張 俊 生

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030024)

談人工挖孔灌注樁硬質(zhì)巖層水鉆入巖施工方法

張 俊 生

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030024)

針對人工挖孔灌注樁開挖施工過程中遇到非常堅硬的巖層的情況進行了分析，通過多方試驗、對比，選用了適宜的水鉆型號，并對水鉆進行了改造，調(diào)整了水鉆操作工藝，同時配合以風鎬，使之能適應(yīng)復(fù)雜條件下巖體的破除，達到安全施工，并保證質(zhì)量、進度的目的。

人工挖孔灌注樁，硬質(zhì)巖層，水鉆

0 引言

由陽泉市新華書店投資建設(shè)的陽泉書城建設(shè)項目，地理位置特殊，地處市委、市政府背后，且周圍有居民區(qū)和鐵路。在進行人工挖孔灌注樁施工中，遇見硬巖層，無法采用人工風鎬破碎繼續(xù)挖樁，常規(guī)做法需要進行預(yù)埋雷管爆破的方法繼續(xù)施工。但由于此工程地理位置特殊，考慮周圍存在重大的安全隱患，故無法采用此爆破工藝施工。經(jīng)過對施工難點進行分析，對施工工藝及需挖掘的巖層進行討論，提出了采用水鉆入巖的方法進行入巖施工，并對此工藝所用機具進行現(xiàn)場試驗，對所用的大型入巖用水鉆進行研究及局部改造，以達到在狹小空間(樁徑在800 mm～1 100 mm之間)也可采取此種工藝入巖，并做端部擴大頭的效果。用水鉆入巖的施工工藝解決了此施工難題。

1 工程基本概況

陽泉書城建設(shè)項目位于陽泉市德勝西街瓦窯坡，地下1層，地上16層，框剪結(jié)構(gòu)，建筑面積18 135.28 m2，主要用于商業(yè)、辦公。該項目所設(shè)計的樁基礎(chǔ)施工中采用的是人工挖孔灌注樁，樁體直徑大部分為800 mm,900 mm,1 000 mm,1 100 mm。根據(jù)地勘報告，該樁基礎(chǔ)經(jīng)過的土層分別為：第①層，素土層；第②層，粉土；第③層，細中砂；第④層，卵石；第⑤層，砂巖；第⑥層，砂質(zhì)泥巖。設(shè)計要求人工挖孔樁需要穿透前5層，最后在第⑥層砂質(zhì)泥巖上入巖500 mm，并做端部擴大頭100 mm，最終挖孔樁深度在14 m～16 m。

2 施工中遇到的難題

本工程開始施工后，前期施工非常順利，但在人工挖至第④層，約11 m深處，即達到地下水位層，開始在樁體周圍采取降水措施。此時，需采用風鎬破碎卵石，才能繼續(xù)下挖。當穿透第④層卵石層，開始穿透第⑤層砂巖時，人工用風鎬破碎已經(jīng)相當吃力，此巖層密度較大，幾乎一天只能破碎約700 mm。當穿透此巖層，挖至第⑥層砂質(zhì)泥巖，施工遇到了相當大的困難。用風鎬破碎幾乎起不到作用，耗時半日，也只能破碎幾塊碎石。經(jīng)過地勘單位現(xiàn)場取材鑒定，此巖層為第⑥層砂質(zhì)泥巖，但巖層硬度極大，基本上為此地區(qū)最硬的巖石，不建議采用人工風鎬破碎，功效甚低。一般遭遇此種施工困難，宜采用預(yù)埋雷管進行爆破施工，以達到開鑿入巖效果。但此工程地理位置特殊，緊鄰市委、市政府、居民區(qū)、鐵路，而此種工藝施工有一定的危險性，并噪聲較大，所以相關(guān)單位不批準采取此工藝施工。

3 解決難題的思路

由于遇到上述難題，為保證工程工期，建設(shè)單位及施工單位均咨詢相關(guān)專家，尋找別的施工工藝繼續(xù)施工，但由于該灌注樁樁身穿過卵石層，試樁時樁身中部存在較大的卵石層，無法采用機械成孔，只能采用人工成孔，且該樁設(shè)計為人工成孔，有護壁及擴大頭設(shè)計要求，所以只能采取此工藝施工，目前還沒有其他的施工工藝范例，因此工程無法繼續(xù)進行施工，業(yè)主、施工單位都陷入了困境中。對此經(jīng)過現(xiàn)場多次勘察，并聯(lián)想到混凝土結(jié)構(gòu)中常用的水鉆開洞工藝，是否能應(yīng)用在這里。項目上立即決定進入樁底進行試驗。但下入樁底才發(fā)現(xiàn)并非想象的那么簡單。首先，水鉆施工必須要先固定在一個平面上；同時要有工人的操作面。但樁底不平整，無法固定水鉆支座；同時樁徑較小，工人操作空間狹小，不宜施工。

