周 瑜

(廣州市花都第一建筑工程有限公司,廣東廣州 510800)

人工挖孔灌注樁作為國家限制使用的一種技術措施,在實際工程中由于現(xiàn)場地質條件復雜,施工操作不當,容易影響周邊建筑安全,且井下作業(yè)條件惡劣,隨時可能出現(xiàn)流砂、涌水、塌方、觸電和高處墜物等安全事故。為此建設部出臺了《建設部推廣和限制禁止使用技術》(第 218號公告)來規(guī)范人工挖孔灌注樁技術的使用,各地建設行政主管部門也制定出相應政策,如《廣東省建設廳關于限制使用人孔挖孔灌注樁的通知》(粵建管[2003]49號)。

然而在建設項目的設計和施工過程中,人工挖孔灌注樁以其造價低廉,施工設備簡單,成樁直徑大,單樁承載力高和成樁質量易保證等優(yōu)點,在工業(yè)與民用建筑中得到廣泛使用,尤其在場地狹小,對周邊自然環(huán)境保護有嚴格要求,大型鉆孔機械無法進場的情況下,人工挖孔灌注樁就具有相當的優(yōu)勢。本文結合成都市區(qū)某一工程實例,以人工挖孔灌注樁施工過程中所遇到的問題,分析了在松軟砂層、地下水位高等復雜地質水文條件施工難點,闡述施工質量和安全控制的要點及解決問題的措施方法。

1 工程概況

本工程位于成都市青羊區(qū)某一高校內,為一棟六層教學樓建筑,建筑面積 16758.3m2,室外地面至屋面總高度 30.600m,主體為框架結構,轉換大梁位置采用局部型鋼混凝土框架。施工現(xiàn)場狹窄,周邊為已建宿舍樓和職工樓,根據園林部門要求,施工過程不得破壞現(xiàn)有的古樹和其他珍貴植物。設計采用人工挖孔灌注樁結合承臺和拉梁形式,上部共 39根柱,單柱單樁?；A持力層為中密卵石層,單樁豎向極限承載力標準值 qpk=3500 kPa,樁長不小于 6m,樁徑為 800mm、1000mm.和 1100mm,擴大頭直徑為 1300mm、1800mm、2100mm、2500 mm和2800mm等,樁端進入持力層不小于 1d(d為樁身直徑),挖孔樁樁端以下 3倍樁端直徑內應無軟弱層、斷裂破碎帶和洞穴。

2 地質、水文條件及工藝流程

2.1 地質及水文條件

成都所處地殼為一穩(wěn)定的核塊,區(qū)內斷裂構造和地震活動較微弱,歷史上從未發(fā)生過強烈地震,從地殼穩(wěn)定性來看應為穩(wěn)定區(qū)。擬建場地地貌屬成都平原岷江水系 II級階地,主要由第四系全新統(tǒng)人工填土和第四系全新統(tǒng)沖洪積層組成,下伏白堊系泥巖 (K2g)?？辈焐疃确秶鷥戎饕植嫉讓訛殡s填土、素填土、粉質黏土、粉土、中砂、卵石層。

地下水類型為上層滯水和孔隙型潛水,第四系砂卵石層為孔隙潛水的主要含水層,大氣降水及地下水徑流為主要補給源?？菟陟o止水位在7.00—8.00m左右,地下水位受場地周邊降水影響明顯,場地地下水位年變化幅度在 1.50—2.00m左右。

初次地勘共選取測點 22個,其中標準貫入試驗孔 10個,超重型動力觸探試驗孔 2個;施工勘察階段進行一樁一孔勘察,共布置勘探點 39個,測試深度進入預計樁端 (502.20m)平面下中密—密實卵石4.50—7.00m,完成超重型動力觸探孔 39個。

2.2 施工組織及工藝流程

依據地勘報告,結合已有工程經驗,開工前 30 d開始采用輕型井點降水,共布設 6口孔徑 580—600 mm降水井,砼井管內徑 300mm,相鄰距離 25.00 mm,設計降水井井深 17.50m。井管結構為上部井壁管 10m,中部纏絲濾水管 5m,下部沉砂管 2.5m。

