顏道勇 龐天明

1 工程概況

案例一:青島杭州支路—鞍山路高架橋工程(K3+528～K4+296)采用φ 1.5 m樁基礎(chǔ),路線跨越公園及居民區(qū),并緊鄰醫(yī)院,原地面以下分布有素填土、亞黏土、中粗砂、花崗巖、煌斑巖、糜棱巖,樁長8 m～15 m,樁端嵌入中風化巖層2 m。

案例二:日照市游泳館樁基礎(chǔ)工程位于日照奧林匹克水上公園內(nèi),設計樁徑為0.9 m,1.0 m,1.1 m,多為群樁,樁間距較小,原地面以下為回填風化砂、花崗巖、黃斑巖等,樁長10 m左右,樁端擴大且嵌入中風化巖層0.5 m～2 m不等。

2 方案比選

一般嵌巖樁采用沖擊鉆成孔,但是案例中的兩個工程地理位置非常特殊,若采用沖擊鉆施工,沖擊振動力及噪聲影響居民生活,開挖泥漿池會對環(huán)境造成破壞,泥漿及沉渣處理費用較高,采用人工挖孔樁則可以避免上述問題。挖孔灌注樁適用于地下水位以上的黏性土、粉土、填土、中等密實以上的砂土、風化巖層。在挖孔過程中,能夠清楚的了解地質(zhì)變化情況,驗證設計的科學性、準確性,做到發(fā)現(xiàn)問題及時解決。挖孔樁也存在缺點和局限性,當?shù)叵滤惠^高,有承壓水的砂土層、滯水層、厚度較大的流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)土層均不宜采用挖孔樁施工。人工挖孔樁孔徑在0.8 m～2.5 m之間為宜,孔深不宜大于30 m。

3 施工方案

1)施工程序。平整場地→施工放樣→準備施工機具→樁孔開挖→清理樁孔周壁→校核直徑和垂直度→護壁混凝土施工→繼續(xù)下挖→確定入巖高程及樁底高程→清理孔底→安裝鋼筋籠→隱蔽工程驗收→灌注樁芯混凝土。

2)施工準備。平整場地,進場后確保施工現(xiàn)場“三通一平”。根據(jù)控制點利用全站儀放樣,定出樁位。開挖前,清除樁基周圍的一切不安全因素,在樁位四周做好臨時防護措施及警示標志。檢查人力絞車或電動葫蘆,必須保證提升設備使用方便、靈活,吊繩、吊斗安全系數(shù)不小于3。

3)樁孔開挖。挖孔的順序視地質(zhì)情況及樁孔布置形式而定,當樁凈距小于2.5 m時,應采用間隔開挖。相鄰排樁跳挖的最小施工凈距不得小于4.5 m。留好出土道路,棄土地點應離孔邊1 m以外,出土數(shù)量影響施工作業(yè)時,組織人力機械及時清運。

在挖孔過程中,隨時記錄地質(zhì)變化情況,與地質(zhì)剖面圖進行對比,如果與地質(zhì)資料不符,應及時通知地質(zhì)勘測單位,確定入巖高程及孔底高程。每進尺1 m,用孔規(guī)測量孔壁,以保證樁徑。用垂球測量垂直度,保證樁孔垂直,挖孔的傾斜度不大于孔深的0.5%。

孔底遇到巖層須爆破時,須編制爆破專項方案。挖孔樁爆破是在一個自由面條件和一定圓形斷面形狀下進行,巖石夾制作用力大,需用分層、掏槽方式進行爆破,嚴格控制炸藥用量并在炮眼附近加強支護。炮孔直徑可選擇40 mm～42 mm,孔距0.4 m～0.5 m,炮孔深度視需要確定。周邊孔向孔壁外側(cè)傾斜 3°～4°,掏槽孔沿孔面向圓心傾斜7°～8°,中心孔垂直于孔面。

挖孔至設計高程后,進行孔底處理,做到平整,無松渣、污泥等軟層。如地質(zhì)復雜,用釬探了解孔底以下地質(zhì)情況是否滿足設計要求,否則應與勘察、設計單位研究處理。

4)孔壁支護。為了保證操作安全,挖孔樁多采取分段挖土、分段護壁的方法施工。一般可安裝木框架、竹籬、荊條、預制混凝土井圈支護,或采用現(xiàn)澆混凝土護壁,遇到超過2 m的流砂層時也可安裝鋼護筒支護。如果設計混凝土護壁作為樁身的一部分,其混凝土強度不得低于樁身混凝土強度。

分段現(xiàn)澆混凝土護壁厚度,一般取受力最大處,即地下最深段護壁所承受的土壓力及地下水的側(cè)壓力之和,設護壁厚度為t,可按下式計算(見圖1):

