談砂質(zhì)頁巖地區(qū)人工挖孔樁施工技術(shù)

何軍美

(中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

1 概述

貴州省大思高速公路橋神壩大橋橋址位于銅仁地區(qū)江口縣德旺鄉(xiāng)境內(nèi)，跨徑組合為(7×25)m，下部采用柱式墩、重力式橋臺，樁基礎(chǔ)和擴大基礎(chǔ)，橋梁全長為191 m。地貌單元屬山間河谷區(qū)，兩側(cè)山坡自然坡率1∶1～1∶1.5之間，因地勢限制，機械鉆孔作業(yè)無法實現(xiàn)，需采用人工挖孔施工。本橋共有樁基24根，其中直徑160 cm樁基20根，直徑180 cm樁基4根，設(shè)計最短樁長20 m，最深樁長23 m，適宜采用人工成孔。

根據(jù)設(shè)計院地勘資料顯示，橋址處地表覆蓋厚度不大的沖洪積、殘坡積為主，下伏強風化砂質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖中風化層?；鶐r地層產(chǎn)狀巖層產(chǎn)狀:150°∠35°，地表水較豐富，地下水以賦存在強風化砂質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖中風化層中的裂隙水為主，水量較小。

2 施工技術(shù)方案的選擇

根據(jù)橋址區(qū)域的地質(zhì)報告和試樁情況綜合研究分析，24根人工挖孔樁均位于砂質(zhì)頁巖地段，表層土與基巖交界處地下水較為豐富，在開裂的混凝土護壁內(nèi)增加鋼套筒護壁，壁厚10 mm，內(nèi)徑不小于樁徑。以確保施工能安全順利進行。

3 人工挖孔樁施工的護壁技術(shù)

3.1 表層土與基巖交界地段人工挖孔樁的護壁技術(shù)

3.1.1 塌孔原因分析

砂質(zhì)頁巖是一種沉積巖，成分復雜，具有薄頁狀或薄片層狀的節(jié)理，主要是由粘土沉積經(jīng)壓力和溫度形成的巖石，頁巖抗風化力弱，頁巖不透水，往往成為不透水層或隔水層。根據(jù)試樁開挖情況分析強風化砂質(zhì)頁巖在地表以下4 m，巖層傾角35°～38°之間，基本與設(shè)計地勘資料相符。

由于巖層存在自然傾角，樁基開挖后基巖表面上方的粘土層存在滑動面，并借助巖層傾角和地下水影響極易造成滑移，甚至塌陷(見圖1)。根據(jù)現(xiàn)場的試樁情況和潛在滑動面分析，一般在地表粘土層與基巖交界面以上1 m～2 m范圍內(nèi)容易造成滑移或塌方。

3.1.2 表層土與基巖交界地段人工挖孔樁護壁方案選擇

因地下水和砂質(zhì)頁巖巖層特殊構(gòu)造影響，地表粘土層與基巖交界處易形成塌方或局部縮徑。常規(guī)護壁技術(shù)采用混凝土澆筑，存在較多弊端:1)強度提升時間過長，受地下水及挖孔爆破影響;2)由于采用人工振搗方式澆筑，封閉地下水效果差。因此在地表粘土層與基巖交界處采用常規(guī)護壁施工安全隱患較大，極易造成塌方或縮徑。鋼護筒雖然成本較高，但施工技術(shù)簡單，且封閉地下水效果好，強度高，安全系數(shù)高，適合用于地表粘土層與基巖交界地段塌方處理。

圖1 潛在滑動面示意圖

3.1.3 鋼護筒制作與連接

根據(jù)現(xiàn)場的試樁情況和潛在滑動面分析，一般在地表粘土層與基巖交界面以上1 m～2 m范圍內(nèi)容易造成滑移或塌方。因此，鋼護筒一律采用δ=10 mm厚的A3鋼板卷制而成，按1 m的標準長度定尺加工。加工時按來料寬度及配料計劃高度將鋼板下料成與護筒周長相等的小塊。每塊料長度盡可能大，不得小于最小節(jié)段長度規(guī)定。下料采用自動切割機進行精密切割，保證切口直線度及切口質(zhì)量。下料偏差不得大于1 mm。將完成下料的鋼板在刨邊機上進行機械切削或自動切割機切割，精加工焊接坡口，使坡口尺寸一致，為保證焊接質(zhì)量創(chuàng)造條件。再通過輥床卷板機滾壓成與護筒外周相同的管節(jié)，卷管方向與鋼板壓延方向保持一致。由于表層粘土層采用常規(guī)護壁施工工藝，護壁內(nèi)徑較設(shè)計樁徑略大，鋼護筒加工直徑不小于樁徑設(shè)計值。

對焊完的護筒進行檢驗，橢圓度超標的進行校圓，校圓通過輥床卷板機滾壓完成，以保證每節(jié)管節(jié)的橢圓度。校圓結(jié)束后，在鋼管內(nèi)部加設(shè)臨時支撐，以免吊裝和運輸過程中導致管樁變形。

3.1.4 鋼護筒的吊運

鋼護筒吊運過程中應該選取合適的吊點，并設(shè)臨時支撐，防止鋼護筒變形和損傷。運輸途中應逐根墊塞固定，并用鋼絲繩捆牢，鋼絲繩與鋼護筒之間用小木塊夾楔。

3.1.5 鋼護筒的安裝

鋼護筒采用邊挖邊沉的方式安裝，鋼護筒安裝前，做好一切準備工作，包括樁中心放樣、檢驗挖孔直徑大小以及觀察孔內(nèi)狀況，以保證鋼護筒安裝工作的連續(xù)進行，盡量減少中途的停頓時間，防止孔樁縮徑或局部坍塌，從而增加安裝的難度。安裝過程中，注意檢查鋼護筒的中心線和垂直度，以免中心線和垂直度偏差超過允許標準而返工(安裝示意圖見圖2)。

