復雜地質條件下人工挖孔灌注樁施工技術的應用

劉 海 友

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

復雜地質條件下人工挖孔灌注樁施工技術的應用

劉 海 友

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

人工挖孔灌注樁廣泛應用于基礎施工，施工中經(jīng)常會遇到地下水、流砂、軟土地基、超深開挖支護、有毒有害氣體等復雜地質條件。結合馬來西亞萬撈高架橋項目現(xiàn)場工程實踐，對人工挖孔灌注樁在復雜地層中應用的難點進行了總結和探討。

人工挖孔灌注樁；復雜地層；施工技術；馬來西亞萬撈高架橋

1 概 述

人工挖孔灌注樁具有施工簡單、現(xiàn)場成樁質量易控制、工期短、造價低等優(yōu)點，特別適合大型樁基設備無法進場的山坡地采用。人工挖孔灌注樁在實際施工過程中經(jīng)常會遇到地下水、流砂、軟土地基、超深開挖、有毒有害氣體等復雜地質條件，需要采取不同的施工技術措施。筆者結合馬來西亞萬撈高架橋項目在復雜地質條件下采用人工挖孔灌注樁的工程實踐，對復雜地層人工挖孔灌注樁的施工技術與難點進行了總結和探討。

萬撈高架橋項目位于馬來西亞吉隆坡雪蘭莪州處的萬撈鎮(zhèn)。高架橋沿線全長2.7 km，北接通往霹靂州首府怡寶的高速公路，南接通往吉隆坡的1號公路，建成后將極大地緩解萬撈鎮(zhèn)的交通壓力。項目施工范圍包括高架橋P5號墩至P50號墩沿線的樁基、樁帽、墩柱、墩帽施工。有橋墩46組，其中墩高40 m以下的35組，墩高40 m以上的11組，最高橋墩為57.069 m，186根樁基的開挖直徑分為1.7 m與2.2 m兩種，最深樁基達48.45 m。萬撈高架橋項目共計有143根大梁，大梁斷面為2 m×1 m，最大跨度11 m，大梁距地面最大高度達40 m，施工難度較大，安全問題突出。

2 該工程施工具有的難點及特點

馬來西亞萬撈高架橋項目地處丘陵坡地，施工道路坡陡彎急，具有典型的熱帶雨林氣候，常年多雨水，氣候炎熱。場地內地質情況差異大，地下水位較高，開挖過程中流砂、爛泥等不良地質問題突出。最深人工開挖達48.45 m的人工樁開挖在馬來西亞尚屬首次，其入巖深度由原來招標時的1 m變更至4～5 m,在國內同等地質條件下亦屬罕見。

3 所采取的幾種復雜地層中的施工技術

地下水是深基礎施工中最常見的問題，給人工挖孔樁施工帶來許多困難。含水層中的水在開挖時破壞了其固有的平衡狀態(tài)，使周圍的靜態(tài)水充入樁孔內而影響到人工挖孔樁的正常施工；若遇到動態(tài)水壓土層施工，不僅開挖困難，甚至連護壁混凝土也易被水壓沖刷穿透而發(fā)生樁身質量問題。如果遇到細砂、粉砂土層，在壓力水的作用下極易發(fā)生流砂和井漏現(xiàn)象。根據(jù)地勘資料，項目部在施工前分析了可能遇到的幾種不良地質情況，并制定了不同的施工處理措施：

(1)主動降排水與施工順序相結合施工地下含水層。根據(jù)地勘資料，對地下水量的大小及壓力情況進行了詳細分析并采取了相應的措施：

①當?shù)叵滤坎淮髸r，可選用風泵、潛水泵抽水，邊抽水邊開挖，成孔后及時澆筑相應段的混凝土護壁，然后進行下一段的施工。

②當水量較大時，采用施工孔自身的水泵抽水，在不易開挖時，從流水滲入順序考慮，采取了對周圍樁孔同時抽水以減少開挖孔內的水量，并采取交替循環(huán)施工的方法，取得了很好的效果。處理此類問題最有效的方法是截斷水源，封閉水路。

③對于不太深的挖孔樁，可在其場地四周合理布置統(tǒng)一的輕型管井用于降水分流，其對基礎平面占地較大時，可增加降水管井的排數(shù)，即可解決問題。

④對于樁孔較深的挖孔樁，在該樁周圍實施鉆孔壓力灌漿形成帷幕擋水，以保證在正常抽水時能夠正常開挖。

⑤對于樁基處于沖溝處、涉及到較大的承壓水時，可以采用設置降水井的方法。該項目有28根樁基位于沖溝處，地下水位較高，其中4、5、6號樁為單體樁基開挖，降水井布置通過計算確定，對每個樁基采用10口降水井沿樁基基坑周邊布置，施工降水井時采取了鋼護筒護壁與井內降水相結合的方法施工。通過井點降水，保證了人工挖孔灌注樁順利施工完成。

(2)主動降排水與封堵結合施工流砂及流塑泥質土層。

人工挖孔在開挖遇到細砂、粉砂層時，加上地下水的作用，極易形成流砂，嚴重時會發(fā)生井漏而造成質量事故。人工挖孔灌注樁施工中的流砂現(xiàn)象包括粉細砂、粉土中的流砂和中砂層中顆粒產(chǎn)生的管涌。根據(jù)流砂形成機理，流砂的形成必須有地下水流動而產(chǎn)生動水壓力，其關鍵是既要降低地下水位，又要保證排水時不能攜帶泥砂。因此，對井管濾網(wǎng)和孔壁間的處理特別重要，必須采取有效可靠的措施。