4 具體改進措施和操作工藝

通過對以上難點的逐一分析，經(jīng)過研究、試驗決定采用以下改進措施，具體如下：

1)選用適宜的水鉆型號和鉆頭型號，并將原有普通水鉆底座去除，焊接長度為200 mm的160×63×6.5型號的槽鋼，作為水鉆固定底座，確保水鉆固定后的穩(wěn)定性。調(diào)整水鉆操作工藝，并配合以風鎬，使之能適應(yīng)復(fù)雜條件下巖體的破除。

2)水鉆在鉆孔之前，必須首先對其進行固定。固定水鉆時要求底座采用木楔支墊平整，頂部使用方木頂撐橫向并排頂于水鉆機上部，在護壁上進行頂撐，支撐處要求必須頂緊。檢查支撐穩(wěn)固可靠后，方可開鉆。

3)水鉆開鉆時要緊貼樁護壁的外沿進行鉆取，先鉆外圈然后再鉆里圈。鉆取的巖石及時運出樁井。鉆齒磨損后要根據(jù)鉆頭磨損程度及時更換。鉆到一定深度后，可通過使用風鎬打入鉆縫，將巖體打折。水鉆在鉆巖過程中，在井底設(shè)置小水泵，給鉆機供水。

水鉆施工簡圖見圖1。

4)水鉆具體參數(shù)。

a.水鉆鉆孔直徑200 mm改為直徑150 mm。b.鉆孔深度600 mm改為300 mm。c.動力頭轉(zhuǎn)速1 440 rmp。d.動力頭功率4 kW。e.回轉(zhuǎn)速度820 m/min。

5)水鉆鉆桶太高操作過程中不平衡，且由于遇到的砂巖層含有石英等物質(zhì)，巖體較為堅硬，600 mm水鉆在試驗過程中，鉆到250 mm～320 mm深度時，鉆齒就已磨損。樁底空間狹窄，600 mm高鉆桶不易操作，要達到設(shè)計要求的500 mm入巖深度，需二次鉆芯。所以在減小鉆直徑，鉆到一定深度后，可通過使用剔杖，打入鉆縫，將巖體打折。鉆齒磨損量減小，增加鉆桶的使用次數(shù)，降低成本。所以將600 mm桶高，改為較易控制穩(wěn)定的300 mm。

5 改進后施工機具特點

1)機具簡單，施工操作安全方便。

2)造價低，質(zhì)量可靠，樁底易清理、單樁承載力比較高。

3)施工無噪聲，對周圍環(huán)境及建筑物影響小。

4)占用場地小，可全面展開施工，有效縮短了施工工期。

6 主要施工工藝

1)施工工藝。

人工成孔至巖層→測量放線→布置取芯點→水鉆鉆巖→出渣→樁孔修正。

2)勞動力安排。

組織10個小組同時施工，每根樁一組，一組由3人組成，井下操作面1人，井上2人負責交替倒渣。

3)作業(yè)步驟。

a.測量放線，定位后開始進行人工開挖，待挖至巖石層后，將坑底清理干凈。b.利用原有控制線復(fù)核樁心控制點，根據(jù)樁心位置畫出樁外圍邊線。c.根據(jù)樁外圍控制線布置水鉆進行鉆孔，要求相鄰鉆孔之間重疊2 cm～3 cm。d.固定水鉆后進行鉆孔。e.巖體采用沖擊鉆鉆眼，鋼楔分裂巖體，將鉆出的巖渣及時清除，之后鉆內(nèi)側(cè)第二排孔，依次進行。f.清渣完成后，根據(jù)控制線對樁孔標高、樁孔孔徑等進行復(fù)核，確保滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

7 施工安全保證措施

1)在挖孔開始前，組織施工管理人員及勞務(wù)作業(yè)人員進行方案、安全技術(shù)交底，讓施工人員了解周邊環(huán)境情況及作業(yè)安全注意事項。

2)對施工圖紙進行認真復(fù)核，明確設(shè)計意圖，對人工成孔灌注樁施工工藝進行培訓(xùn)、交底，要求施工人員熟悉作業(yè)流程及安全事項。

3)經(jīng)常對機械設(shè)備進行檢查，保證機械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。正確使用安全防護用品。

