復雜地質條件下的小斷面深孔樁基施工方法探討

張 龍 斌，　李 永 霞，　張　健

(中國水利水電第十工程局有限公司 二分局，四川 都江堰　611830)

復雜地質條件下的小斷面深孔樁基施工方法探討

張 龍 斌，李 永 霞，張健

(中國水利水電第十工程局有限公司 二分局，四川 都江堰611830)

摘要：針對存在地下暗流通道的小斷面深孔樁基施工，采用先進行深孔環向和徑向預裂爆破、再采用沖擊鉆成孔的方式，可有效解決因地質條件復雜和巖石強度高帶來的施工難度，可以成功地實現快速成孔并節約成本的目標。

關鍵詞：復雜地質條件；小斷面；深孔；樁基；施工

1工程概述

南芒1水電站位于老撾人民民主共和國中部，裝機容量為3×21.33 MW。南芒河廠房交通橋由跨徑為3 m×25 m的鋼筋混凝土簡支梁組成，采用混凝土灌注樁基，設計荷載為汽-40 t，掛-120 t。

樁基河床基巖裸露，為弱風化巖體，成分為中粗粒石英砂巖、含礫石英砂巖；頂部為礫巖，局部夾極少量的泥質粉砂巖，屬堅硬巖。基巖呈水平層狀分布，層厚從0.5～5 m不等，基巖中存在約4條寬大裂隙，枯水期河水下落至河床以下3～5 m左右從基巖中的水平軟弱層面流出，形成基巖中的地下暗河通道,地勘情況見表1。

2樁基施工難點

(1)灌注樁設計長度分別為7.5 m、9 m、8.5 m。若采用人工挖孔樁成孔方法施工，同時要下穿地下河床暗流通道，河水流量大、范圍廣，無法解決抽排水問題,因此而無法確保工期和安全。

(2)采用沖擊鉆成孔，基巖強度高，施工進度緩慢，對水平、薄層分布的基巖破壞大，容易造成同排樁間的基巖崩塌破壞，鉆頭損壞大，工期難保證。

(3)采用基坑法施工，石方開挖量大，對樁基圍巖破壞大，對橋樁穩定不利，同時，抽排水問題亦突出。

3施工方案的選擇

3.1綜合分析

根據樁基位置的地質條件，無論是采用人工挖孔樁、基坑開挖法或采用沖擊鉆成孔施工，施工難度、進度均不能滿足要求。經綜合論證后認為：采用深孔爆破與沖擊鉆成孔相結合的方案較為合理。

方案簡述：先采用地質鉆機一次鉆孔到樁底后跟導管，嚴格測量地下暗流通道范圍，間隔裝藥以避開暗流破碎帶，微差擠壓爆破，待形成樁孔破碎帶后再采用沖擊鉆逐步造孔到位。

該方案施工的關鍵是爆破孔的造孔、跟管、孔壁保護、裝藥量控制和后期沖擊鉆造孔的暗流通道封堵問題，樁孔爆破必須一次性成功，有效地形成樁基破碎帶，否則后續施工的難度巨大。

3.2小斷面深孔環、徑向預裂爆破

3.2.1爆破模型的選擇

鑒于造孔爆破的目的是有效形成樁孔的人為破碎帶柱體，減少造孔難度并加快施工進度，因此，我們選擇了全孔段環向和徑向預裂爆破方案，其既能有效形成破碎帶柱體，又能保護樁孔壁圍巖遭受較少破壞，有利于樁體的穩定和安全。因此，周邊孔和主爆破孔均按預裂爆破模型計算線型裝藥量。

3.2.2爆破參數的選擇

(1)炮孔孔距布置(以2#樁基為例)。

根據經驗公式：a=(7～12)d1

式中a為炮孔孔距；d1為炮孔孔徑。

孔距布置如下：

周邊孔：樁徑為120 cm，沖擊鉆二次成孔樁徑約為130～140 cm，周邊孔按直徑130 cm環向均勻布置16個孔，其中間隔裝藥8個孔，其它8個孔作為減振孔，孔距24 cm，孔徑為75 mm，孔深9 m；