人工挖孔灌注樁施工工藝流程：場地整平→放線、定樁位→挖第一節(jié)樁孔土方→綁扎鋼筋、支模并澆注砼護壁→在護壁上二次投測標高及樁位十字軸線→設置垂直運輸架、安裝電動葫蘆 (本工程選用手動裝置)、吊土桶、潛水泵、鼓風機、照明設施等→第二節(jié)樁身挖土→清理樁孔、校核樁孔垂直度和直徑→澆注第二節(jié)砼護壁→重復第二節(jié)鋼筋混凝土護壁工序、循環(huán)作業(yè)至設計深度→檢查持力層后進行擴底→對樁孔直徑、深度、擴底尺寸、持力層進行全面檢查驗收→清理虛土、排除孔底積水→吊放鋼筋籠就位→澆灌樁身混凝土→樁基測試。

3 施工過程中的難點及遇到的問題

3.1 質量問題

3.1.1 依據初次地勘報告設計樁長選用 6m,施工階段一樁一孔勘探揭露,部分樁在持力層 (中密卵石層)以下間隔分布有稍密層和密實層,其中稍密層最大深度達到 3.2m,無法保證設計規(guī)定的樁端以下 3倍樁端直徑內應無軟弱層、斷裂破碎帶和洞穴的規(guī)定,此類樁占總數的 18%。

3.1.2 人工挖孔樁井圈澆注至第四節(jié)時,遭遇松散砂層,井圈自重大與井壁摩擦力突然降低,鋼筋錨固不夠,加之前夜下雨導致最底部井圈在施工過程中突然滑落到井底。

3.1.3 場地基坑周邊雖布設 6口降水井,但在雨季仍然無法保證所有樁孔內地下水降至施工要求標高,其中有 3根樁孔內積水嚴重,盲目開挖易導致流砂和涌水。

3.1.4 擴大頭尺寸過大,最大達到 2800mm,為樁身直徑的 2.54倍,雖未超過規(guī)范規(guī)定的限值 3(JGJ94-2008),但是考慮持力層部分及上部含有稍密砂層或松散砂層,塌方和流砂等施工質量和施工安全問題顯得尤為突出。

3.2 安全問題

人工挖孔灌注樁施工過程中,因采用吊土桶搬運孔內砂石和土,易發(fā)生高處墜物,且井圈外堆土處理不當也有滑入孔內的風險;經過調整后的樁長部分達到 12m以上,工人下井作業(yè)慎防窒息和中毒事故;井下挖土嚴禁超挖亂挖,避免松散砂層和稍密層塌方。

4 應對策略及控制措施

針對施工現(xiàn)場出現(xiàn)的各種質量和安全問題,結合自身經驗,總結以下幾點體會。

4.1 持力層以下含有稍密層或其他軟弱層,可經有資質的勘察單位進一步增加鉆探深度,確定較為合適的持力層深度,并提請設計單位就現(xiàn)有地質勘探報告核算單樁承載力能否達到設計要求,如未達到,在規(guī)范許可范圍內采用加大設計樁長,增加擴大頭直徑等措施確保樁基達到設計要求。

4.2 對原設計鋼筋混凝土護壁做加固處理,護壁上下口尺寸均增加 150mm,上下兩節(jié)護壁內配筋相互搭接 300mm,每節(jié)護壁增加 4φ25長度 500mm打入孔壁土內,外留 100mm與護壁井圈鋼筋綁扎搭接。防止護壁因自重加大產生滑移。同時在松軟砂層和其他軟弱層,因孔壁不能自穩(wěn),開挖施工不斷往下塌落,可采用木方、木模板或鋼模板等支檔,適當減少單節(jié)護壁高度至 300—500mm,并在其中加密插筋加固護壁,支檔的木方和模板沿著樁孔四周插入底部不少于0.3m深,上部嵌入已澆好的混凝土背面 0.15m深左右,情況嚴重時,可進行雙排布置,兩排支檔之間反向交叉,只要讓施工人員操作方便即可,做到隨挖、隨驗、隨澆注混凝土。護壁簡圖如圖1所示。

圖1 護壁簡圖

4.3 地下水位過高,開挖過程遇到松散砂層和稍密砂層,在壓力水作用下極易發(fā)生流砂和上層井圈脫節(jié),給施工帶來極大的不便。針對這一問題,可利用配備的潛水泵抽取孔底積水,邊抽邊開挖,及時進行護壁的支護和澆注,還要防止流砂導致護壁混凝土缺陷;單一潛水泵抽水無法解決積水時,可就近增大降水井管徑或增加降水井排數,適當加大抽水功率,并在施工方案上作出調整,從相鄰樁孔進行抽水減少局部地區(qū)涌水量,交替施工緩解地下水對護壁的沖刷。

