淶水冀東水泥廠樁基工程機械成孔施工技術(shù)的應(yīng)用

莫 凡，張秀麗

華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021

0 引言

淶水冀東水泥有限責任公司日產(chǎn)4000t新型干法水泥生產(chǎn)線（配套9mW純低溫余熱電站）工程樁基工程，按照設(shè)計要求，樁基采用人工挖孔施工工藝，后來由于地層原因，改用機械成孔施工工藝，本文對該樁基工程成孔施工技術(shù)的應(yīng)用進行相應(yīng)的探討。

1 導(dǎo)前鉆施工

按照建設(shè)單位要求，樁基施工前對窯尾、窯中、窯頭等場地部分樁位進行導(dǎo)前鉆施工試驗，以探明樁基下面溶洞情況?？辈旖Y(jié)果顯示，場地總體溶洞發(fā)育率33%，只有生料庫和窯尾的一小部分處于花崗巖地區(qū)，其它部位都處于灰?guī)r地區(qū)，且灰?guī)r地區(qū)溶洞比較發(fā)育，對人工挖孔樁施工增加了很大的施工難度和安全隱患。導(dǎo)前鉆施工過程中，漏漿和掉鉆嚴重，上層止水和裂隙水較大。

2 人工挖孔試驗樁施工

2.1 溶洞處理

首先，由設(shè)計、勘察、建設(shè)和施工單位共同商定在溶洞分布較多的窯中場地先挖3根試驗樁，在施工過程中發(fā)現(xiàn)，樁孔在溶洞段范圍，溶洞內(nèi)的填充物（填充物均為粘土含碎石，碎石含量30%，粒徑2cm～10cm）由于受地下水的寢泡，土質(zhì)為流塑狀態(tài)，工人站在安全帽上，用安全帽掏漿施工，且孔周圍的泥土流入孔內(nèi)，每次護壁最多30cm，施工進度非常緩慢。由于孔壁的土質(zhì)為流塑狀態(tài)，當挖下一節(jié)樁時，流塑的土質(zhì)會從上一節(jié)的樁周流入孔內(nèi)，造成護壁后形成空殼，存在很大的安全隱患。為確保施工安全，采用1.2m長Φ18的鋼筋布滿孔側(cè)四周，減少泥土流入孔內(nèi)。

2.2 地下水處理

在窯尾和生料庫地區(qū)，孔深一般都在24m～29m，地下靜水位在11m處，受水壓影響，孔內(nèi)出水量較大，個別孔用一臺水泵不停抽水都無法抽干，如果下兩臺水泵抽水，孔內(nèi)施工工作面不夠。經(jīng)過研究決定，采取分段分區(qū)施工方法，對于出水量大的孔先進行抽水的同時對四周孔進行施工；當大出水量孔內(nèi)水量變小時，再進行開挖施工，這樣施工速度較慢，但能夠滿足正常施工要求。

2.3 爆破影響控制

由于現(xiàn)場地質(zhì)情況較復(fù)雜，大部分樁提前進入中風化巖層，單樁中風化巖層爆破厚度在1m～14m，部分樁為確保穩(wěn)定持力層還須穿透灰?guī)r、花崗巖互層面，所以爆破量非常大。在爆破施工過程中，制定并采取了有效的應(yīng)急預(yù)案，使人工挖孔樁施工安全快速地進行。

2.4 試驗結(jié)果分析

通過人工挖孔試挖施工，說明在本場區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件下，人工挖孔施工的安全風險較大，施工難度高，速度緩慢。經(jīng)各方商討研究決定，該工程不適合人工挖孔樁施工，應(yīng)先進行溶洞處理再改為機械成孔，能有效解決地下水和溶洞對人身及機械安全造成的影響，也消除了爆破對人工挖孔施工的不安全因素，工期上也得到保證。

3 機械沖擊成孔施工

3.1 埋設(shè)護筒

在樁基定位并經(jīng)復(fù)查位置無偏差后，可開始埋設(shè)護筒，護筒中心的定位要足夠準確，且確保其傾斜度嚴格控制在允許范圍內(nèi)。護筒長度應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)條件變化情況而定（最小長度不短于3.0m），頂面需高于地面至少0.5m，以便適當抬高樁孔內(nèi)水頭壓力，護筒周圍應(yīng)采用粘土填充密實。為最大程度地減輕機械成孔施工過程中鉆機底座振動及其偏壓力對孔壁穩(wěn)定性的影響，應(yīng)采用鋼軌或木料支架墊起鉆機將底座沖擊力分散均勻。

3.2 泥槳制備

鉆孔泥槳主要由水、膨脹性粘土和添加劑組成，具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具、清洗鉆渣、提升孔內(nèi)靜水壓力，沾附在孔壁上形成泥皮隔斷孔、內(nèi)外地下水滲流，保護孔壁、防止坍孔的作用。鉆孔泥漿應(yīng)選用水化速度快、造漿能力強的膨脹性粘土材料，成品泥漿的稠度、含砂率、失水率均應(yīng)按規(guī)范要求嚴格控制，配合比比重取值應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，該工程實際取值為1.2～1.4。

3.3 覆蓋層鉆進

覆蓋層鉆進成孔時，每鉆進1.5m～2.0m應(yīng)進行一次沖砸固壁，填料選用片石與粘土即可。上、下層的填料搭接長度不應(yīng)短于0.3m。鉆進施工過程中采用1.5m～2.0m中小沖程進行，并適當提高泥漿的比重和稠度，多次反復(fù)沖擊確?？妆趫詫嵗喂獭ｃ@進至離溶洞頂部附近覆蓋層時，在距離溶洞頂部約1m范圍處應(yīng)調(diào)整沖程逐漸將洞頂鑿穿，同時防止卡鉆、掉鉆。