主爆孔：按直徑80 cm環形布置6個孔，間隔裝藥，孔距24 cm，孔徑75 mm；

中心孔：在樁柱中心布置一個直徑為110 mm的中心孔，不裝藥，形成中心臨空面，孔深9 m；

掏槽孔至中心孔的間距：a1按深孔爆破法的空孔掏槽公式反算可得：

∴a1=0.082 m。考慮到中心孔不能與掏槽孔貫穿的要求，按環向直徑24 cm造孔，布置3個，掏槽孔至中心孔凈距為27 mm。

式中h為 爆破深度，樁基深9 m；D為空孔直徑， 110 mm；d2為掏槽孔直徑，取75 mm。

爆破孔布置情況見圖1。

(2)計算裝藥量。

為了人為使樁基孔位形成軟弱破碎帶，以減小對樁基周邊巖壁的影響，同時不能破壞兩樁基之間的巖梗，單位裝藥量的選擇必須合理。我們采用了兩種公式計算預裂孔線裝藥量，結果大者裝主爆預裂孔，計算結果小者裝周邊預裂孔。

①采用預裂爆破線裝藥量計算單位裝藥量q。

q =0.36δ0.63a0.67

=0.36×365.87×0.63×30×0.67=144.8(g/m)

式中δ為巖石極限抗壓強，kgf/cm2，取365.87kgf/cm2；a為炮孔間距，cm，取布孔最大間距，以達到較好的效果。

②根據巖石強度和鉆孔半徑計算線裝藥量：

q =2.75r0.38δ0.53

=2.75×37.5×0.38×365.87×0.53

=248.9(g/m)

式中r為炮孔半徑，mm。

根據以上兩種預裂爆破經驗公式，對周邊孔選取150g/m做為線裝藥密度，主爆孔按250g/m做為線裝藥密度，掏槽孔線裝藥量按主爆孔的1.2～1.3倍控制。

3.3預裂爆破孔造孔

(1)測量放線：對樁孔測量放線，定位爆破孔位。

(2)采用地質鉆機造孔，專人負責記錄造孔過程中的異常情況，繪制每個孔位破碎帶的精確位置和范圍。

(3)造孔過程中采用PVC管及時跟進，防止掉塊堵塞孔道。

3.4裝藥

(1)周邊孔線裝藥量按線裝藥量150g/m間隔裝藥，孔底加裝50g以加強預裂效果；同時，為防止孔底拉裂破壞，在孔底充填5cm石粉作為緩沖層。

(2)主爆孔線裝藥量按250g/m間隔裝藥，孔底充填5cm石粉后，加裝100g以加強主爆破孔的爆破效果。

(3)掏槽孔線裝藥量為主爆破孔的1.2～1.3倍，按300g/m間隔裝藥，孔底充填5cm石粉后，加裝100g以加強掏槽爆破效果。

為了不影響爆破效果，裝藥過程中必須根據造孔記錄對地下暗流通道進行封堵，其裝藥封堵情況見圖2。

3.5堵塞

根據造孔記錄，對周邊孔和主爆破孔分別在兩層暗流破碎帶位置采用黃泥進行有效封堵，孔口堵塞長度不小于30cm。

掏槽孔采用細土或細砂進行堵塞，其主要目的是在掏槽孔起爆時不破壞主爆孔的導管，同時起到中心臨空面的作用。

3.6起爆順序

起爆順序為掏槽孔——主爆預裂孔和周邊預裂孔，采用微差爆破法。

考慮到在小孔徑深孔爆破過程中巖石對爆破存在較大的挾制作用，三個掏槽孔不同時起爆，應先起爆一孔后再起爆其余的兩孔，微差時間為3ms；主爆孔和周邊孔在起爆順序上設計為在掏槽孔起爆后同時起爆，與掏槽孔起爆的微差時間設計為9ms。

