人工挖孔樁遇溶洞流砂流泥防治方法及其應用

【摘 要】人工挖孔樁因為具有眾多優點，在溶洞地區得到了廣泛的運用。本文主要概述了人工挖孔樁，分析了人工挖孔樁施工面臨的主要問題，探討了流砂和流泥出現的原因，并提出了溶洞地區流砂和流泥的防治方法。

【關鍵詞】人工挖孔樁；溶洞；流砂；流泥；防治

人工挖孔樁就是使用人力挖土成孔、繼而開展鋼筋混凝土填芯的一種灌注樁。這種成樁技術具有眾多獨特的優點，不但施工設備比較簡便，而且具有較強的抗震能力，造價費用不高，運用范圍比較廣。但人工挖孔樁在施工時往往是井下作業，施工條件和環境比較差，還會牽涉到較大的勞動強度，安全隱患比較大，且在實際施工的過程中，進行地下水抽取會直接影響到周圍建筑物的地基，所以，在現階段的城市建設中已經慢慢轉化成機械成樁。但是，在某些特殊的情形下，人工挖孔樁的地位和作用是其他技術所不能取代的，比方說在一些場地狹窄、凹凸不平、地質復雜的地基軟弱溶洞地區進行地基處理時，人工挖孔樁就是一種有效的經濟處理方式，因而運用的比較廣泛，也得到了一些施工單位的認可。但是，人工挖孔樁在施工過程中同樣存在一些不足，比方說在遇有流動的細砂地質時，非常容易形成流砂和流泥，再者由于地下水的作用，嚴重時可能會導致井漏，最終釀成很大的質量事故，所以，必須采取有效的措施進行適當的處理。

1.人工挖孔樁概述

人工挖孔樁主要就是使用人力挖土和現場澆筑的方式來進行鋼筋混凝土樁制作。人工挖孔樁的直徑往往比較粗，其中最小的也超過了800mm，能夠承載樓層較少且壓力較大的結構主體，在現階段使用的比較多。一般會在樁上面設置承臺，再借助承臺梁拉結、連系起來，讓每個樁受到均勻的力度，以便更好的支承整個建筑物。

此技術的施工工藝流程主要包括以下幾方面：放線定位——開挖第—節樁孔土方——進行第一節護壁混凝土澆筑——二次投測樁位十字軸線——安裝活動井蓋、絞架、通風、排水設備——挖第二節樁孔土方——澆筑第二節護壁混凝土——如此循環至設計標高——對樁孔進行全面驗收——放鋼筋籠——澆筑混凝土。

2.人工挖孔樁施工面臨的主要問題

在深基坑的施工過程中，常常會遇到地下水，這樣一來，就會在開挖時破壞土層中水的動態平衡，也會將一些靜態水滲入樁孔內，最終嚴格阻礙人工挖孔樁的順利施工，這就讓人工挖孔樁施工時變得比較困難。一旦遇到動態水壓土層時，不但開挖基坑比較困難，而且護壁混凝土也會在很大程度上因為受到水壓的沖刷而發生穿透事故，最終導致出現樁身質量問題。在實際的挖樁施工中，用于遇到了細砂和粉砂土層，再者由于水壓力的影響，就極易導致發生流砂與流沙并漏等問題。

構成流砂的原因是多方面的，主要是由于砂層在水流的作用下，砂粒出現流動，最終夠成流砂層，這一類現象在很多溶洞地區比較常見。出現流砂會跟動水壓力息息相關，當土在地下水滲流水位差的影響，會導致土粒受到靜水浮力和向上動水壓力的作用，一旦動水壓力≥土的浮重度時，土顆粒就會失去自重，變成懸浮狀態，這時土的抗剪強度幾乎為零，土顆粒會隨著滲流水共同流動，就形成了傳說中的“流砂”。

出現流砂的原因是多方面的，不但會受到地下水滲流動水壓力的影響，還會跟土的顆粒級配、密度及透水性等密切相關。在進行人工挖孔樁施工的過程中，如果遇到溶洞，一定要確保施工的安全，避免樁井內坍方傷人，尤其是如果挖到粉砂或砂卵石層，再者如果又碰上地下水豐富時就容易導致流泥和流砂。因為施工的需要，會抽取大量的施工現場的地下水，這就會導致周圍建筑的不均勻沉降和地面的下沉，最終導致主體結構的開裂。

3.流砂和流泥出現的原因

在含水的土層中，土顆粒因為會受到自重和水浮力的作用，水流過時還會受到滲透力的影響。因為水本身所具有的粘滯度，當其流動于孔隙中時，會借助粘滯力帶動土顆粒前進，這就是滲透力。土顆粒的有效壓力的大小主要會受到水力梯度的影響，當水力梯度增加時，就會減少有效壓力，當水力梯度增大到一定的程度時，有效容重幾乎為零，這時的土顆粒幾乎是處于失重狀態，當水力梯度逐漸增大時，很多顆粒會隨著滲透水涌出，繼而就構成了流砂。

實際的工程經驗表明，導致流砂流泥現象主要是因為下列因素：（1）要存在一定的水頭差，這是水滲透的動力條件；（2）含水層如果是滲透性較強的砂土層，流砂常會出現在細砂和粉砂等土層中；（3）要有充足的水源補給，地下水和地表水都可能會給流砂提供補給水源；（4）滲流出口直接臨空，即出口無合適的防護。因為流砂要求適當的土滲透性要求，流砂常常比較常見于砂質土中。

