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复杂地质条件下的人工挖孔桩施工技术成功经验 |
| 2007-11-7 17:17:03 进入评论 |
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作者：黄 坚 来源：中铁二十五局集团柳州铁路工程有限公司
【摘 要】在人工挖孔桩施工中，遇到较厚淤泥、流砂层，很容易涌砂坍塌无法成孔；通过坚硬致密微风化岩层施工进度缓慢。文章主要介绍了在复杂地质条件下的人工挖孔桩施工技术成功经验，可供类似工程借鉴。
【关键词】复杂；挖孔桩；施工
一、工程概况
邕江特大桥线路里程为DK769+447.0，位于南宁市郊区邕宁县下洲村附近，跨越邕江流域湴滩底河段。
邕江特大桥采用的桥式为16×32m+（64+96+64）m+2×32m，主桥为预应力混凝土连续梁，引桥为预应力砼简支梁，全桥长837.56m。全桥有2个桥台，20个桥墩，其中17#、18#、19#、20#为水中墩。岸上共有18个墩台，岸上墩台均为孔桩基础，3～9号墩基础采用人工挖孔桩施工，桩基穿越淤泥、冲质粉质粘土（砂层）及砾砂岩层。设计桩径为φ1500mm，单桩深度在9.5m～22.5m之间，桩底要求进入微风化岩层2000mm。
二、人工挖孔桩施工技术方案的选择
根据桥位区域的地质报告和试桩情况综合研究分析，3～9号墩人工挖孔桩中，约有一半左右位于淤泥、流砂层厚度≤2000mm的地段，施工难度不大，采用常规护壁便可成孔；而另一半位于淤泥、流砂层厚度＞2000mm的地质复杂地段，地下水极为丰富，采用常规护壁方法来施工，进度相当缓慢或根本无法成孔，只能采用钢护筒或外加钢板桩才能成孔。
三、人工挖孔桩施工的护壁技术
（一）淤泥、流砂层厚度≤2000mm地段人工挖孔桩的护壁技术
根据试桩的经验，对于淤泥、流砂层厚度≤2000mm地段的人工挖孔桩，采用常规的混凝土护壁来施工，容易成孔，节约护壁成本。
1.混凝土护壁模板采用厚度δ=4mm的组合式钢模板拼装组合而成，拆上节而支下节，循环周转使用，上下设两对半圆组合的钢圈顶紧，不另设支撑，钢圈之间用专用扣扣紧。
2.每一施工段高度，一般取0.8m～1.0m左右，护壁中插入φ14～φ16的竖向钢筋，间距取500mm；横向则用φ14～φ16的园钢来加固，间距取300mm。
3.混凝土用搅拌机搅拌，采用C20混凝土，坍落度取60mm～80mm，混凝土用吊桶运入人工浇筑，用钢管振捣密实。
（二）淤泥、流砂层厚度＞2000mm地段人工挖孔桩的护壁技术
淤泥、流砂层厚度＞2000mm地段，地下水极为丰富，采用常规护壁方法来施工，流砂塌孔严重，施工进度相当缓慢，或根本无法形孔，只能采用成本较高、施工技术要求高的钢护筒来护壁。
1.钢护筒的制作
根据现场的实际情况和理论计算，需要下钢护筒的地段，淤泥、流砂层的厚度一般为4m～6m之间。因此，钢护筒一律采用δ=10mm厚的A3钢板卷制而成，按6m、4m和2m的标准长度定尺加工。第一节一般采用6m标准节下沉，可根据实际需要，用4m或2m高度标准节接驳至实际需要高程。
2.钢护筒与振动锤的连接
钢护筒与75KW电动振动打桩锤的连接采用“法兰+焊接”的刚性连接方式，用50T履带吊作为起吊设备。
3.钢护筒的测量定位
桩位放样完毕，经复核无误后，应进行人工或机械的预挖孔，孔径略大于护筒外径，挖深1m～2m，然后垂直起吊第一节钢护筒到预挖的孔位中。
4.钢护筒的下沉
钢护筒下沉前，做好一切准备工作，以保证钢护筒下沉工作的连续进行，保证钢护筒能顺利下沉到岩层之中去，尽量减少中途的停顿时间，防止淤泥、流砂层的固结，加大下沉的阻力，从而增加下沉的难度。下沉过程中，注意检查钢护筒的中心线和垂直度，以免中心线和垂直度偏差超过允许标准而返工。
（三）遇淤泥、流砂层的人工挖孔桩护壁技术
施工过程中发现，有6条挖孔桩所处地段的淤泥、流砂层厚度达6m～8m之厚，淤泥、流砂层下面的强风化、中风化岩层较薄，仅有100mm～200mm之间，岩层面倾斜不平；或者缺少阻水性良好的粘性土过渡层，钢护筒无法插入致密坚硬的微风化岩层之中去。这样，在钢护筒与岩层个别地方之间存在着淤泥、流砂的夹层，形成淤泥、流砂的通道，在外侧水压力作用下，当挖到这层夹层时，大量的淤泥、流砂涌入孔内，根本无法往下挖，还有可能危及孔内作业人员的人身安全。
