡弯急，具有典型的热带雨林气候，常年多雨水，气候炎热。场地内地质情况差异大，地下水位较高，开挖过程中流砂、烂泥等不良地质问题突出。最深人工开挖达48.45 m的人工桩开挖在马来西亚尚属首次，其入岩深度由原来招标时的1 m变更至4～5 m,在国内同等地质条件下亦属罕见。

3 所采取的几种复杂地层中的施工技术

地下水是深基础施工中最常见的问题，给人工挖孔桩施工带来许多困难。含水层中的水在开挖时破坏了其固有的平衡状态，使周围的静态水充入桩孔内而影响到人工挖孔桩的正常施工；若遇到动态水压土层施工，不仅开挖困难，甚至连护壁混凝土也易被水压冲刷穿透而发生桩身质量问题。如果遇到细砂、粉砂土层，在压力水的作用下极易发生流砂和井漏现象。根据地勘资料，项目部在施工前分析了可能遇到的几种不良地质情况，并制定了不同的施工处理措施：

(1)主动降排水与施工顺序相结合施工地下含水层。根据地勘资料，对地下水量的大小及压力情况进行了详细分析并采取了相应的措施：

①当地下水量不大时，可选用风泵、潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应段的混凝土护壁，然后进行下一段的施工。

②当水量较大时，采用施工孔自身的水泵抽水，在不易开挖时，从流水渗入顺序考虑，采取了对周围桩孔同时抽水以减少开挖孔内的水量，并采取交替循环施工的方法，取得了很好的效果。处理此类问题最有效的方法是截断水源，封闭水路。

③对于不太深的挖孔桩，可在其场地四周合理布置统一的轻型管井用于降水分流，其对基础平面占地较大时，可增加降水管井的排数，即可解决问题。

④对于桩孔较深的挖孔桩，在该桩周围实施钻孔压力灌浆形成帷幕挡水，以保证在正常抽水时能够正常开挖。

⑤对于桩基处于冲沟处、涉及到较大的承压水时，可以采用设置降水井的方法。该项目有28根桩基位于冲沟处，地下水位较高，其中4、5、6号桩为单体桩基开挖，降水井布置通过计算确定，对每个桩基采用10口降水井沿桩基基坑周边布置，施工降水井时采取了钢护筒护壁与井内降水相结合的方法施工。通过井点降水，保证了人工挖孔灌注桩顺利施工完成。

(2)主动降排水与封堵结合施工流砂及流塑泥质土层。

人工挖孔在开挖遇到细砂、粉砂层时，加上地下水的作用，极易形成流砂，严重时会发生井漏而造成质量事故。人工挖孔灌注桩施工中的流砂现象包括粉细砂、粉土中的流砂和中砂层中颗粒产生的管涌。根据流砂形成机理，流砂的形成必须有地下水流动而产生动水压力，其关键是既要降低地下水位，又要保证排水时不能携带泥砂。因此，对井管滤网和孔壁间的处理特别重要，必须采取有效可靠的措施。

①流砂情况较轻时，有效的施工方法是缩短这一循环的开挖深度，即将正常的1 m左右一段缩短为0.5 m，以减少挖层孔壁的暴露时间并及时进行护壁混凝土灌注。当孔壁塌落、有泥砂流入而不能形成桩孔时，可用纺织袋土逐渐堆堵形成桩孔的外壁，控制并保证其内壁满足设计要求。施工中采用土工布堆围四周合围处理，其四周用钢筋固定并插入一定深度后进行开挖，支模浇筑护壁混凝土，从而保证了其即能有效滤水，又能保证不携带泥砂，实现了主动降排水与封堵相结合的效果，工序简单、成本低、便于操作。

②流砂情况较严重时，常用的方法是下钢套筒。钢套筒与护壁用的钢膜板相似，其以孔外径为直径，可分成4～6段圆弧，加上适当的肋条，相互用螺栓或钢筋环扣连接，在开挖至0.5 m左右时，即可分片将套筒装入，深入孔底不少于0.2 m，插入上部混凝土护壁外侧深度不小于0.5 m，装后即支模浇筑护壁混凝土。

