董軍

摘 要：通過一百多年的科技發(fā)展，樁基施工在平原、高山、大江、大海及地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)都實(shí)現(xiàn)了成功的運(yùn)用，并積累了很多的經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，但在多年泥石流堆積扇上施工深大樁基，是個(gè)非常罕見的案例，本文就這種特殊地層對樁基成孔施工進(jìn)行研究探討。

關(guān)鍵詞：泥石流堆積地層；樁基；成孔

1 工程概況

某大橋位于構(gòu)造剝蝕高中山地貌，主要表現(xiàn)為山體強(qiáng)烈隆升、河流深切、山高坡陡，河谷兩側(cè)多為滑坡、崩坡積和泥石流等堆積物，特殊的地形地貌給橋梁選址帶來了很大的局限性，故造就了在泥石流堆積扇上施工深大樁基的罕見案例。

1、樁位處地質(zhì)情況：漂卵石、塊a石為主，粒徑2cm～3m以上；骨架顆粒含量約70-80%，粒徑離散性大；骨架空隙以砂質(zhì)、泥質(zhì)及角礫填充；地層地質(zhì)分層極不均勻；局部存在漂石架空層，具有空隙大，穩(wěn)定性差等特點(diǎn)；無有毒氣體。

2、處水文情況：橋址區(qū)地下水主要為第四系松散堆積層孔隙水，橋址區(qū)地形起伏較大，除山間溝谷外，地下水埋深普遍較深，地下水位在地表以下23m處，地下水從高處向低處有一定的流動(dòng)性。

3、樁基設(shè)計(jì)情況：共30根樁基，設(shè)計(jì)直徑為2.5m，樁長42m的鋼筋混凝土灌注樁，受力類型為摩擦樁。樁基布置為順橋向5排，樁中心間距為6.5m+6.25m+6.25m+6.5m；橫橋向6列，樁中心間距均為6.25m。

4、其它情況：交通極為不便，橋址處無高壓電力供應(yīng)，無造漿粘土。

2 樁基成孔方案比選

灌注樁施工最關(guān)鍵的工序就是成孔，由于地層構(gòu)造的多樣性、復(fù)雜性和部分不確定性，因而灌注樁成孔也有各種方法，歸結(jié)起來可分為機(jī)械成孔和人工挖孔兩種方法，機(jī)械成孔按鉆機(jī)類型主要分為旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔、沖擊鉆機(jī)成孔、旋挖鉆機(jī)成孔和套管鉆機(jī)成孔。由于成孔方法的選擇直接影響樁基質(zhì)量、工期及成本，故樁基施工前必須對成孔方法進(jìn)行比選。

根據(jù)機(jī)械成孔適用范圍選擇鉆機(jī)類型：

通過機(jī)械成孔的適用范圍可確定沖擊鉆機(jī)成孔適合本地層。

沖擊鉆機(jī)成孔與人工挖孔施工方法的比較及分析：

3 地下水的解決措施

采用在承臺(tái)范圍內(nèi)通過深井降水的方法，將水位降低至樁底標(biāo)高以下1m（水位降深達(dá)20m），降水井?dāng)M采用小型沖擊鉆機(jī)沖擊成孔，成孔孔徑600mm，再下放管井，管井采用鋼管，直徑300mm；再用大功率深井泵抽排水以達(dá)到降水目的。

1.深井降水施工的可行性分析：

樁基距最近水溝距離約180m，距附近江面最近距離約140m，江水面高程為低于樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高7.549m，不會(huì)對降水施工帶來較大的影響，地下水主要分析來源為山體地表覆蓋層孔隙水和水溝上游水源滲流，由于地勘報(bào)告中沒有地層的水力參數(shù)，參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值計(jì)算（地層滲透系數(shù)K取30 m/d，水位降深20m，抽水影響半徑R取1500m），樁基范圍內(nèi)的假定基坑總涌水量計(jì)算值為15431.80m3/d，采用內(nèi)徑300mm、深55米的降水井需10口。

①降水計(jì)算

a、抽水井深度計(jì)算

抽水井深度計(jì)算示意圖

抽水井深度計(jì)算公式：H=H1+h+l+L·i

H——水井深度（m）；

H1——樁基開挖深度（m），H1=42m；

h——降水面至樁底距離（m），取1.0m；

l——降水井濾管長度（m），取10m；

L——降水井至承臺(tái)中心距離（m），取17.5m；

i——降水形成的水力坡度，取1/10；

計(jì)算得：H=54.75m，取值55m。

②承臺(tái)范圍內(nèi)總涌水量估算

涌水量計(jì)算示意圖

由于樁位處的泥石流堆積層較厚，底部不透水層深度未知，勘察未能打至不透水層，水井類型屬于均質(zhì)含水層潛水非完整井，考慮挖孔樁樁底標(biāo)高尚比河流標(biāo)高高7m，我們采用基坑遠(yuǎn)離邊界計(jì)算；計(jì)算公式：