①流砂情況較輕時，有效的施工方法是縮短這一循環(huán)的開挖深度，即將正常的1 m左右一段縮短為0.5 m，以減少挖層孔壁的暴露時間并及時進行護壁混凝土灌注。當孔壁塌落、有泥砂流入而不能形成樁孔時，可用紡織袋土逐漸堆堵形成樁孔的外壁，控制并保證其內壁滿足設計要求。施工中采用土工布堆圍四周合圍處理，其四周用鋼筋固定并插入一定深度后進行開挖，支模澆筑護壁混凝土，從而保證了其即能有效濾水，又能保證不攜帶泥砂，實現(xiàn)了主動降排水與封堵相結合的效果，工序簡單、成本低、便于操作。

②流砂情況較嚴重時，常用的方法是下鋼套筒。鋼套筒與護壁用的鋼膜板相似，其以孔外徑為直徑，可分成4～6段圓弧，加上適當?shù)睦邨l，相互用螺栓或鋼筋環(huán)扣連接，在開挖至0.5 m左右時，即可分片將套筒裝入，深入孔底不少于0.2 m，插入上部混凝土護壁外側深度不小于0.5 m，裝后即支模澆筑護壁混凝土。

③若放入套筒后流砂仍上涌，可采取挖出后即用混凝土封閉孔底的方法，待混凝土凝結后，將孔心部位的混凝土清鑿以形成樁孔；亦可將該方法應用到已完成的混凝土護壁的最下段鉆孔，使孔位傾斜至下層護壁以外，打入漿管，壓力澆注水泥漿，使下部土壤變硬、提高周圍及底部土壤的不透水性，以解決流砂現(xiàn)象。

④在遇到淤泥質土層等軟弱土層時，一般可采用木方、木模板等進行支擋，并需縮短這一段的開挖深度，及時澆筑混凝土護壁，支擋的木方木板需沿周邊打入底部不少于0.2 m深，將其上部嵌入上段已澆筑好的混凝土護壁后，亦可斜向放置，雙排布置，互相反向交叉，即能達到很好的支擋效果。

(3)停電報警撤離及全程通風以確保安全施工。

由于土層中可能有腐殖質物質或鄰域腐殖質物質產(chǎn)生的氣體逸散到孔中，因此，要預防孔內有害氣體的侵害。下孔前10 min，將孔蓋打開通風，待異常氣味排除后方可作業(yè)。該項目實際施工時，通過加強通風及加裝停電報警系統(tǒng)，停電時及時撤離，有效地防止了中毒安全事故的發(fā)生。

(4)護壁坍塌部位實施的處理措施。

人工挖孔灌注樁施工時，很容易發(fā)生護壁外圍泥砂塌落、甚至難以澆筑混凝土護壁的事故。尤其是遇到大量地下水時，隨著護壁外圍泥砂的大量塌落，混凝土護壁成為懸空狀態(tài)，失去支撐進而產(chǎn)生裂紋，直至斷裂、脫落。施工時采取了以下相應措施：

①根據(jù)樁位布置情況，對于樁凈距小于2.5 m的人工挖孔樁采用間隔開挖，并保證相鄰排樁跳挖的最小施工凈距大于4.5 m，待相臨樁孔澆筑完后再開挖，既減小了對土體的擾動，又可起到阻水的作用。

②加密護壁豎向鋼筋并將鋼筋伸出20 cm以上，與下一節(jié)護壁的豎向鋼筋及箍筋連成整體，然后再澆筑成形，使護壁不會斷裂脫落。

③在已成形的護壁上挖孔至砂土薄弱層，以充填、滲透和擠密的形式將灌漿材料充填到土體的孔隙中，以固結護壁外圍的土體，保護壁周泥砂不塌落。壓力灌漿材料可選擇粉煤灰、早強型水泥混凝土、石灰粘土混合料等。

④部分樁體開挖后孔底出現(xiàn)坍塌，由于樁間距較近，底部坍塌范圍容易連成一片，從而增加了清理的難度，我們采用先回填、后開挖、同時調整施工順序，采用間隔跳挖的方式，有效處理了孔底出現(xiàn)坍塌的部位。

4 取得的效果

(1)該工程不良地段樁基礎施工計劃工期為180 d，實際完工日期為172 d，現(xiàn)場分三批次移交工作面，較好地滿足了工程施工進度的需要。

(2)施工過程中未出現(xiàn)安全傷亡事故，停電報警撤離及全程通風措施的實施，有效防止了中毒事故的發(fā)生。

(3)人工挖孔灌注樁施工完成后，按規(guī)范要求進行了相關檢測和試驗，其結果均符合規(guī)范要求。

5 結 語

隨著施工技術的改進，人工挖孔灌注樁在有地下水、流砂層和淤泥質土質等復雜地層中得到了較好地應用。但在地質情況不良、易坍塌地段、開挖深度超深使用時，施工前應進行成樁試驗以論證并制定相關完善的應對措施，防止產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟損失和安全事故。筆者對復雜地層人工挖孔灌注樁的施工技術與難點進行了總結和探討，可為今后類似工程提供一定的施工經(jīng)驗。

U445.4;U445.55+1

B

1001-2184(2017)06-0033-02

2017-10-18

劉海友(1973-)，男，黑龍江綏化人，項目經(jīng)理，高級工程師，從事建筑工程施工技術及管理工作.

李燕輝)