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        復(fù)雜地質(zhì)條件下人工挖孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用

        2017-04-07 19:27:37
        四川水力發(fā)電 2017年6期
        關(guān)鍵詞:泥砂流砂挖孔

        劉 海 友

        (中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081)

        復(fù)雜地質(zhì)條件下人工挖孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用

        劉 海 友

        (中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081)

        人工挖孔灌注樁廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)施工,施工中經(jīng)常會遇到地下水、流砂、軟土地基、超深開挖支護(hù)、有毒有害氣體等復(fù)雜地質(zhì)條件。結(jié)合馬來西亞萬撈高架橋項目現(xiàn)場工程實踐,對人工挖孔灌注樁在復(fù)雜地層中應(yīng)用的難點進(jìn)行了總結(jié)和探討。

        人工挖孔灌注樁;復(fù)雜地層;施工技術(shù);馬來西亞萬撈高架橋

        1 概 述

        人工挖孔灌注樁具有施工簡單、現(xiàn)場成樁質(zhì)量易控制、工期短、造價低等優(yōu)點,特別適合大型樁基設(shè)備無法進(jìn)場的山坡地采用。人工挖孔灌注樁在實際施工過程中經(jīng)常會遇到地下水、流砂、軟土地基、超深開挖、有毒有害氣體等復(fù)雜地質(zhì)條件,需要采取不同的施工技術(shù)措施。筆者結(jié)合馬來西亞萬撈高架橋項目在復(fù)雜地質(zhì)條件下采用人工挖孔灌注樁的工程實踐,對復(fù)雜地層人工挖孔灌注樁的施工技術(shù)與難點進(jìn)行了總結(jié)和探討。

        萬撈高架橋項目位于馬來西亞吉隆坡雪蘭莪州處的萬撈鎮(zhèn)。高架橋沿線全長2.7 km,北接通往霹靂州首府怡寶的高速公路,南接通往吉隆坡的1號公路,建成后將極大地緩解萬撈鎮(zhèn)的交通壓力。項目施工范圍包括高架橋P5號墩至P50號墩沿線的樁基、樁帽、墩柱、墩帽施工。有橋墩46組,其中墩高40 m以下的35組,墩高40 m以上的11組,最高橋墩為57.069 m,186根樁基的開挖直徑分為1.7 m與2.2 m兩種,最深樁基達(dá)48.45 m。萬撈高架橋項目共計有143根大梁,大梁斷面為2 m×1 m,最大跨度11 m,大梁距地面最大高度達(dá)40 m,施工難度較大,安全問題突出。

        2 該工程施工具有的難點及特點

        馬來西亞萬撈高架橋項目地處丘陵坡地,施工道路坡陡彎急,具有典型的熱帶雨林氣候,常年多雨水,氣候炎熱。場地內(nèi)地質(zhì)情況差異大,地下水位較高,開挖過程中流砂、爛泥等不良地質(zhì)問題突出。最深人工開挖達(dá)48.45 m的人工樁開挖在馬來西亞尚屬首次,其入巖深度由原來招標(biāo)時的1 m變更至4~5 m,在國內(nèi)同等地質(zhì)條件下亦屬罕見。

        3 所采取的幾種復(fù)雜地層中的施工技術(shù)

        地下水是深基礎(chǔ)施工中最常見的問題,給人工挖孔樁施工帶來許多困難。含水層中的水在開挖時破壞了其固有的平衡狀態(tài),使周圍的靜態(tài)水充入樁孔內(nèi)而影響到人工挖孔樁的正常施工;若遇到動態(tài)水壓土層施工,不僅開挖困難,甚至連護(hù)壁混凝土也易被水壓沖刷穿透而發(fā)生樁身質(zhì)量問題。如果遇到細(xì)砂、粉砂土層,在壓力水的作用下極易發(fā)生流砂和井漏現(xiàn)象。根據(jù)地勘資料,項目部在施工前分析了可能遇到的幾種不良地質(zhì)情況,并制定了不同的施工處理措施:

        (1)主動降排水與施工順序相結(jié)合施工地下含水層。根據(jù)地勘資料,對地下水量的大小及壓力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析并采取了相應(yīng)的措施:

