流砂層灌注樁人工成孔鋼管井架和工具式模板超前支撐混凝土護(hù)壁施工工法研究

胡巖

（甘肅第四建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 7300000）

人工成孔灌注樁由于施工方便、速度較快、不需要大型機(jī)械設(shè)備、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在民用建筑中得到了廣泛應(yīng)用，特別是西北地區(qū)很多工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中采用人工成孔灌注樁[1]。當(dāng)人工成孔灌注樁施工遇到較厚流砂層時(shí)，人工成孔易發(fā)生塌孔的問(wèn)題，尤其是擴(kuò)大頭部位不易成形，傳統(tǒng)的施工方法是采取混凝土護(hù)壁或鋼護(hù)筒的支護(hù)方法，但是，在流砂層內(nèi)分段施工混凝土護(hù)壁時(shí)易出現(xiàn)護(hù)壁下沉的問(wèn)題，采用鋼護(hù)筒時(shí)擴(kuò)大頭部位無(wú)法施工，且鋼護(hù)筒難以拔出[2，3]。為解決上述難題開(kāi)展研究，形成了流砂層內(nèi)灌注樁人工成孔超前支撐混凝土護(hù)壁技術(shù)，并成功應(yīng)用于多項(xiàng)同類(lèi)地質(zhì)情況的工程。

1 工程應(yīng)用

蘭州城市學(xué)院圖書(shū)館擴(kuò)建工程，框架結(jié)構(gòu)，地下一層，地上六層，面積8065m2，共45根井樁；蘭州城市學(xué)院多功能田徑運(yùn)動(dòng)場(chǎng)工程看臺(tái)部分，共35根井樁；蘭州市安寧區(qū)安寧堡街道城中村改造重建安置小區(qū)（東區(qū)）項(xiàng)目，共118根井樁；場(chǎng)地地質(zhì)均遇到流沙層，采用傳統(tǒng)的鋼套管支護(hù)及混凝土護(hù)壁無(wú)法徹底解決井壁坍塌的難題，給保障施工人員安全及工程進(jìn)度、質(zhì)量造成了很大困難。為保障護(hù)壁施工的安全在人工成孔施工中均采用了井字架超前支撐砼護(hù)壁的施工方法，其在實(shí)際工程中的應(yīng)用，解決了在流砂層內(nèi)施工時(shí)的難題，為流沙層灌注樁的施工操作提供借鑒。

2 工法特點(diǎn)及適用范圍

2.1 工法特點(diǎn)

1）人工成孔灌注樁施工，當(dāng)遇到較厚流砂層時(shí)，采用4塊扇形工具式模板及鋼管井字架支撐進(jìn)行混凝土護(hù)壁施工，有效地防止了樁孔坍塌，模板可現(xiàn)場(chǎng)加工制作。

2）井字架支撐系統(tǒng)采用Φ48×3.5鋼管及扣件，該井字架既支撐上一節(jié)混凝土護(hù)壁，防止其下沉，又作為護(hù)壁模板的支撐系統(tǒng)，有效地防止了混凝土護(hù)壁下沉、傾斜。

3）本工法操作方便、安全可靠、投資少、模板支撐可現(xiàn)場(chǎng)加工制作，確保了井下施工人員的安全，保證了樁基施工質(zhì)量。

2.2 適用范圍

本工法適用于人工成孔灌注樁在細(xì)粉土層、粉細(xì)砂層、流砂層等地質(zhì)條件下人工成孔護(hù)壁施工，同時(shí)也適用于在擴(kuò)大頭部分易產(chǎn)生坍塌情況時(shí)施工以及有地下水時(shí)以及先進(jìn)行井點(diǎn)降水再采用本方法進(jìn)行人工成孔。

3 工藝原理

1）根據(jù)人工成孔井樁流砂層施工的高度，制作4塊扇形工具式模板，模板高度500mm-700mm，開(kāi)挖時(shí)樁身四周不會(huì)造成嚴(yán)重坍塌現(xiàn)象。

2）井字架支撐系統(tǒng)采用腳手架鋼管及扣件，上一節(jié)混凝土護(hù)壁施工完后，將4根立桿打入下部土層800mm、4根水平桿呈井字形支托在上一節(jié)混凝土護(hù)壁下口，再進(jìn)行挖土，開(kāi)挖500mm深后，進(jìn)行混凝土護(hù)壁施工，此時(shí)護(hù)壁支承在樁孔底土層上?；炷磷o(hù)壁始終交替支承在水平鋼管支撐上或土層表面，有效防止了施工中流砂的坍塌和混凝土護(hù)壁自身的下沉、脫落。

3）每施工一節(jié)護(hù)壁，井字架支撐就向下移一節(jié)，直到持力層部位時(shí)，停止護(hù)壁施工。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

流砂層灌注樁人工成孔鋼管井架和工具式模板超前支撐混凝土護(hù)壁施工的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4.2 主要施工操作要點(diǎn)

