复杂地质条件下的人工挖孔桩施工技术

摘要：　在人工挖孔桩施工中，遇到淤泥、流砂层较厚，地下水极为丰富时，很容易涌砂塌孔，施工进度缓慢或根本无法成孔。本文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的经验，可供类似工程借鉴。
　　关键词：　人工 挖孔桩 施工 技术
1 工程概况
　　茂名热电厂5# 机冷却水塔淋水面积达5500m2，高度达到120m，外型呈双曲线形的特种结构。冷却水塔的环基基础位于淤泥、冲质粉质粘土（砂层）及砾砂岩层，设计采用44根φ2000mm的人工挖孔桩来支持冷却水塔的上部结构，单桩深度在8.5m～16.5m之间，桩底要求进入微风化岩层2000mm。
2 人工挖孔桩施工技术方案的选择[1]
　　根据冷却水塔区域的地质报告和试桩情况综合研究分析，44根人工挖孔桩中，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，场内地下水极为丰富，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。
3 人工挖孔桩施工的护壁技术[1]
　　3.1 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。
　　3.1.1 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。
　　3.1.2 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。
　　3.1.3 混凝土用搅拌机搅拌，采用C25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。
　　3.2 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。
　　3.2.1 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=12mm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。
　　3.2.2 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。
　　3.2.3 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。
　　3.2.4 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。
　　3.3 复杂地质条件下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。
　　3.3.1 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。
　　3.3.2 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。
4 成孔内挖土[1]
　　4.1 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。
　　4.2 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。
　　4.3 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，决定采用毫秒微差的爆破技术进行爆破。
　　4.3.1 爆破方案
　　4.3.1.1 孔眼的布置
　　在孔内半径r=1000mm的周边布置12个周边眼，孔深1.0m，间距等分；孔内半径r=500mm的环向布置6个掏槽眼，孔深1.2m，间距等分。
　　4.3.1.2 装药量确定
　　装药量根据公式Q=η•L•q计算并根据实践经验进行调整。式中：
　　Q- 各个炮眼的装药量，取kg；
　　η- 炮眼装药余数，取0.5～0.65；
　　L - 炮眼的长度，取米；
　　q - 每米炮眼的装药量，取0.95kg/m。
　　由于工作面有水，选用乳化炸药，炸药药卷直径32mm，每卷重200克。根据岩层特性和试爆经验，炸药量Q一般取Q=4.5～6.0kg。
　　4.3.1.3 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；堵塞用旧报纸和泥土掺和成团进行堵塞。
　　4.3.1.4 起爆网络
　　(1) 引爆方式和连线方式
　　考虑到电厂内感应电流较多，为安全起见，采用非电雷管孔内引爆，孔内所有非电雷管用簇联方式连线，用电雷管引爆导爆管；孔之间的电雷管采用串联方式连线。
　　(2) 起爆顺序
　　起爆顺序按掏槽眼，周边眼顺序进行，用电雷管分段控制。
　　4.3.1.5 安全防护
　　在孔顶覆盖钢板，再在上面堆砂包，有效防止了飞石。
5 结束语
　　茂名热电厂5# 机冷却水塔的人工挖孔桩自2001年11月20日开工，到2002年2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，造成比原计划拖延了20天工期，但由于采用了切实可行的施工技术，克服了堵多困难，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。