圖2 鋼護筒安裝示意圖

3.2 安裝鋼護筒過程中的注意事項

1)挖設(shè)表層土與基巖交界地段時應盡量避免放炮開挖，由于上部混凝土基腳護壁懸空，受到較大擾動極易滑塌，如確實需要放炮，應采取必要的支護措施。2)交界地段挖設(shè)樁徑應大于鋼護筒直徑20 cm，以便開挖完畢后鋼護筒中心調(diào)整。3)鋼護筒應嵌入基巖0.5 m以上，以確保粘土層全部被鋼護筒擋護。4)地下水較豐富處應及時采取抽水措施，避免因地下水過多浸泡上部粘土層形成鋼護筒外側(cè)坍塌，增加清理工作量，必要時可及時澆筑混凝土回填。5)開挖應采取短進尺方式，避免因開挖進尺過大導致孔內(nèi)塌陷或造成鋼護筒滑移，一般平均每天進尺0.5 m～0.8 m。6)鋼護筒應在開挖至交界處前2 m～3 m吊方，以確保施工安全。7)孔樁棄土及雜物應堆放在距離孔樁5 m以外，杜絕堆放在孔樁潛在滑動面上方，以免造成孔內(nèi)塌方或縮徑。

4 粘土層與基巖交界地段塌方處理方法

在橋神壩大橋左幅4-2號樁基粘土層與基巖交界地段開挖施工時，樁底面距離0.5 m，現(xiàn)場施工人員未提前放入鋼護筒，出現(xiàn)較大失誤。期間遇持續(xù)降雨天氣，導致交界面以上1 m～2 m范圍內(nèi)形成較大面積滑移、塌方，造成較大經(jīng)濟損失。

原因分析:造成孔內(nèi)滑移、塌方的主要原因為砂質(zhì)頁巖傾角對上部粘土層造成滑動趨勢;持續(xù)降雨天氣使地下水數(shù)量迅速增長，孔內(nèi)形成積水，且未及時排除，粘土浸泡時間過長，導致自身重量將加大，土層平衡遭到破壞所致。

處理方法:加工鋼護筒3節(jié)，單節(jié)長度1 m，待孔內(nèi)塌方處基本穩(wěn)定后，將第一節(jié)調(diào)入孔內(nèi)后，清理孔內(nèi)坍塌粘土，采用片石回填坍塌空腔，并及時調(diào)整鋼護筒位置，確保垂直度和樁中心與鋼護筒軸心保持一致，調(diào)整好第一節(jié)鋼護筒后調(diào)入第二節(jié)鋼護筒，采用焊接連接，并檢查垂直度和中心線。3節(jié)鋼護筒安裝完畢后可進行正常挖孔施工，但不能進行放炮作業(yè)。

5 安全保證措施

施工前和施工過程中，應認真檢查設(shè)備的運行狀態(tài)，施工人員的安全控制以及現(xiàn)場用電的安全控制，遇異常情況應立即停止施工。

1)人員安全控制。現(xiàn)場所有的作業(yè)人員必須佩戴安全帽、安全繩。在任何情況下，嚴禁施工人員進入沒有護筒或無其他防護設(shè)施的孔樁中處理故障，當必須下入護筒或其他防護設(shè)施的鉆孔時，我們要認真檢查孔內(nèi)有害氣體，并備齊防毒、防溺、防坍埋等安全設(shè)施后進行?，F(xiàn)場設(shè)立安全警戒并明示，防止非現(xiàn)場施工人員進入現(xiàn)場。項目部專職安全員每天進行例行安全監(jiān)督檢查，深入現(xiàn)場抓“三違”，對違章指揮、違章作業(yè)、違反勞動紀律的行為，予以制止，按有關(guān)規(guī)定對責任人進行處罰。

2)設(shè)備安全控制。所有的設(shè)備要進行進場驗收，過程中隨時檢查設(shè)備并保養(yǎng)及維護，始終使設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)。對卷揚機、鋼絲繩、定向滑輪、出料斗、吊鉤等進行安全檢查，對不符合安全要求的設(shè)施及時進行更換。在現(xiàn)場要配置備用發(fā)電機或手動卷揚機，防止停電人員被困井下。

3)用電及其他安全控制?，F(xiàn)場施工用電線路搭接按規(guī)范要求進行連接，禁止亂搭接線路，確?，F(xiàn)場施工用電安全?？變?nèi)照明應采用安全礦燈或12 V以下的安全燈。孔中操作工應手戴工作手套，腳穿絕緣膠鞋。電源線路采用“三相五線制”。挖孔樁井下施工人員均配備停電應急燈，以防停電帶來不便。停電時，井下作業(yè)人員必須停止施工，采用手動轆轤將井下作業(yè)人員迅速拉上地面。

6 結(jié)語

橋神壩大橋人工挖孔樁施工在確保安全、優(yōu)質(zhì)的情況下順利完工，通過在砂質(zhì)頁巖地區(qū)進行挖孔樁的實踐證明，只要工藝合理、技術(shù)得當、安全可靠，人工挖孔樁施工能優(yōu)質(zhì)高效完成。此次對在砂質(zhì)頁巖地區(qū)人工挖孔樁施工技術(shù)的應用和總結(jié)，為今后類似工程提供借鑒作用。

［1］JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.