煤矸石地質條件下人工挖孔灌注樁施工關鍵技術

郭 團 寶

(平遙縣工程質量安全監督管理站，山西 平遙 031100)

某工程基礎設計為人工挖孔灌注樁，地質條件為雜填土、煤矸石填層和粉黏土，土質較松散。由于煤矸石局部自燃、地溫高且含有煤氣,CO,CO2,SO2等有毒有害氣體，對人身安全和混凝土的耐久性產生影響。通過工程實踐，總結形成了煤矸石地質條件下人工挖孔灌注施工的關鍵技術，并對該類工程施工工藝進行了詳細闡述。

1 工程概況

某工程基礎設計為28 m深度人工挖孔灌注樁，樁徑1.2 m，樁身混凝土強度C30。

2 工程地質水文條件

本工程地質情況特殊，顯著特點是第①層為1 m～5 m雜填土；第②層為5 m～20 m煤矸石層，本層堆放時間15年～20年；第③層為粉質黏土，由于該地區原為溝區，地下土層有明顯的坡度，厚薄不均無地下水，局部有淺層積水。

3 施工難點

1)本工程土層分布有①層雜填土(層厚1 m～5 m)，②層煤矸石填土(層厚5 m～20 m)，③層粉質黏土，比較松散、空隙比較大，滲透性好，淺層積水有可能滲入，因而解決挖孔灌注樁的坍塌和局部滲水是第一個難點。2)由于煤矸石地層中含有大量的SO2,H2S,P2O5,CO,CO2等有害氣體以及煤矸石粉塵中含有很多對人體有害的化學元素如：汞、鉻、砷、銅、鎘、鉛以及少量天然放射性元素鈾235，釷232、鐳226等。這些含有有害物質的粉塵氣體一旦吸入人體，會導致咳嗽、惡心、中毒、氣管炎、肺氣腫、塵肺、致癌等疾病，甚至死亡；可燃性氣體一旦達到爆炸條件還可能發生爆炸，因此解決挖孔灌注樁孔內有害氣體防治和爆炸預防是本工程的第二個難點。3)由于局部煤矸石自燃，使得人工挖孔灌注樁孔內溫度升高，隨著深度的增加溫度也逐漸增加，最高溫度達100 ℃以上，因而，高溫地熱條件下人工挖孔工藝中對人的保護和高地熱環境下混凝土的施工是本工程的第三個難點。4)為了解決摩擦阻力和隔熱降溫封閉滲水，防止塌孔等問題，同時也為了阻止地下注漿液遠竄，本工程采用了地表樹根樁封閉成環、小導管注漿工藝，因而注漿工藝是本工程的第四個難點。

4 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

5 施工關鍵技術

5.1 小導管樹根樁封閉和地表注漿的施工

為了阻止局部滲水，加固周邊土體提高樁側阻力，同時也為了隔熱、封閉有害氣體需對土體進行地表注漿處理。從以往實踐中可知，由于地層土質松散、孔隙率大，注漿蔓延路徑不確定，有時甚至蔓延幾十到幾百米，因而本工程采用先用樹根樁封閉再進行地表注漿的方法(見圖2，圖3)。

5.2 挖孔灌注樁施工

1)工藝流程：放樣定位→開挖土方→測量控制→支設護壁模板→設置操作平臺→澆筑護壁混凝土→拆除模板繼續下一段施工→吊放鋼筋籠→灌注混凝土。

2)本工程混凝土護壁形式采用外齒式(見圖4)，護壁中雙向φ12配筋，混凝土強度C30，上下護壁主筋搭接。

5.3 灌注樁混凝土施工

5.3.1高溫環境下的混凝土的分析

本工程灌注樁在高溫環境中施工，高溫后混凝土強度曲線有如下結論：

工程煤矸石地層中溫度在100 ℃以下，對混凝土強度影響不大，所以可以不考慮高溫對混凝土的影響，只需考慮混凝土施工。

5.3.2混凝土施工

1)工藝流程：

施工準備→埋設測溫裝置、冷凝水管→混凝土澆筑→混凝土養護→混凝土測溫、降溫。

2)施工準備：

a.水泥：選用水化熱低、初凝時間長的礦渣水泥。

b.砂：選用粗砂或中砂，含泥量小于3%。

c.石子：0.5 cm～3.2 cm粒徑的碎石或卵石。

d.外加劑：可選用復合型外加劑和粉煤灰以減少絕對用水量和水泥用量，延緩凝結時間。

e.施工配合比一般要求，水泥用量控制在300 kg/m3以下，泵送砂率在0.4～0.5之間，坍落度10～14為宜。

3)埋設測溫裝置、冷凝水管：

a.本工程測溫采用建筑電子測溫儀進行測溫。

b.工藝流程：布置測溫點→確定測溫點的深度→選擇合適的測溫線→預埋測溫線→澆筑混凝土進行測溫。

施工時，每支測溫線的插頭都應貼有相應長度規格的標簽。

c.測溫點布置原則：監測點的布置范圍應以所選混凝土澆筑體有代表性的部位。測溫點穩定可靠。

d.確定測溫點的深度：深點深度距離樁底100 mm，淺點深度為100 mm。

e.選擇合適的測溫線：測溫線的長度為測溫點的深度+200 mm。

f.預埋測溫線：將測溫線綁在支撐物上，在澆筑混凝土前將綁好測溫線的支撐物綁扎固定到鋼筋網上，溫度傳感器處于測溫點位置，插頭留在混凝土外面并用塑料袋罩好，避免潮濕，保持清潔且有完善的保護措施。

g.測溫線要穿鋼管保護，混凝土澆筑過程中，下料時不得直接沖擊測溫線管；振搗時，振搗器不得觸及測溫線。

4)混凝土澆筑：

混凝土采用一次澆筑成型，澆筑樁身混凝土時，相鄰10 m范圍內的挖孔作業停止，并不得在孔底留人。

5)混凝土養護：

混凝土達到初凝后即開始進行覆蓋養護。

6 實施效果

本工程實踐證明，在施工中未出現坍塌和局部滲水、有害氣體泄漏和爆炸事件，且高地熱環境下混凝土施工也滿足設計要求，經檢測，所有人工挖孔灌注樁質量全部符合要求；沉降觀測數據全部符合要求。

7 結語

在有煤矸石的地層中施工人工挖孔灌注樁，應根據地質地層實際情況，選擇不同的施工工藝，解決在煤矸石地層中人工成孔造成的困難以及在煤矸石地層施工中由于地熱引起的混凝土施工難題，確保灌注樁質量良好。施工過程中應防止發生有害氣體泄漏、爆炸和坍塌及滲水等事件。

本次針對在煤矸石地層中人工挖孔灌注樁施工的各種困難進行了針對性的處理，對今后在有煤矸石地層的類似工程的策劃和施工及相應規范編制上起到了借鑒作用。

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