3.4 擊穿溶洞頂板

1）擊穿溶洞頂板后，樁孔內(nèi)水頭壓力會迅速下降，此時應(yīng)立刻提起鉆頭將其移置到距離樁孔位置較遠的地面上；同時安排專職人員將大水管拖入孔內(nèi)對樁孔補水，待樁孔內(nèi)水頭高度相對穩(wěn)定后，快速向樁孔內(nèi)填拋土石混合料，土石比例應(yīng)適當，回填高度至少應(yīng)高出溶洞頂部位置2m。若樁孔仍然存在漏水現(xiàn)象，應(yīng)繼續(xù)回填土石，直至水位相對穩(wěn)定。回填一定時間后觀察地面有無塌陷跡象，若沒有安全隱患則可開始后續(xù)施工；

2）鉆機重新開始沖孔施工，當孔內(nèi)漏水比較嚴重時開始第二輪回填、沖砸施工，多次反復(fù)循環(huán)施工，直到樁孔沖砸施工后水位穩(wěn)定性能滿足要求為止；

3）樁孔內(nèi)不漏水不能說明溶洞范圍孔壁能承受混凝土灌注施工時的強大壓力。實踐經(jīng)驗表明，當完成第（2）步堵漏施工工序后，還需反復(fù)多次進行回填土石、沖砸施工3次以上，以提高孔壁的抗壓能力，滿足灌注混凝土施工要求。

鉆進施工穿越溶洞范圍后，可按正常工藝繼續(xù)鉆進施工直到設(shè)計樁底。

3.5 終孔檢查

終孔樁端全巖面現(xiàn)場應(yīng)結(jié)合以下方面綜合判斷：1）從樁孔實際見巖高程開始計算，至進尺0.5m～1.0m后，可申報終孔檢驗；2）觀察井口鋼絲繩的擺動情況，錘頭觸巖面時會出現(xiàn)輕微的反彈現(xiàn)象；3）通過采用細網(wǎng)篩撈取挖孔雜物，巖渣巖屑含量若達到50%～70%，且砂、泥含量小于3%時，判定已入巖。

3.6 清孔

采用換槳法進行清孔施工，通過向孔底壓注相應(yīng)配合比的泥漿，讓孔底鉆渣上浮并伴隨泥漿流出。為加快清孔施工的速度，可安排專職施工人員用濾網(wǎng)撈出鉆渣。

4 溶洞處理及質(zhì)量控制措施

1）該地區(qū)地質(zhì)情況上部為軟弱土層（具有一定的失陷性），下部為中風化硬質(zhì)巖石（溶洞較發(fā)育）。根據(jù)設(shè)計要求及現(xiàn)場實際地質(zhì)實際情況，大部分樁基需進入中風化巖石10m以上，而施工過程中因上、下土質(zhì)軟硬不均，持續(xù)沖擊下部較硬巖石時的強振動會導(dǎo)致上部土層坍塌，易造成埋鉆和塌孔，平均每個孔的反復(fù)成孔次數(shù)為2～3次；

2）巖溶發(fā)育導(dǎo)致漏漿、塌孔現(xiàn)象嚴重，如不及時補充水頭及多次拋填粘土及塊石等填充物及時堵塞溶洞、裂隙帶的漏漿空洞，抬高水頭以增加孔壁側(cè)壓力，易造成護筒底部坍塌及埋鉆現(xiàn)象，護筒以下地面大面積坍塌的現(xiàn)象也較易發(fā)生。所以，在溶洞區(qū)域鉆孔施工時，要充分準備好水、粘土、石料等材料，并準備好足夠的優(yōu)質(zhì)泥漿，確保意外情況出現(xiàn)時能及時補救處理。在鉆進成孔施工過程中，鉆進沖程及泥漿配合比應(yīng)隨著地層變化進行調(diào)整，在上部土層鉆進時應(yīng)采用1m～1.5m小沖程及低稠度泥漿；當沖至溶洞頂板1m處時要加大泥漿比重和稠度，采用小沖程逐漸鑿?fù)溉芏错敯澹瑫r準備好泥漿泵及水泵，以及粘土、塊石等填充物，待水頭急劇下降時快速填充以保持水頭穩(wěn)定?；靥钗锉仨毟叱鋈芏错斠欢ň嚯x，采用鉆頭以小沖程反復(fù)沖砸堵漏，確保水頭位置穩(wěn)定，保證成孔質(zhì)量；

3）在部分現(xiàn)場地質(zhì)條件不穩(wěn)定的施工部位，還要準備8m～10m的鋼護筒進行施工，對好樁位，將護筒下正至巖面，要嚴格控制對接質(zhì)量及其垂直度，避免鉆頭掛到護筒底面及漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié)論

采用機械成孔施工技術(shù)進行溶洞地區(qū)的樁基鉆孔施工，有效消除了溶洞對人工挖孔施工造成的施工難度，也順利解決了地下水和溶洞對人身安全造成的影響，消除了爆破施工中的不安全因素，工期上也進一步得到了保證，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]章鴻祥.巖溶地區(qū)鉆孔樁成孔施工技術(shù)[J].科技傳播，2009，7.

[2]姚軍軍，姚輝.鉆孔樁穿越溶洞地層的施工[J].鐵道建筑，2005，5.