灌注樁在煤礦采空區(qū)成孔難問題淺析

任海貴

(山西西山金信建筑有限公司，山西 古交 030200)

目前，煤礦采空區(qū)不良地質情況較多，在此之上建筑工程施工多采用樁基礎，而在樁基礎施工時如果遇到采空區(qū)，可能發(fā)生成樁難的問題。旋挖鉆機由于性能優(yōu)越、自動化程度高、環(huán)境污染小、使用方便等諸多優(yōu)點而受到業(yè)內(nèi)人士的青睞，逐漸成為鉆孔灌注樁施工的首選設備。本文主要論述灌注樁采用旋挖鉆機施工時遇到采空區(qū)處理方法。

1 工程概況

西山煤電集團有限公司官地礦生產(chǎn)調度中心危樓改造工程，位于煤礦采空區(qū)，工程基礎設計為鋼筋混凝土灌注樁。樁端頭要求持力層為粗砂巖層，樁長在22～28 m，樁徑1～1.2 m。地質勘察資料顯示，持力層位于兩層煤層下方，大部分樁將穿過一層或兩層煤礦采空區(qū)，并有部分巷道滲水。如何減少采空區(qū)對成樁的影響，是一個技術難題。經(jīng)過大量研究和分析，針對旋挖鉆機在煤礦采空區(qū)等不良地基的成孔難的問題提出了處理方案。即:用C20混凝土(摻早強、膨脹劑)填充采空區(qū)，與旋挖鉆機成孔相配合，填充后進行二次成孔，并在多層采空區(qū)部位增加鋼護筒。

2 方案概述

根據(jù)樁位進行孔口定位。孔口定位合格后，旋挖鉆機開始鉆孔，根據(jù)鉆機壓力表顯示情況，判斷是否已進入采空區(qū)，當鉆機挖至采空區(qū)底后，應停止鉆孔。填充時，將根據(jù)采空區(qū)高度與砼塌落度計算出填充區(qū)砼的用量，用較小塌落度的混凝土填充到采空區(qū)，當混凝土標高不再下降且高出采空區(qū)上標高1 m時，停止?jié)仓炷翉姸冗_到設計強度的70%以后，再用鉆機在此基礎上繼續(xù)向下鉆孔;如再遇采空區(qū)，按上述方法繼續(xù)鉆孔填充，直至鉆到設計標高為止。樁孔驗收合格后，在已經(jīng)制作完成的鋼筋籠上安置鋼護筒，下鋼筋籠后，開始澆筑混凝土，直至設計標高為止。

3 工藝流程

放線定位→埋樁頂護筒→鉆孔至第一層采空區(qū)底→采空區(qū)填充→鉆孔至第二層采空區(qū)底→采空區(qū)填充→成孔→下鋼筋籠→澆筑C30砼→拔樁頂護筒。

4 施工工藝操作要點

4.1 測量放樣

利用施工現(xiàn)場附近復核報批過的導線點和水準點和辦公樓基礎平面圖，用全站儀等儀器準確放樣各樁位中心，用十字樁固定位置，用水準儀測量地面高程，確定鉆孔深度;測好的樁位必須復測，誤差控制在5 mm以內(nèi)。

4.2 鉆孔和確定采空區(qū)位置

孔口定位合格后，旋挖鉆機開始鉆孔，起落鉆頭速度要均勻，不得過猛或遽然變速，孔內(nèi)出土，應立即清走，不得堆積在鉆孔周圍。根據(jù)鉆機壓力表顯示情況，判斷是否已進入采空區(qū)，及時記錄好采空區(qū)的具體高度及上下標高，當鉆機挖至采空區(qū)底后，停止鉆孔，樁孔存在地下水時，則抽水。然后計算好周邊灌注樁采空區(qū)的上下標高。

4.3 采空區(qū)充填及二次鉆孔

填充前，根據(jù)采空區(qū)高度與砼塌落度可計算出填充區(qū)砼的用量。填充采用溜筒，將較小塌落度(130～150 mm)的混凝土(摻3%早強、3%膨脹劑)填充到采空區(qū)，當混凝土標高不再下降且高出采空區(qū)上標高1 m時，停止?jié)仓炷翉姸冗_到設計強度的70%以后，再用鉆機在此基礎上繼續(xù)向下鉆孔;如再遇采空區(qū)，按上述方法繼續(xù)鉆孔填充，直至鉆入粗砂巖下1 m為止。