        ①當(dāng)?shù)叵滤坎淮髸r,可選用風(fēng)泵、潛水泵抽水,邊抽水邊開挖,成孔后及時澆筑相應(yīng)段的混凝土護(hù)壁,然后進(jìn)行下一段的施工。

        ②當(dāng)水量較大時,采用施工孔自身的水泵抽水,在不易開挖時,從流水滲入順序考慮,采取了對周圍樁孔同時抽水以減少開挖孔內(nèi)的水量,并采取交替循環(huán)施工的方法,取得了很好的效果。處理此類問題最有效的方法是截斷水源,封閉水路。

        ③對于不太深的挖孔樁,可在其場地四周合理布置統(tǒng)一的輕型管井用于降水分流,其對基礎(chǔ)平面占地較大時,可增加降水管井的排數(shù),即可解決問題。

        ④對于樁孔較深的挖孔樁,在該樁周圍實施鉆孔壓力灌漿形成帷幕擋水,以保證在正常抽水時能夠正常開挖。

        ⑤對于樁基處于沖溝處、涉及到較大的承壓水時,可以采用設(shè)置降水井的方法。該項目有28根樁基位于沖溝處,地下水位較高,其中4、5、6號樁為單體樁基開挖,降水井布置通過計算確定,對每個樁基采用10口降水井沿樁基基坑周邊布置,施工降水井時采取了鋼護(hù)筒護(hù)壁與井內(nèi)降水相結(jié)合的方法施工。通過井點降水,保證了人工挖孔灌注樁順利施工完成。

        (2)主動降排水與封堵結(jié)合施工流砂及流塑泥質(zhì)土層。

        人工挖孔在開挖遇到細(xì)砂、粉砂層時,加上地下水的作用,極易形成流砂,嚴(yán)重時會發(fā)生井漏而造成質(zhì)量事故。人工挖孔灌注樁施工中的流砂現(xiàn)象包括粉細(xì)砂、粉土中的流砂和中砂層中顆粒產(chǎn)生的管涌。根據(jù)流砂形成機理,流砂的形成必須有地下水流動而產(chǎn)生動水壓力,其關(guān)鍵是既要降低地下水位,又要保證排水時不能攜帶泥砂。因此,對井管濾網(wǎng)和孔壁間的處理特別重要,必須采取有效可靠的措施。

        ①流砂情況較輕時,有效的施工方法是縮短這一循環(huán)的開挖深度,即將正常的1 m左右一段縮短為0.5 m,以減少挖層孔壁的暴露時間并及時進(jìn)行護(hù)壁混凝土灌注。當(dāng)孔壁塌落、有泥砂流入而不能形成樁孔時,可用紡織袋土逐漸堆堵形成樁孔的外壁,控制并保證其內(nèi)壁滿足設(shè)計要求。施工中采用土工布堆圍四周合圍處理,其四周用鋼筋固定并插入一定深度后進(jìn)行開挖,支模澆筑護(hù)壁混凝土,從而保證了其即能有效濾水,又能保證不攜帶泥砂,實現(xiàn)了主動降排水與封堵相結(jié)合的效果,工序簡單、成本低、便于操作。

        ②流砂情況較嚴(yán)重時,常用的方法是下鋼套筒。鋼套筒與護(hù)壁用的鋼膜板相似,其以孔外徑為直徑,可分成4~6段圓弧,加上適當(dāng)?shù)睦邨l,相互用螺栓或鋼筋環(huán)扣連接,在開挖至0.5 m左右時,即可分片將套筒裝入,深入孔底不少于0.2 m,插入上部混凝土護(hù)壁外側(cè)深度不小于0.5 m,裝后即支模澆筑護(hù)壁混凝土。

        ③若放入套筒后流砂仍上涌,可采取挖出后即用混凝土封閉孔底的方法,待混凝土凝結(jié)后,將孔心部位的混凝土清鑿以形成樁孔;亦可將該方法應(yīng)用到已完成的混凝土護(hù)壁的最下段鉆孔,使孔位傾斜至下層護(hù)壁以外,打入漿管,壓力澆注水泥漿,使下部土壤變硬、提高周圍及底部土壤的不透水性,以解決流砂現(xiàn)象。

