地下水豐富的泥石流堆積地層樁基成孔方法研究

董軍

摘 要：通過一百多年的科技發展，樁基施工在平原、高山、大江、大海及地質條件復雜的地區都實現了成功的運用，并積累了很多的經驗和理論基礎，但在多年泥石流堆積扇上施工深大樁基，是個非常罕見的案例，本文就這種特殊地層對樁基成孔施工進行研究探討。

關鍵詞：泥石流堆積地層；樁基；成孔

1 工程概況

某大橋位于構造剝蝕高中山地貌，主要表現為山體強烈隆升、河流深切、山高坡陡，河谷兩側多為滑坡、崩坡積和泥石流等堆積物，特殊的地形地貌給橋梁選址帶來了很大的局限性，故造就了在泥石流堆積扇上施工深大樁基的罕見案例。

1、樁位處地質情況：漂卵石、塊a石為主，粒徑2cm～3m以上；骨架顆粒含量約70-80%，粒徑離散性大；骨架空隙以砂質、泥質及角礫填充；地層地質分層極不均勻；局部存在漂石架空層，具有空隙大，穩定性差等特點；無有毒氣體。

2、處水文情況：橋址區地下水主要為第四系松散堆積層孔隙水，橋址區地形起伏較大，除山間溝谷外，地下水埋深普遍較深，地下水位在地表以下23m處，地下水從高處向低處有一定的流動性。

3、樁基設計情況：共30根樁基，設計直徑為2.5m，樁長42m的鋼筋混凝土灌注樁，受力類型為摩擦樁。樁基布置為順橋向5排，樁中心間距為6.5m+6.25m+6.25m+6.5m；橫橋向6列，樁中心間距均為6.25m。

4、其它情況：交通極為不便，橋址處無高壓電力供應，無造漿粘土。

2 樁基成孔方案比選

灌注樁施工最關鍵的工序就是成孔，由于地層構造的多樣性、復雜性和部分不確定性，因而灌注樁成孔也有各種方法，歸結起來可分為機械成孔和人工挖孔兩種方法，機械成孔按鉆機類型主要分為旋轉鉆機成孔、沖擊鉆機成孔、旋挖鉆機成孔和套管鉆機成孔。由于成孔方法的選擇直接影響樁基質量、工期及成本，故樁基施工前必須對成孔方法進行比選。

根據機械成孔適用范圍選擇鉆機類型：

通過機械成孔的適用范圍可確定沖擊鉆機成孔適合本地層。

沖擊鉆機成孔與人工挖孔施工方法的比較及分析：

3 地下水的解決措施

采用在承臺范圍內通過深井降水的方法，將水位降低至樁底標高以下1m（水位降深達20m），降水井擬采用小型沖擊鉆機沖擊成孔，成孔孔徑600mm，再下放管井，管井采用鋼管，直徑300mm；再用大功率深井泵抽排水以達到降水目的。

1.深井降水施工的可行性分析：

樁基距最近水溝距離約180m，距附近江面最近距離約140m，江水面高程為低于樁底設計標高7.549m，不會對降水施工帶來較大的影響，地下水主要分析來源為山體地表覆蓋層孔隙水和水溝上游水源滲流，由于地勘報告中沒有地層的水力參數，參考經驗數據取值計算（地層滲透系數K取30 m/d，水位降深20m，抽水影響半徑R取1500m），樁基范圍內的假定基坑總涌水量計算值為15431.80m3/d，采用內徑300mm、深55米的降水井需10口。

①降水計算

a、抽水井深度計算

抽水井深度計算示意圖

抽水井深度計算公式：H=H1+h+l+L·i

H——水井深度（m）；

H1——樁基開挖深度（m），H1=42m；

h——降水面至樁底距離（m），取1.0m；

l——降水井濾管長度（m），取10m；

L——降水井至承臺中心距離（m），取17.5m；

i——降水形成的水力坡度，取1/10；

計算得：H=54.75m，取值55m。

②承臺范圍內總涌水量估算

涌水量計算示意圖

由于樁位處的泥石流堆積層較厚，底部不透水層深度未知，勘察未能打至不透水層，水井類型屬于均質含水層潛水非完整井，考慮挖孔樁樁底標高尚比河流標高高7m，我們采用基坑遠離邊界計算；計算公式：