③若放入套筒后流砂仍上涌，可采取挖出后即用混凝土封闭孔底的方法，待混凝土凝结后，将孔心部位的混凝土清凿以形成桩孔；亦可将该方法应用到已完成的混凝土护壁的最下段钻孔，使孔位倾斜至下层护壁以外，打入浆管，压力浇注水泥浆，使下部土壤变硬、提高周围及底部土壤的不透水性，以解决流砂现象。

④在遇到淤泥质土层等软弱土层时，一般可采用木方、木模板等进行支挡，并需缩短这一段的开挖深度，及时浇筑混凝土护壁，支挡的木方木板需沿周边打入底部不少于0.2 m深，将其上部嵌入上段已浇筑好的混凝土护壁后，亦可斜向放置，双排布置，互相反向交叉，即能达到很好的支挡效果。

(3)停电报警撤离及全程通风以确保安全施工。

由于土层中可能有腐殖质物质或邻域腐殖质物质产生的气体逸散到孔中，因此，要预防孔内有害气体的侵害。下孔前10 min，将孔盖打开通风，待异常气味排除后方可作业。该项目实际施工时，通过加强通风及加装停电报警系统，停电时及时撤离，有效地防止了中毒安全事故的发生。

(4)护壁坍塌部位实施的处理措施。

人工挖孔灌注桩施工时，很容易发生护壁外围泥砂塌落、甚至难以浇筑混凝土护壁的事故。尤其是遇到大量地下水时，随着护壁外围泥砂的大量塌落，混凝土护壁成为悬空状态，失去支撑进而产生裂纹，直至断裂、脱落。施工时采取了以下相应措施：

①根据桩位布置情况，对于桩净距小于2.5 m的人工挖孔桩采用间隔开挖，并保证相邻排桩跳挖的最小施工净距大于4.5 m，待相临桩孔浇筑完后再开挖，既减小了对土体的扰动，又可起到阻水的作用。

②加密护壁竖向钢筋并将钢筋伸出20 cm以上，与下一节护壁的竖向钢筋及箍筋连成整体，然后再浇筑成形，使护壁不会断裂脱落。

③在已成形的护壁上挖孔至砂土薄弱层，以充填、渗透和挤密的形式将灌浆材料充填到土体的孔隙中，以固结护壁外围的土体，保护壁周泥砂不塌落。压力灌浆材料可选择粉煤灰、早强型水泥混凝土、石灰粘土混合料等。

④部分桩体开挖后孔底出现坍塌，由于桩间距较近，底部坍塌范围容易连成一片，从而增加了清理的难度，我们采用先回填、后开挖、同时调整施工顺序，采用间隔跳挖的方式，有效处理了孔底出现坍塌的部位。

4 取得的效果

(1)该工程不良地段桩基础施工计划工期为180 d，实际完工日期为172 d，现场分三批次移交工作面，较好地满足了工程施工进度的需要。

(2)施工过程中未出现安全伤亡事故，停电报警撤离及全程通风措施的实施，有效防止了中毒事故的发生。

(3)人工挖孔灌注桩施工完成后，按规范要求进行了相关检测和试验，其结果均符合规范要求。

5 结 语

随着施工技术的改进，人工挖孔灌注桩在有地下水、流砂层和淤泥质土质等复杂地层中得到了较好地应用。但在地质情况不良、易坍塌地段、开挖深度超深使用时，施工前应进行成桩试验以论证并制定相关完善的应对措施，防止产生不必要的经济损失和安全事故。笔者对复杂地层人工挖孔灌注桩的施工技术与难点进行了总结和探讨，可为今后类似工程提供一定的施工经验。

U445.4;U445.55+1

B

1001-2184(2017)06-0033-02

2017-10-18

刘海友(1973-)，男，黑龙江绥化人，项目经理，高级工程师，从事建筑工程施工技术及管理工作.

李燕辉)