4.溶洞地區流砂和流泥的防治方法

4.1 勘察設計

首先，應該高度重視對地下水和流砂的處理，進行詳細的地質勘察，詳盡的劃分地層分布情況。尤其是在長江下游的沖積平原上，粉砂層常會以夾層或透鏡體的形式出現，切忌不能在不勘察的情況下就描述成粉質粘土夾粉砂或粉砂互層，而應結合實際工程，選用合適的人工挖孔樁深度、地下水的類型、水量和補給方式等，以便掌握實際的地下水和流砂實際情況；如果土層不厚，但是發生流砂的地層，一定要單獨分層：要查明地下水的類型、水量、補給方式，還應抽取重要工程的水進行現場試驗，測定動水壓力。在設計前，一定要就砂層厚度和地下水位等地質條件有個大概的了解，正確評價地下水和流砂的嚴重程度，以及對工程及周邊建筑的影響。

4.2 抽水

抽水的泵必須加漏電保護，且每天由工地電工對每一個泵進行檢查。使用水泵抽水時，先用鋼窗紗包裹泵的迎水面。再結合樁深的變化與樁底水量的增加，在抽水時逐漸調整水泵的型號，確保出水量比進水量大。水泵要裝設逆流閥，保證停止抽水時，抽水管中殘留的水又流入樁孔內。水泵功率過大時，會出現“一抽就干，停泵就滿”的現象，這樣反復幾次后，細砂會隨水流出一部分，導致卵石層呈較松散的狀態，有可能出現垮塌現象；一定要確保足夠的水泵功率，以便樁底水位大幅下降，給工人創造適宜的施工環境。

4.3 擋砂

當挖到砂層有流砂位置時，不能進行正常施工，在擋砂時一定要確保不能流出大量的砂子，還要確保水能順利流出：

（1）加設擋砂過濾材料。

在人工開挖之前，制作不同高度的護壁模型，如200～500mm不等，先將長約1.0m左右、?14mm或?16mm的鋼筋從護壁外側插下（用于支撐擋砂過濾材料），并將其砸下與上部鋼筋進行可靠綁扎。隨著深度的不斷增加，在鋼筋外圍不斷地加設擋砂過濾材料，如竹籬笆、砂袋、稻草等，以防止護壁外側泥砂從上部落入樁內，并不斷地加設護壁箍筋并盡快進行綁扎。其高度宜控制在20～50cm之間，既要有一定的強度，還要將其與上層護壁閉合，以便有效阻止外圍的砂子涌進樁孔內。此時上部的護壁已無法按正常的每1m一節施工，而只能根據情況采用直徑200～500mm不等的模型來澆注護壁混凝土，挖好后盡快將模型安裝好，經校核無誤后澆注混凝土并振搗密實，這些工序必須緊密配合，不能拖延時間，并按此逐層向下施工。

（2）邊澆混凝土邊挖。

鋼筋按上述方法綁扎完畢，深度一般控制在20cm左右，先將模型支好并經過校核后，將混凝土準備好從上部灌入，不斷地從模型下部將砂挖出致使混凝土不斷下落，按此逐層施工并及時振搗。但按此方法施工時要嚴格控制混凝土的坍落度和和易性，應采用坍落度較大的混凝土。

（3）鋼護筒的制作安裝。

根據地質勘察報告反映的地質分布情況，砂層較厚的地方，先按地質報告顯示的砂層厚度，取一鋼筋現場作簡單釬探。根據進入的難易程度，確定其砂層的實際深度。根據砂層深度制作鋼護筒，護筒高度為砂層厚度加上30cm，材料為5～8mm厚的鋼板，若鋼板太薄不能抵抗側壓力而變形。根據樁的規格型號卷成不同直徑的圓形護筒，且不可將其分割，雖然分割后容易下放，但鋼護筒容易被擠壓變形。上部安裝3個吊環，護筒的周長比樁周長大10～15cm，高度為釬探砂層深度加上30cm，沿高度位置提前打孔，等護筒放到樁底后，用來固定護筒。下置鋼護筒時可將其重疊部分長一些，這樣容易下放，放置到樁底時用插銷進行固定，以保證樁徑大小。根據樁心位置校核鋼護筒的位置，當護筒位置對中后，可用振動錘將鋼護筒砸入卵石層，以保證不會出現流砂現象。同時必須保證護筒水平下沉，嚴禁護筒一邊下沉多、一邊下沉少造成樁心位移，當挖深進入卵石層50cm時，即護筒上口與護壁下口接近時，將護壁鋼筋與鋼護筒進行焊接，以防止鋼護筒下沉造成事故。

4.4 挖樁

（1）挖樁注意事項。

在安排挖樁人員時，必須選擇有一定實踐經驗和防護意識的人員，并且作業人員上下腰間要拴保險繩，以防墜落傷人。樁孔土方吊出后，不能堆放在樁周圍，以防造成塌孔。挖樁過程應盡可能連續作業，根據當天的挖深情況澆注護壁混凝土，且夜間必須安排抽水人員，防止水位上升，避免護壁混凝土在初凝前被浸泡，致使混凝土強度降低。

（2）擴大頭。

挖樁進入卵石層后，通過驗算，決定將進入卵石層后的擴大頭下移50cm，同時擴大頭的角度變大，但進入卵石層的厚度不變。倘若剛進入卵石層就開始做擴大頭，則有可能導致卵石層達不到一定的厚度，因不能承載上面其他層的壓力而導致垮塌。而進入卵石層50cm左右后再開挖擴大頭，實踐證明可以有效地阻止垮塌。

綜上所述，人工挖孔樁具有十分明顯的優勢，隨著施工工藝的完善，在出現地下水和流砂等情況時，只要根據工程的實際情況，選用合適的方案，施工過程中嚴格質量管理椴全管理，一樣能達到施工效果好、縮短工期的且的。

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