無地下水時 p=γ Htg2(45°-φ/2)。

有地下水時 p=γ htg2(45°-φ/2)+(γ-γw)(H-h)tg2(45°-φ/2)+(H-h)γw。

其中,N為作用在護壁截面上的壓力,N/m,N=pD/2;p為土和地下水對護壁的最大總壓力,N/m2;γ為土的重度,kN/m3;φ為地基土內(nèi)摩擦角;γw為水的容重,kN/m3;H為挖孔樁護壁深度,m;h為地面至地下水位深度,m;D為挖孔樁(或圓形構(gòu)筑物)外徑,m;fc為混凝土的軸心抗壓強度設計值,M Pa;K為安全系數(shù),取 1.65。

一般情況下,護壁混凝土厚度不小于10 cm,為安全考慮可配置直徑不小于8 mm的構(gòu)造鋼筋,豎向筋應上下搭接。

5)挖孔樁的混凝土工程。a.護壁混凝土工程。在較穩(wěn)定的土層中,護壁高度取1.0 m。當通過強透水層時,每段高度可控制在0.3 m～0.5 m左右,并隨挖、隨驗、隨灌注混凝土。如果含水量豐富、出現(xiàn)流砂時,需采取有效的降水措施,在鋼筋外塞稻草以擋泥砂流出。護壁采用密實早強的1 cm細石混凝土,坍落度3 cm～5 cm。護壁模板拆除應在灌注混凝土24 h之后,發(fā)現(xiàn)護壁有蜂窩、漏水現(xiàn)象時,應及時補強。b.樁芯混凝土工程。澆灌樁芯混凝土前,把孔內(nèi)積水抽干,以保證樁芯混凝土質(zhì)量。通知監(jiān)理進行隱蔽工程驗收,并留取影像資料及巖樣以備后查。

混凝土經(jīng)過串筒而到達澆筑面,其自由落下的高度應不大于2 m,否則會造成混凝土離析,影響混凝土的質(zhì)量。樁芯混凝土坍落度控制在10 cm左右,由孔下操作人員用插入式振動器分層振搗,分層厚度30 cm左右,插入下層混凝土50 mm～100 mm,移動間距不超過振動器作用半徑的1.5倍,并且做到“快插慢拔”,每一處振動完畢后應邊振動邊徐徐提出振動棒。每個樁的樁芯混凝土必須一次連續(xù)澆灌完畢,不留設施工縫。樁芯混凝土一般應高出樁頂設計高程0.5 m左右,待檢測時鑿除?？變?nèi)積水較深時,也可采用灌注水下混凝土的方案施工。

6)樁基檢測。樁基一般采取無破損法檢測,案例一由青島市勘察測繪研究院采用小應變檢測,案例二由日照市質(zhì)監(jiān)站采用抽樣取芯、超聲波和小應變檢測相結(jié)合的方式,樁基檢測率均達到100%,樁基質(zhì)量全部達到Ⅰ類樁標準。

4 安全措施

1)孔下人員必須佩戴安全帽、安全帶、安全繩。孔內(nèi)需設置應急軟爬梯供人員上下,使用的電動葫蘆、吊籠等需安全可靠,并配有自動卡緊保險裝置,不得腳踏孔壁凸緣上下。孔口不得堆集土渣及沉重機具,機動車輛的通行不得對孔壁安全造成影響。相鄰兩孔中,一孔澆筑混凝土時,另一孔的挖孔人員應停止作業(yè),并撤出井孔,以防在較大側(cè)壓力下土體失穩(wěn)而坍塌。挖孔暫停施工時,孔口應設置標志及牢固的罩蓋。

2)施工現(xiàn)場的一切電源、電路的安裝和拆除必須遵守現(xiàn)行行業(yè)標準JGJ 46-2005施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范規(guī)定。

3)孔內(nèi)產(chǎn)生的空氣污染物超過現(xiàn)行GB 3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標準規(guī)定的三級標準濃度極限值時,必須采取通風措施。挖孔深度超過10 m時,應采用機械通風,風量應大于25 L/s。當使用風鎬鑿巖時,應加大送風量,吹排鑿巖產(chǎn)生的石粉。

4)做好爆破試驗工作,合理調(diào)整爆破參數(shù),確保爆破質(zhì)量和爆破安全。爆破前,應仔細檢查周邊設施,配合相關(guān)方做好保護。每次下孔作業(yè)前,應先將炮煙排凈,孔壁支護完好、不出現(xiàn)塌方的情況下,方可下孔作業(yè)?？變?nèi)嚴禁帶電作業(yè),爆破時孔口用鐵柵和炮被覆蓋。設警戒范圍和警戒點,指揮員、起爆員、警戒員用警哨協(xié)調(diào)配合,按信號起爆。

5 工程實例分析

本文案例一和案例二受周邊環(huán)境限制,采用人工挖孔樁同沖擊鉆成孔相比:沒有噪聲污染和沖擊振動力影響;無需處理泥漿及沉渣;孔底清理及混凝土澆筑質(zhì)量容易保證;在保證合同工期的前提下,成孔費用降低約25%。

人工挖孔樁施工工藝簡單,經(jīng)濟效益可觀,污染等負面影響幾乎沒有,只要地質(zhì)條件允許,安全措施到位,可以廣泛使用。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 周水興.路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 劉 平.人工挖孔樁工程實踐經(jīng)驗簡介[J].山西建筑,2009,35(10):82-83.