        ④在遇到淤泥質(zhì)土層等軟弱土層時,一般可采用木方、木模板等進(jìn)行支擋,并需縮短這一段的開挖深度,及時澆筑混凝土護(hù)壁,支擋的木方木板需沿周邊打入底部不少于0.2 m深,將其上部嵌入上段已澆筑好的混凝土護(hù)壁后,亦可斜向放置,雙排布置,互相反向交叉,即能達(dá)到很好的支擋效果。

        (3)停電報警撤離及全程通風(fēng)以確保安全施工。

        由于土層中可能有腐殖質(zhì)物質(zhì)或鄰域腐殖質(zhì)物質(zhì)產(chǎn)生的氣體逸散到孔中,因此,要預(yù)防孔內(nèi)有害氣體的侵害。下孔前10 min,將孔蓋打開通風(fēng),待異常氣味排除后方可作業(yè)。該項目實際施工時,通過加強通風(fēng)及加裝停電報警系統(tǒng),停電時及時撤離,有效地防止了中毒安全事故的發(fā)生。

        (4)護(hù)壁坍塌部位實施的處理措施。

        人工挖孔灌注樁施工時,很容易發(fā)生護(hù)壁外圍泥砂塌落、甚至難以澆筑混凝土護(hù)壁的事故。尤其是遇到大量地下水時,隨著護(hù)壁外圍泥砂的大量塌落,混凝土護(hù)壁成為懸空狀態(tài),失去支撐進(jìn)而產(chǎn)生裂紋,直至斷裂、脫落。施工時采取了以下相應(yīng)措施:

        ①根據(jù)樁位布置情況,對于樁凈距小于2.5 m的人工挖孔樁采用間隔開挖,并保證相鄰排樁跳挖的最小施工凈距大于4.5 m,待相臨樁孔澆筑完后再開挖,既減小了對土體的擾動,又可起到阻水的作用。

        ②加密護(hù)壁豎向鋼筋并將鋼筋伸出20 cm以上,與下一節(jié)護(hù)壁的豎向鋼筋及箍筋連成整體,然后再澆筑成形,使護(hù)壁不會斷裂脫落。

        ③在已成形的護(hù)壁上挖孔至砂土薄弱層,以充填、滲透和擠密的形式將灌漿材料充填到土體的孔隙中,以固結(jié)護(hù)壁外圍的土體,保護(hù)壁周泥砂不塌落。壓力灌漿材料可選擇粉煤灰、早強型水泥混凝土、石灰粘土混合料等。

        ④部分樁體開挖后孔底出現(xiàn)坍塌,由于樁間距較近,底部坍塌范圍容易連成一片,從而增加了清理的難度,我們采用先回填、后開挖、同時調(diào)整施工順序,采用間隔跳挖的方式,有效處理了孔底出現(xiàn)坍塌的部位。

        4 取得的效果

        (1)該工程不良地段樁基礎(chǔ)施工計劃工期為180 d,實際完工日期為172 d,現(xiàn)場分三批次移交工作面,較好地滿足了工程施工進(jìn)度的需要。

        (2)施工過程中未出現(xiàn)安全傷亡事故,停電報警撤離及全程通風(fēng)措施的實施,有效防止了中毒事故的發(fā)生。

        (3)人工挖孔灌注樁施工完成后,按規(guī)范要求進(jìn)行了相關(guān)檢測和試驗,其結(jié)果均符合規(guī)范要求。

        5 結(jié) 語

        隨著施工技術(shù)的改進(jìn),人工挖孔灌注樁在有地下水、流砂層和淤泥質(zhì)土質(zhì)等復(fù)雜地層中得到了較好地應(yīng)用。但在地質(zhì)情況不良、易坍塌地段、開挖深度超深使用時,施工前應(yīng)進(jìn)行成樁試驗以論證并制定相關(guān)完善的應(yīng)對措施,防止產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。筆者對復(fù)雜地層人工挖孔灌注樁的施工技術(shù)與難點進(jìn)行了總結(jié)和探討,可為今后類似工程提供一定的施工經(jīng)驗。

        U445.4;U445.55+1

        B

        1001-2184(2017)06-0033-02

        2017-10-18

        劉海友(1973-),男,黑龍江綏化人,項目經(jīng)理,高級工程師,從事建筑工程施工技術(shù)及管理工作.

        李燕輝)

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