4.2.1 混凝土護(hù)壁工具式模板制作

1）模板制作前認(rèn)真熟悉圖紙，核對(duì)樁基施工圖，確保模板尺寸準(zhǔn)確；

2）制作工具式模板，可采用8mm厚鋼板做模板，65×5角鋼做豎楞；也可選用50×50mm木方作為內(nèi)楞，1mm厚的鍍鋅鐵皮做模板面，組拼成四分之一圓柱形或圓臺(tái)形模板。

3）根據(jù)設(shè)計(jì)樁直徑將一個(gè)圓形樁均分為四塊定型模板組拼，其組拼后的模板上口直徑與設(shè)計(jì)樁徑相同，下口直徑大于設(shè)計(jì)樁徑50mm，模板高度以500mm為宜，見(jiàn)圖2。

圖2 模板制作展開(kāi)圖

4.2.2 模板施工操作要點(diǎn)

1）模板支撐必須有足夠剛度和穩(wěn)定性；

2）模板拼裝接縫需平整嚴(yán)密，以防止漏漿；

3）模板吊裝就位前必須經(jīng)檢查吊繩、套扣是否牢固，起吊過(guò)程中設(shè)專(zhuān)人指揮，吊裝需緩慢平穩(wěn)，確保吊繩角度正確，以免出現(xiàn)成品拉壞及傷人事故；

4）模板校正就位后，必須用重物和斜向支撐將模板壓緊、卡牢，以防在混凝土澆筑過(guò)程中，由于混凝土的擠壓力，模板出現(xiàn)變形和位移。

4.2.3 樁孔開(kāi)挖與井字架支撐系統(tǒng)操作要點(diǎn)：

1）井字架支撐的作用是既支撐模板，又支托上一節(jié)護(hù)壁。

2）井孔挖至流砂層后，即開(kāi)始采取超前支撐的方法施工護(hù)壁。

3）由于流砂層的流動(dòng)性影響，已完成的上部護(hù)壁在開(kāi)挖下部樁孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)下沉或位移。如圖3，開(kāi)挖下一節(jié)樁孔前，先將4根Φ48×3.5垂直支撐鋼管打入下部土層后，用水平鋼管與垂直鋼管扣件連接，水平鋼管必須深入到上一節(jié)護(hù)壁的底部，以支托上一節(jié)護(hù)壁，防止上一節(jié)護(hù)壁發(fā)生下沉、位移。然后進(jìn)行樁孔開(kāi)挖，深度不超過(guò)500mm，再綁扎護(hù)壁鋼筋，支設(shè)工具式模板，澆筑護(hù)壁混凝土，養(yǎng)護(hù)后拆除模板。如此逐節(jié)向下循環(huán)作業(yè)。

圖3 超前支撐施工示意圖

4）垂直支撐鋼管高度以≥800mm為宜。

5）鋼管支撐必須保證支撐點(diǎn)穩(wěn)定、牢固，支撐點(diǎn)數(shù)量不少于八個(gè)。

6）開(kāi)挖流砂層時(shí)要隨時(shí)注意上一節(jié)護(hù)壁底部的穩(wěn)定情況。

4.2.4 護(hù)壁操作要點(diǎn)

1）混凝土護(hù)壁厚度不應(yīng)小于100mm。

2）護(hù)壁混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

3）混凝土護(hù)壁構(gòu)造鋼筋直徑不小于8mm。

4）護(hù)壁混凝土應(yīng)振搗密實(shí)。

4.2.5 其他操作要點(diǎn)

1）在場(chǎng)地三通一平的基礎(chǔ)上，依據(jù)基礎(chǔ)平面布置圖，測(cè)定樁位軸線(xiàn)方格控制網(wǎng)和高程基準(zhǔn)點(diǎn)。樁位定好之后，必須進(jìn)行復(fù)查，辦好預(yù)檢手續(xù)。

2）確定好樁位中心后，砌筑井口磚護(hù)圈，并在磚護(hù)圈上口用1：2.5水泥砂漿抹平，并彈出軸線(xiàn)。

3）開(kāi)挖樁孔土方，土質(zhì)較好的部位每節(jié)開(kāi)挖的高度一般以0.9-1.2m為宜。

4）每開(kāi)挖一節(jié)樁孔土方均應(yīng)檢查樁位中心線(xiàn)。

5）第一節(jié)樁孔成孔以后，即著手在樁孔上口架設(shè)垂直運(yùn)輸支架及安裝電動(dòng)葫蘆。

6）當(dāng)挖至流砂層時(shí)，每節(jié)樁孔開(kāi)挖的高度一般控制在500-700mm為宜，并進(jìn)行混凝土護(hù)壁施工。

5 結(jié)語(yǔ)

蘭州城市學(xué)院圖書(shū)館擴(kuò)建工程等工程采用了超前支護(hù)施工技術(shù)，在流砂層人工成孔施工方面與傳統(tǒng)的混凝土護(hù)壁方法相比，解決了護(hù)壁下沉位移的難題；與鋼護(hù)筒護(hù)壁施工方法相比，減少了投資，降低了工程造價(jià)，同時(shí)避免了鋼護(hù)筒拔不出來(lái)的問(wèn)題。