挖孔樁粉土管井井點噴射井點鋼護筒概述

復雜地質(zhì)條件下的挖孔樁施工

孔加銀

[關鍵詞] 挖孔樁 粉土 管井井點 噴射井點 鋼護筒

1 工程概況

杭州卷煙廠新建主廠房，建筑面積5萬m2，分一、二期先后施工，一期為鉆孔灌注樁，二期因地質(zhì)復雜改為挖孔樁。挖孔樁共85根，直徑2200,1800,1500,1200mm 4種，樁長7~21m不等，樁端入巖≥500mm，鋼筋籠沿樁身全長配置。

2 地質(zhì)條件

廠房位于杭州云居山東麓，西南角為山坡，地質(zhì)構(gòu)造如下:第1層填土-雜填土，松散狀態(tài)，厚度2~6m，自西向東加深，雜填土中有大塊石較多，雜填土含水量較豐富，透水性良好;第2-1、2-2層砂質(zhì)粉土，夾碎石，一般厚度在2~4m，碎石含量10%~15%分布不均勻，直徑大的2~5cm、小至0.3~0.5cm;第3-1層粘土，含少量砂粒、碎石，第3-2層粘土夾碎石，一般在15%~20%;第4層灰?guī)r，為樁的持力層，有25根樁孔揭示有溶洞發(fā)育，溶洞見有粘土充填，土體松軟，內(nèi)夾少量礫石及碎石。

雜填土和粉土層的平均滲透系數(shù)為:1~2層土K=3~5×10-4cm/s，地下水位在原地面下1.90m。

3 挖孔樁施工的技術方案

3.1 劈裂注漿圍護

劈裂注漿法是在挖孔樁外圍鉆進注漿，鉆孔間距300~600mm，采用小型鉆機，鉆桿為φ38mm鋼管，鉆到粉土層后，用高壓水泥漿噴壓土層，達到固結(jié)和壓密土體的作用。

3.2 深層水泥土攪拌樁圍護

在挖孔樁外壁用φ500mm單頭鉆機鉆進、噴漿、攪拌，攪拌樁的樁長宜穿透粉土或粉土夾碎石層500mm，兩樁搭接50~100mm，待固結(jié)后，人工挖土、做護壁。

3.3 管井井點降水

管徑采用外管φ168mm、內(nèi)管φ110mm，過濾器孔隙率大于20%，外包40目金屬網(wǎng)，2層棕絲，外填粗砂，采用射流泵。管井深度要求穿過粉土層，進入粘土層1~1.5m，管井出水量按每臺7t/d計算。

3.4 噴射井點降水

噴射井點管長為14m(包括濾網(wǎng)4m)，共設40根井點管，間距3m，進回水總管設在井點管外側(cè)，緊靠井點邊上，總管φ152mm和φ101mm無縫鋼管搭配使用，法蘭連結(jié)，配1臺90kW高壓多級離心泵，提供井點工作水，工作水壓力0.5~0.7MPa，井點管布置如圖1所示。

圖1 挖孔樁和降水管井布置示意

為使井點有足夠的濾水層厚度和保證井孔質(zhì)量，考慮地下有塊石和鋼筋混凝土舊樁等障礙物，采用鉆機成井，孔徑φ400mm，鉆孔深度15m，再利用鉆機吊裝14m長井管，鉆孔時利用高壓多級離心泵(工作水壓力0.4~0.5MPa)沖孔排除泥漿，及時下管，鋼管要放置在鉆孔正中，孔內(nèi)加砂11m，隔天再用粘土封口。井管下好以后，及時抽水清孔，直至抽出清水，方可確認此管安裝合格，繼續(xù)下一工序。

3.5 鋼護筒配沖抓機

鋼護筒的作用是考慮到管井井點和噴射井點降水不能到位時的補充措施，作為護壁以防止流砂和管涌。沖抓機的作用有:①沖擊鋼護筒使其下沉入土;②抓出筒內(nèi)的塊石、殘存混凝土舊樁以及碎石和泥漿等物。

4 方案實施中出現(xiàn)的問題和解決對策

4.1 降水與堵水

鑒于本工程地質(zhì)條件的復雜性，挖孔樁的施工技術方案經(jīng)論證，重點討論了粉砂土開挖可能出現(xiàn)的管涌問題，對地下水采取"堵水"方案，還是采取"降水"方案，爭論激烈，決定以試驗解決，3.1及3.2方案屬"堵水"方案，各選一樁實施。

試驗證明:(1)劈裂注漿雖能起堵水作用，但不能引成嚴密的擋水帷幕，因本工程的雜填土層和粉土層構(gòu)造不均勻，內(nèi)含碎石、塊石，并且占50%的挖孔樁內(nèi)有1~3根老廠房拆除后遺留的φ377mm鋼筋混凝土舊樁，注入漿液流向土質(zhì)疏松處，甚至涌進已開挖的樁孔內(nèi)。由于注漿的不均勻，形成不了樁周的擋水帷幕。(2)用深層水泥攪拌樁，則由于攪拌頭遇地下石塊等硬質(zhì)地層而引起中心偏移，樁身垂直度偏差不能滿足兩樁間50~100mm的搭接要求。上述兩個擋水方案，均未能解決粉土的開挖問題。