4.4 松散砂層的擴大頭施工具有相當的風險,隨著人工掘進,上部自重過大加上砂石沒有很好的粘結力很容易導致塌孔,如果樁凈距小于 2倍樁徑且小于 2.5m,也未采用間隔開挖,即不滿足規(guī)范要求,還有相鄰樁孔貫穿的風險。

因此開挖擴大頭部分,應預先做好開挖方案和應急預案,配備充足的鋼套筒和鋼模板,邊開挖邊支護,土質良好的部位可按照常規(guī)方法選用木模、鋼模或者鋼套筒,采用木支檔傾斜固定,配筋后澆注混凝土,并適當增加護壁插筋并減少單次護壁高度;軟弱砂層的部位在必要時可采用“砂層化學注漿帷幕錨桿護壁工藝”等措施,在設計位置按設計角度、間距等成錨桿斜孔,下置三角鋼筋籠,壓入含有化學漿液的水泥漿,然后做聯(lián)系圈梁與錨筋可靠連接,養(yǎng)護后方可開挖下部土方,視情況對擴大頭砂層做噴漿固砂處理;現(xiàn)場條件不滿足加固要求時,可與設計單位協(xié)商,在不改變原有設計方案及基礎受力的前提下,增大孔徑,以減少 D/d數值,降低開挖擴大頭的風險,也能在安全與經濟之間找到良好的平衡點。

4.5 安全方面。首先在澆注第一節(jié)砼護壁時,井圈應高于地面不少于 150mm,厚度比護壁增加 100mm以上,并在周邊 500mm范圍內做硬地處理,阻擋地表雨水和雜物落入井中,同時嚴禁在井圈 2m范圍內堆放雜物,砂石運出后積極清走遠離孔口;作業(yè)深度超過 5m時,應在距井底 2—2.5m處設置一道半圓形鋼筋防護網(密目鋼絲網),并應固定牢靠。在吊運物料時,井下人員應緊貼護壁站在半圓形防護網下,以防落物傷人。半圓形鋼筋防護網的位置應隨進尺深度逐節(jié)下移固定,始終保持在設置高度范圍內。井下作業(yè)人員應配備安全帶和安全繩,掛好安全鉤,必要時設置有線對講系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)異常立即協(xié)助井下人員撤離現(xiàn)場,每孔必須設置安全軟梯,嚴禁乘坐吊桶上下井?？卓谒闹苓€應設置安全護欄,以扣件鋼管搭設,高度不低于 0.8m。作業(yè)完畢及雨季來臨,孔口應覆蓋木 (鋼)蓋板,設置明顯的警示標志。

井下作業(yè)要防止窒息事故發(fā)生,下井之前可采用小動物進行檢測,確認無害后方可下井,深度超過10m時,采用專門壓力風管,不間斷送風,風量不宜少于 25 L/s,地面常備氧氣瓶的常用急救用品。井下照明應采用不大于 12V安全電壓,燈泡配有防水罩,線纜應有防水絕緣皮,同時配備安全應急燈,以防停電和其他事故。根據《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范》JGJ-88,設置專門的低壓配電箱,每臺變壓器供應燈數不應超過 5盞燈。所有帶電設備應一機一閘一漏電保護器,供電線路采用橡皮線架空設置。

地質條件復雜,遇到松軟砂層,開挖程序盡量采取間隔開挖方法,減少砂石滑移,尤其是在兩孔凈距小于 2倍樁徑時,應采用交替施工方法澆注護壁砼,禁止同時下井作業(yè),同時做好監(jiān)測,慎防竄孔。

5 結束語

人工挖孔灌注樁作為一種在工業(yè)與民用建筑中廣泛采用的的樁型,優(yōu)勢與缺點分明,一方面質量容易保證,另一方面施工不當,安全風險尤為突出。

本工程實踐表明,只要在施工前期做好準備工作,針對復雜的地質水文條件制定相應的施工方案和應急預案,充分考慮可能發(fā)生的各種風險,而不是邊挖邊分析,并及時處理施工過程中出現(xiàn)的特殊問題,完全可以發(fā)揮人工挖孔灌注樁占用場地小、樁基可靠性高、施工方便、施工速度快、經濟實用的優(yōu)勢。

[1] JGJ94-2008,建筑樁基技術規(guī)范[S].

[2] 高懷鵬.陳雷.人工挖孔灌注樁的設計及施工[J].西部探礦工程,2009(12).

[3] 龐瑋.人工挖孔樁成孔過程容易出現(xiàn)的事故及預防、處理措施[J].建筑安全,2009(2).