Q=1.366·K·{（H2 -hm2）/[lg（1+R/r0）+ （hm‐l）/l·lg（1+0.2· hm/ r0）]}

Q——總涌水量（m3/d）；

K——滲透系數(shù)（m/d），查《建筑施工計(jì)算手冊》表2-15按粗砂取值K =30 m/d；

H——潛水含水層厚度（m），因?yàn)槌跻娝?3.5m，地勘64.7m未打穿，取值H=50m；

hm——hm=（H+h）/2=（50+30）/2=40；

l——l=10m；

S——水位降深（m），取S=20m；

R——抽水影響半徑（m），R=1500m；也可參照《建筑施工計(jì)算手冊》表2-16中取值；

r0——基坑等效半徑（矩形基坑計(jì)算）；r0=0.29（a+b）=0.29（29.5+35.25）=18.78m

Q=1.366·K·{（H2 -hm2）/[lg（1+R/r0）+ （hm‐l）/l·lg（1+0.2· hm/ r0）]}

=1.366*30 *（502‐402）/[lg（10+1500/18.78）+ （40‐10）/10·lg（10+0.2· 40/ 18.78）]

=40.98*376.57

=15431.80m3/d

③單井出水量計(jì)算

單井出水量計(jì)算公式：q=120*π*TS*l*k^（1/3）

=120*3.14*0. 15*10*30^（1/3）

=1756 m3/d

符號意義同前。

④深水井?dāng)?shù)量計(jì)算及水泵型號選擇

計(jì)算公式：n=1.1·Q/ q=1.1x15431.8/1756=9.6，取值10；

深水泵每小時(shí)流量：Q1=1756 /24=73m3/h

考慮深水泵的工作效率，水泵的排水量加大，水泵選擇250QJ100—4型。

2.成井難度上分析

降水井成井口徑小，所需直徑僅600mm，不會(huì)像大直徑孔樁容易塌孔，施工過程中采用購進(jìn)的優(yōu)質(zhì)粘土造漿護(hù)壁。

3.施工工期上分析

單個(gè)55m的降水井在該種地層施工順利的情況下需7天，投入4臺(tái)打井設(shè)備可在21天內(nèi)完成10口降水井的施工，剩余的樁孔分兩個(gè)循環(huán)開挖需50天即可完成。

4 安全、質(zhì)量控制要點(diǎn)

1、合理安排樁孔開挖順序：樁基為30根的群樁基礎(chǔ)，開挖完成后如同一塊巨大的蜂窩煤，土層分布不均勻、粘聚性差，開挖時(shí)必須進(jìn)行調(diào)孔開挖，開挖至后期成孔一根及時(shí)灌注一根；

2、加強(qiáng)護(hù)壁質(zhì)量管理：護(hù)壁設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮土體側(cè)壓力、地下水側(cè)壓力、相鄰孔灌注過程中對護(hù)壁的影響及干處開挖和水下開挖進(jìn)尺要求等因素，本橋護(hù)壁采用C30混凝土（同樁基混凝土標(biāo)號），為環(huán)倒錐形，上口壁厚20cm、下口壁厚15cm（開挖過程中如有石塊侵入護(hù)壁均進(jìn)行清除，確保護(hù)壁整體性），干處開挖高度0.8m～1m/節(jié)，有地下水處開挖0.25～0.3m/節(jié)，護(hù)壁內(nèi)設(shè)置雙層鐵絲網(wǎng)和豎向連接鋼筋，豎向連接鋼筋采用直徑12的螺紋鋼、間距按40cm均勻布置，安裝時(shí)底部打入土體至少20cm，以便下次開挖澆筑護(hù)壁時(shí)，上下護(hù)壁能良好連接；護(hù)壁施工時(shí)嚴(yán)格控制成型尺寸和上下垂直度，以減少樁身混凝土澆筑時(shí)的擴(kuò)孔率，確保鋼筋籠的順利下放，使得護(hù)壁成圓環(huán)后受力狀態(tài)較好；

3、嚴(yán)格控制孔內(nèi)漂石的爆破用藥量；

4、加強(qiáng)日常的安全管理：每工班對出渣的卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，特別是吊桶連接部位、鋼絲繩磨損情況、卷揚(yáng)機(jī)剎車情況；加強(qiáng)對孔口的圍護(hù)，下班后對孔口進(jìn)行覆蓋，杜絕墜孔事故；工班前用空壓機(jī)對孔內(nèi)壓風(fēng)換氣，過程中間隔半小時(shí)進(jìn)行換氣；經(jīng)常檢查潛水泵的防漏電性能、電線的完好情況及漏電保護(hù)裝置的設(shè)置情況，杜絕觸電事故發(fā)生；

5 小結(jié)

1、泥石流堆積層上的大直徑樁基成孔施工，采用沖擊鉆施工存在較大的不可控風(fēng)險(xiǎn)，采用人工挖孔施工可規(guī)避地質(zhì)對成孔施工的影響；

2、人工挖孔施工遇地下水時(shí)，采用深井降水的施工效率比孔內(nèi)強(qiáng)排水的施工效率高，深井降水的施工需增加降水井施工成本，但能取得較好的時(shí)間成本；

3、安全質(zhì)量效果

整個(gè)樁基成孔過程中未發(fā)生人員傷亡、塌孔等安全事故；

樁孔開挖尺寸控制在規(guī)范范圍內(nèi)，混凝土灌注超方率控制在2%范圍以內(nèi)，混凝土基本采用干處灌注，樁體混凝土質(zhì)量更便于控制，經(jīng)檢測均為Ⅰ類樁基。