Q=1.366·K·{（H2 -hm2）/[lg（1+R/r0）+ （hm‐l）/l·lg（1+0.2· hm/ r0）]}

Q——總涌水量（m3/d）；

K——滲透系數（m/d），查《建筑施工計算手冊》表2-15按粗砂取值K =30 m/d；

H——潛水含水層厚度（m），因為初見水位23.5m，地勘64.7m未打穿，取值H=50m；

hm——hm=（H+h）/2=（50+30）/2=40；

l——l=10m；

S——水位降深（m），取S=20m；

R——抽水影響半徑（m），R=1500m；也可參照《建筑施工計算手冊》表2-16中取值；

r0——基坑等效半徑（矩形基坑計算）；r0=0.29（a+b）=0.29（29.5+35.25）=18.78m

Q=1.366·K·{（H2 -hm2）/[lg（1+R/r0）+ （hm‐l）/l·lg（1+0.2· hm/ r0）]}

=1.366*30 *（502‐402）/[lg（10+1500/18.78）+ （40‐10）/10·lg（10+0.2· 40/ 18.78）]

=40.98*376.57

=15431.80m3/d

③單井出水量計算

單井出水量計算公式：q=120*π*TS*l*k^（1/3）

=120*3.14*0. 15*10*30^（1/3）

=1756 m3/d

符號意義同前。

④深水井數量計算及水泵型號選擇

計算公式：n=1.1·Q/ q=1.1x15431.8/1756=9.6，取值10；

深水泵每小時流量：Q1=1756 /24=73m3/h

考慮深水泵的工作效率，水泵的排水量加大，水泵選擇250QJ100—4型。

2.成井難度上分析

降水井成井口徑小，所需直徑僅600mm，不會像大直徑孔樁容易塌孔，施工過程中采用購進的優質粘土造漿護壁。

3.施工工期上分析

單個55m的降水井在該種地層施工順利的情況下需7天，投入4臺打井設備可在21天內完成10口降水井的施工，剩余的樁孔分兩個循環開挖需50天即可完成。

4 安全、質量控制要點

1、合理安排樁孔開挖順序：樁基為30根的群樁基礎，開挖完成后如同一塊巨大的蜂窩煤，土層分布不均勻、粘聚性差，開挖時必須進行調孔開挖，開挖至后期成孔一根及時灌注一根；

2、加強護壁質量管理：護壁設計時充分考慮土體側壓力、地下水側壓力、相鄰孔灌注過程中對護壁的影響及干處開挖和水下開挖進尺要求等因素，本橋護壁采用C30混凝土（同樁基混凝土標號），為環倒錐形，上口壁厚20cm、下口壁厚15cm（開挖過程中如有石塊侵入護壁均進行清除，確保護壁整體性），干處開挖高度0.8m～1m/節，有地下水處開挖0.25～0.3m/節，護壁內設置雙層鐵絲網和豎向連接鋼筋，豎向連接鋼筋采用直徑12的螺紋鋼、間距按40cm均勻布置，安裝時底部打入土體至少20cm，以便下次開挖澆筑護壁時，上下護壁能良好連接；護壁施工時嚴格控制成型尺寸和上下垂直度，以減少樁身混凝土澆筑時的擴孔率，確保鋼筋籠的順利下放，使得護壁成圓環后受力狀態較好；

3、嚴格控制孔內漂石的爆破用藥量；

4、加強日常的安全管理：每工班對出渣的卷揚機系統進行檢查，特別是吊桶連接部位、鋼絲繩磨損情況、卷揚機剎車情況；加強對孔口的圍護，下班后對孔口進行覆蓋，杜絕墜孔事故；工班前用空壓機對孔內壓風換氣，過程中間隔半小時進行換氣；經常檢查潛水泵的防漏電性能、電線的完好情況及漏電保護裝置的設置情況，杜絕觸電事故發生；

5 小結

1、泥石流堆積層上的大直徑樁基成孔施工，采用沖擊鉆施工存在較大的不可控風險，采用人工挖孔施工可規避地質對成孔施工的影響；

2、人工挖孔施工遇地下水時，采用深井降水的施工效率比孔內強排水的施工效率高，深井降水的施工需增加降水井施工成本，但能取得較好的時間成本；

3、安全質量效果

整個樁基成孔過程中未發生人員傷亡、塌孔等安全事故；

樁孔開挖尺寸控制在規范范圍內，混凝土灌注超方率控制在2%范圍以內，混凝土基本采用干處灌注，樁體混凝土質量更便于控制，經檢測均為Ⅰ類樁基。