采空區(qū)成孔充填施工示意圖見圖1。

圖1 采空區(qū)成孔充填施工示意圖

4.4 鋼筋籠及鋼護筒的制作、吊裝、就位

4.4.1 鋼筋籠現(xiàn)場制作

鋼筋籠主筋接頭采用單面搭接焊連接方式，接頭百分率不大于50%，接頭錯開35d(d為鋼筋直徑)。為防止鋼筋籠變形，加強筋采用d16@2000與主筋焊接牢固，在鋼筋籠吊點處特別加強，避免吊裝時開焊。箍筋與主筋在每個交點處采用綁扎或點焊間隔加固。為控制鋼筋籠保護層厚度，應在鋼筋籠主筋上加焊扶正器，每斷面布置2個，間距2 m一道，沿鋼筋籠同一截面外圍均勻布置，扶正器用d8鋼筋制作。每根扶正器鋼筋長200 mm。

4.4.2 鋼護筒的制作、固定

在鋼筋籠上標出采空區(qū)的具體位置，并上下各延伸2 m長，采用6 mm厚鋼板卷成圓形鋼護筒與鋼筋籠焊接固定，鋼護筒與鋼筋籠之間用與鋼筋籠主筋相同的并與樁保護層尺寸相同的鋼筋頭焊接，在鋼筋籠主筋上每隔0.5 m焊一個，按梅花型布置。然后在護筒外加焊d12@100 mm的螺旋箍筋進行加固。箍筋除滿足原設計要求外，還應在穿越采空區(qū)附加鋼套筒長度范圍內(nèi)全高加密。

4.4.3 鋼筋籠的吊裝

吊放鋼筋籠采用塔吊，注意主筋方向，入孔時要扶穩(wěn)、直順、緩緩放入孔中，防止碰撞孔壁，放到設計標高后，用2根d8鋼筋在孔口予以固定。鋼筋籠根據(jù)樁孔深度分2～3節(jié)邊下放邊焊接，吊裝前質檢人員及旁站監(jiān)理驗收合格后方可吊入孔內(nèi)。吊裝時在鋼筋籠通長范圍內(nèi)綁扎腳手架鋼管一根，作為吊裝支點，以防止鋼筋籠變形，鋼筋籠垂直后，邊往下放鋼筋籠邊拆除鋼管。帶鋼護筒鋼筋籠放置示意圖見圖2。

圖2 帶鋼護筒鋼筋籠放置示意圖

4.5 樁孔驗收

樁端頭是否進入持力層，且不小于設計深度。樁孔的孔徑、樁位及垂直度是否滿足設計要求。孔底沉渣厚度是否滿足設計及規(guī)范要求。

4.6 澆筑成樁

樁孔驗收合格、鋼筋籠安放固定后，盡快澆筑樁芯混凝土。樁身混凝土塌落度采用140±20 mm，樁孔深度超過12 m時，用混凝土料斗和導管垂直灌入澆筑，澆筑時應連續(xù)進行，利用上下提升導管，混凝土通過導管自上向下頂壓和自重增強其密實性，樁頂以下5 m范圍內(nèi)使用插入式振搗器進行振搗，以保證樁頂質量。混凝土澆筑到樁頂時，應適當超過樁頂設計標高，以保證在剔除浮漿后，樁頂標高符合設計要求。樁頂超灌高度為0.5 m，充盈系數(shù)不小于1.0。鑿除樁頭時先用切割機在設計樁頂處割出一條圓線，深度應小于鋼筋保護層10 mm。然后從上向下分小塊鑿除。離樁頂標高約5～10 mm時，用細鏨子剔出。

5 施工中的創(chuàng)新點

1)二次成孔:當鉆到采空區(qū)時，將采空區(qū)用塌落度低的C20混凝土摻早強劑、膨脹劑進行填充，混凝土強度達到70%時，重新在混凝土面上鉆孔。

2)采用落度值130～150 mm的C20混凝土進行采空區(qū)填充，可降低充填數(shù)量，節(jié)約施工成本。

3)為了避免采空區(qū)部位新填充的混凝土抗側壓力不足，在鋼筋籠外加鋼護筒，來保證孔壁的承載力。

6 應用效果及前景

西山煤電集團有限公司官地礦生產(chǎn)調度中心危樓改造工程灌注樁，于2010年11月20日開鉆，至2011年5月28日結束。按此方案施工灌注樁42根，累計樁長1 307.79 m，穿越煤炭采空區(qū)84處，累計空洞深度294 m，施工中未發(fā)生異常現(xiàn)象。經(jīng)試驗測試，所有樁混凝土均合格，未出現(xiàn)斷樁和混凝土離析情況。由此可見，采用C20混凝土(摻早強、膨脹劑)，將周邊采空區(qū)填充、鋼護筒措施穿越煤炭采空區(qū)，速度快，工期短，效果顯著，有效地保證了樁基質量。

該技術的成功應用可為建筑行業(yè)遇煤礦采空區(qū)施工提供借鑒，具有很好的推廣應用價值。