4)施工中隨時進行抽查，發(fā)現(xiàn)問題及時整改，確保安全施工。

5)現(xiàn)場作業(yè)區(qū)域拉好彩旗繩，并有安全監(jiān)管人員跟班在崗，以防無關(guān)人員、動物進入現(xiàn)場。

6)作業(yè)人員戴好安全帽，調(diào)運渣土?xí)r必須采取防掉落措施，防止墜物傷人。

7)樁孔周邊設(shè)置臨時防護欄桿，由專人監(jiān)護，孔邊高出周圍地面20 cm～30 cm左右，防止周邊物體墜落或雨、污水流入。

8)施工開挖出的巖體或渣土及時運出并遠離孔口，且堆土高度不得超過1 m。嚴禁將挖出的渣土在孔邊堆高，造成嚴重的安全隱患。孔深挖至超過10 m時，在孔內(nèi)裝設(shè)半圓防護板，用吊桶出渣時，孔內(nèi)作業(yè)人員應(yīng)躲避于防護板下，防止渣土墜落傷人。并隨著孔深增加而逐漸下移。

9)調(diào)運作業(yè)人員的設(shè)備必須安全可靠，且配有斷繩保護裝置。另外孔內(nèi)應(yīng)設(shè)置臨時軟爬梯，供臨時應(yīng)急使用。

10)根據(jù)開挖深度適時配置通風設(shè)施，施工作業(yè)人員有呼吸不適時，應(yīng)立即采取通風或換班作業(yè)等措施，防止發(fā)生意外事故。

11)用電設(shè)備由專業(yè)電工負責，孔內(nèi)施工機具設(shè)備(除水磨鉆外)不建議選擇電動設(shè)備，抽水時盡量用深水泵代替潛水泵抽水，孔內(nèi)破碎大塊巖石用風鎬。

12)塌孔的預(yù)防措施：工程地理條件特殊，存在地下水，為防止開挖過程中出現(xiàn)塌孔，施工中必須隨時對孔壁及周圍進行觀察，發(fā)現(xiàn)異常立即停止作業(yè)，并根據(jù)具體情況采取措施。

13)防止孔壁涌水措施：當開挖至水層時，要根據(jù)出水量采取抽水或排水措施?？變?nèi)必須配置應(yīng)急軟爬梯、吊籠等安全可靠的設(shè)施以及防墜落裝置，一旦出現(xiàn)危險，孔內(nèi)作業(yè)人員要迅速撤離。上、下孔洞必須有可靠的聯(lián)絡(luò)設(shè)備和明確的聯(lián)絡(luò)信號。

8 所取得的效果

1)效益分析：采用水鉆入巖，單根單價約為450元/根，若采用爆破方法，單根單價約為600元/根(包括爆破手續(xù)費、爆破費、材料費)，且工期可縮短為原計劃的1/3，具有明顯的經(jīng)濟效益。

2)社會效益：采用水鉆入巖方法施工，施工操作方便，施工中無噪聲，無泥漿排出，對周圍環(huán)境及建筑物影響小，安全可靠，且避免了因采取爆破作業(yè)而帶來的一系列安全問題和對周圍環(huán)境造成的影響，具有很好的社會效益。

3)環(huán)保效益：采用水鉆法施工效率高，對孔壁四周的圍巖擾動小，施工噪聲較小，施工廢水可循環(huán)利用。減小采用爆破對環(huán)境造成的影響。

9 結(jié)語

該項目樁基設(shè)計為人工挖孔灌注樁，設(shè)計樁徑均在0.8 m～1.1 m之間，施工操作空間狹窄，樁長14 m～16 m，樁數(shù)130根，樁間土層有飄石層，且樁底設(shè)計要求入巖500 mm，樁頭外擴100 mm，施工難度較大。該工程處城市中心區(qū)，施工場地狹窄、環(huán)境復(fù)雜，禁止使用爆破法施工。采用該改進的施工方法后不僅有效降低了樁基施工成本，縮短了施工工期，保證了施工質(zhì)量，提高了單樁承載力。而且施工無噪聲，對周圍環(huán)境及建筑物影響小，有效避免了因采用爆破對社會造成的不良影響，取得了很好的經(jīng)濟和社會效益。該工程樁基均一次性驗收合格，得到建設(shè)、監(jiān)理單位的一致好評。

On construction methods for water drilling embedding rock of hardened stratum of manual hole digging pile

Zhang Junsheng

(ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

The paper analyzes the hardened stratum in the excavation process of the manual hole digging pile, selects the proper water drilling type by many tests and comparison, reconstructs the water drilling, and adjusts its construction craft with the pneumatic pick, so as to make it adapt to the breaking of stratum with the aims of being safety and ensuring its quality and progress.

manual hole digging pile, hardened stratum, water drilling

2015-03-08

張俊生(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)14-0073-02

TU473.14

A