4.2 管井井點與噴射井點

堵水方案不能見效，改為降水方案。因粉土層層底在自然地面以下4~12m處，每根樁的降水深度各不相同，因此根據(jù)樁長和布樁的疏密，采用管井井點和噴射井點兩類。

4.2.1 管井井點

本工程降水面積約4400m2，如要大面積形成降水帷幕，費用很大。從實際出發(fā)，對24軸以西比較分散的樁，粉土較薄，含水層淺，宜用管井井點。根據(jù)粉土層深度，配置不同長度井管，1個管井可以解決1~3根樁，改用高性能射流泵，降水深度可達8m左右。

4.2.2 噴射井點

對27~29軸粉土厚、降水深、且布樁密集區(qū)域，經(jīng)用管井井點，降水效果不夠理想，改用噴射井點降水，水位降至9m左右，因天氣持續(xù)大量降雨，未能滿足降水要求。

4.3 鋼護筒與沖抓機

挖孔樁施工以后，遇到以下幾個問題:①離地面4~5m處有以大塊石為主的多種障礙物;②有50%樁孔內(nèi)有遺留鋼筋混凝土樁;③遇浙江省歷史罕見異常天氣，持續(xù)大暴雨;④局部地塊在8~10m處有古運河河床的亂石和條石。經(jīng)管井井點和噴射井點降水，僅能降至8~9m，還不能解決問題，故在降水的同時，再配合鋼護筒與沖抓機，綜合運用多種技術手段才最終解決了粉土的開挖問題。

5 結(jié)束語

復雜地質(zhì)條件下的挖孔樁施工，選用技術方案首先應該遵循技術可行性和經(jīng)濟合理性的原則。從杭州卷煙廠主廠房挖孔樁施工經(jīng)驗總結(jié)，有以下幾點。

5.1 含塊石、條石等復雜地層開挖粉砂土，要慎用阻水方案

劈裂注漿和深層水泥土攪拌樁雖能固結(jié)土體，阻水抗?jié)B，在地質(zhì)構(gòu)造均勻的土體，如不含碎石、塊石的粉砂土，可以起到擠密土體和一定的阻水防水作用。但在地層下有碎石、塊石甚至舊樁，劈裂注漿的漿液，是向土松散方向擠壓，因注漿的不均勻，地下水從孔隙中滲漏。深層水泥土攪拌樁則在兩樁搭接不足的間隙處漏水。

5.2 選用降水方案要經(jīng)濟合理

管井井點和噴射井點，其施工費用約1∶3~1∶5，管井井點理論降水深度3~5m，本工程對水泵經(jīng)過改進，可降至8m，噴射井點正常情況降水深度為8~20m，而在本工程使用，因大暴雨等多項不利因素，實際降水深度僅9m。因此，根據(jù)經(jīng)濟合理性原則，從工程實際出發(fā)，對粉土層較薄、樁位較分散的樁采用管井井點降水;對粉土較厚，且樁密集的樁群則采用噴射井點圍封降水，可有效的降低施工費用。

5.3 多個方案混合使用

本工程的地層特殊性和大量持續(xù)的大氣降水，地下水補給豐富，使幾個降水方案效果大為降低，因此，在降水的同時采用鋼護筒加沖抓機，以鋼護筒代替鋼筋混凝土護壁，3個方案綜合運用，才有效解決了豐富地下水條件下的粉土開挖問題。

挖孔樁灌筑混凝土前，應先放置鋼筋籠，并再次測量孔內(nèi)虛土厚度，超過要求應進行清理?；炷僚渲撇捎昧讲淮笥?0mm石子，水泥用425號普通或礦渣水泥，坍落度為8～10cm，用機械拌制。混凝土用翻斗車或手推車運輸。混凝土下料采用串桶，深樁孔用混凝土導管?；炷翍B續(xù)分層澆灌，每層澆灌高度不得超過1.5m．大直徑挖孔樁應分層搗實，第一次澆灌到擴底部位的頂面，隨即振搗密實，再分層澆筑樁身，直至樁頂。在混凝土初凝前抹壓平整，避免出現(xiàn)塑料性收縮裂縫或環(huán)向干縮裂縫。表面有浮漿層應鑿除，以保證與上部承臺或底板的良好連接。在灌注過程中，混凝土表面不得有超過50mm厚的積水層，否則，應設法把積水排除，才能繼續(xù)灌注混凝土。混凝土應邊灌注邊插實，宜采用插入式震動器和人工插實相結(jié)合的方法，以保證混凝土的密實度。當滲水量過大（>1m3-h）時，可考慮采用水下混凝土灌注法，或采用先封底后灌注的方法。灌注樁身混凝土時應留置試塊，每根樁不得少于一組。