1.处理方法
根据实践经验和充分论证，在钢护筒外侧800mm～1000mm的四周打入进口拉森Ⅲ型钢板桩，钢板桩之间尽量锁上口，个别无法锁口处，再在外侧加打一根钢板桩，形成封闭的止水、止淤泥、止流砂的保护圈。由于进口钢板桩的刚度较大，断面较小，较容易打入中风化的岩层之中去，从而阻断了淤泥、流砂的通道，减少了孔内的开挖量，加快了施工进度。
2.孔内挖土过程中，当挖到淤泥、流砂层时，分段高度一般为0.4m～0.5m，以最快的速度，浇筑一圈混凝土护壁，防止淤泥、流砂的渗入。
四、孔内挖掘
（一）粘土、淤泥、流砂的开挖方法
对于孔内的粘土、淤泥、流砂层，可用铁铲、锄头便可开挖。孔内挖土采用分段开挖方式，对于粘土层，一般0.8m～1.0m为一个施工段，做完混凝土护壁，待混凝土护壁有一定强度后，才能进入下一施工段；对于淤泥、流砂层，一般0.4m～0.5m为一个施工段。混凝土护壁一般施工至中风化岩面，微风化岩层不需另加混凝土护壁，可以自身稳定。
（二）强风化岩层、中风化岩层的开挖方法
由于强风化岩层、中风化岩层的厚度较厚，最厚的地方达6m，为了加快施工进度，采用风镐来开挖，由燃油空压机或电动空压机供应压缩空气。
（三）坚硬致密微风化岩层的开挖方法
设计要求人工挖孔桩进入微风化岩层≥2000mm，由于基岩为红色砂岩，致密、坚硬，硬度系数f约10左右。采用风镐来开挖，进度相当缓慢，每天只能下挖100mm～200mm，难以满足合同工期要求。根据实践经验和充分论证，决定采用爆破方案。
1.爆破方案。挖孔桩爆破采用竖井爆破法进行设计。
（1）孔眼的布置。炮眼呈同心圆布置，同心数目为2圈，靠近开挖中心的为掏槽眼，外圈为周边眼。
1）掏槽眼。采用圆锥形掏槽眼，圆锥形掏槽眼与工作面夹角70°～80°,掏槽眼比其他炮眼深0.2～0.3m，在孔内r=50cm的环向布置4个。
2）周边眼。在孔内半径r=100cm的周边布置9个，眼距取0.4～0.6m。
（2）爆破参数的确定。
1）爆眼直径：采用手持式凿岩机钻孔，钻孔孔径取φ=35～40mm。
2）炮眼深度：周边眼1.0m，掏槽眼1.2m。
3）单位炸药量，采用类比法，q取值1.8kg/m3。
4）掘进每循环所需炸药量：
Q=q·S·L·η=1.8×1.77×1.10×0.8=2.8kg
Q—掘进每循环所需炸药量，kg;
q—炸药单耗，kg/m3;
S—掘进断面积，m2;
L—平均炮眼深度，m;
η—炮孔利用率，一般为0.8～0.95。
根据岩层特性和试爆经验，炸药量Q一般取Q=2.8～3.5kg。
（3）每个炮眼的装药量：
Q0=Q/N=2.8/13=0.215kg
N—炮眼数量，个;
Q0—每个炮眼的装药量，kg;掏槽眼装药量比周边眼要多15～20%。
2.炸药选用：由于工作面有水，选用乳化炸药，炸药药卷直径32mm，每卷重100克。
3.装药结构与堵塞
掏槽眼和周边眼均采用连续反向装药结构。炮孔填塞是很重要的工序，填塞可以使炸药爆炸完全，改善爆破效果。填塞材料用砂、黏土或砂和黏土的混合物，其配比是砂：黏土：水=4：5：1；填塞材料事先拌好，做成泥条备用。
4.起爆网络
（1）引爆方式和连线方式
运用塑料导爆管起爆法施工爆破,采用孔内毫秒起爆网络。孔外采用火雷管起爆塑料导爆管，孔内采用不同段别非电毫秒雷管依序起爆。非电毫秒雷管用并联方式连接。
（2）起爆顺序
起爆顺序按先掏槽眼后周边眼进行，掏槽眼采用瞬爆非电毫秒雷管，周边眼采用3段非电毫秒雷管。
5.安全防护
在孔顶覆盖钢板，再在上面堆砂包，有效防止飞石。
五、结 语
邕江特大桥3～9号墩的人工挖孔桩自2000年9月20日开工，到2000年12月10日全部顺利结束，共历时80天。虽然由于复杂的地质原因，比原计划拖延了20天工期，但由于采用了切实可行的施工技术，克服了诸多困难，安全、优质地完成施工任务，成功的经验可供今后类似工程借鉴。 |
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