爆破后對實際效果進行檢查的結果表明，主爆預裂孔和周邊預裂孔預裂效果明顯，孔柱巖石在環向和徑向形成了大量的龜裂紋，成孔效果較好，沒有出現大量的飛石和孔壁垮塌現象。

4灌注樁的成孔

4.1灌注樁施工工藝流程

灌注樁施工工藝流程見圖3。

4.2灌注樁造孔

樁基通過預裂爆破，采用沖擊鉆鉆進、泥漿固壁的方法成孔。

(1)安裝護筒：灌注樁樁徑為120cm，護筒選用φ150cm，高150cm，壁厚15mm的鋼板卷制。

測量放線定位后，安裝護筒，護筒高出平臺50cm。

(2)機具布置：在平臺上備足護壁泥漿粘土，鉆機就位，立好鉆架，對準樁孔中心，拉好纜風繩或支好叉桿。鉆具選用十字型鉆頭，準備鉆進。

(3)開孔：開鉆時向孔內投入粘土，用鉆頭以小沖程反復沖擊造漿，護筒內泥漿深度不小于1.2m。護筒底腳以下1～2m范圍內采取小沖程、高頻率反復沖砸，確保孔壁穩定。

(4)鉆進：沖程根據地質情況及巖石強度的變化分別確定。選用十字型鉆頭鉆進，鉆進至孔底后換平孔鉆修理孔底至設計高程。在鉆進過程中，2#樁分別在地面以下2.9m和7m處出現了大量的漏漿和孔壁坍落現象，其與地質鉆機的造孔記錄和地質資料顯示的地下暗流通道位置基本相符，在采用拋填大塊石和砂礫石反復進行沖擊擠密、濃泥液固壁的方法后成功進行了封堵。

(5)掏渣：破碎后的鉆渣經泥漿懸浮后，使用出渣筒將其清除出孔外。

(6)檢孔：鉆進中或終孔后均應用檢孔器檢孔，一旦發現彎孔或縮孔現象及時采取措施進行處理。

(7)清孔：清孔是鉆孔灌注樁施工的最重要的一道工序，清孔質量的好壞，直接影響混凝土灌注、樁質量與承載力的大小。

4.3鋼筋籠吊裝

灌注樁鋼筋籠的吊放采用汽車吊吊放入孔，對準鉆孔中心，緩緩下放至設計標高。

4.4混凝土澆筑

灌注樁的澆筑采用導管法。

(1)導管內壁必須光滑圓順，導管垂直 ，各節導管的連接口應緊密、牢固，導管壁厚不小于3mm。下放導管時，導管底部距澆筑基面處預留30～50cm作為下料空間。

(2)澆筑過程中，采用測繩測量混凝土面的深度，校對混凝土面的上升速度與混凝土量是否一致，發現問題及時分析原因并采取必要的補救措施。

(3)同一根灌注樁必須連續澆筑，始終保持導管埋入混凝土深度為2～6m，勤提、緩提導管，軸線垂直逐步提升。

5結語

(1)針對存在地下暗流通道和基巖強度較高的特殊地質條件下的灌注樁施工，通過采取有效的爆破控制和沖擊造孔相結合的方法，可以實現快速成孔、降低成本的目標。

(2)對于小孔徑深孔爆破無法實現拋擲爆破時，可以選擇采用徑向和環向預裂爆破模型，即周邊孔和主爆孔均采用預裂爆破模型，從而能夠解決巖石強度高帶來的造孔困難問題。

參考文獻：

[1]B.H.庫特烏佐伕，等，著(蘇)，劉清泉，等，譯.爆破工程師手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1992.

[2]楊文淵，編.工程爆破常用數據手冊[M].北京：人民交通出版社，2002.

張龍斌(1976-)，男，四川成都人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

李永霞(1977-)，女，四川大英人，工程師，從事水利水電工程設計、施工技術與建設管理工作；

張健(1963-)，男，四川南江人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-02-15

文章編號:1001-2184(2015)02-0051-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV553;TV52

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