復(fù)雜地層條件下人工挖孔樁施工技術(shù)管理
關(guān)鍵詞：人工挖孔樁、復(fù)雜地質(zhì)、施工技術(shù)
武漢市洪山廣場站采用蓋挖逆作法施工，其中中間立柱樁采用Φ1800mm鉆孔樁+Φ900mm鋼管柱，鋼管柱安裝采用人工定位方法，因此自地面到鋼管柱底兩米采用人工挖孔成孔作為安裝鋼管柱的工作井，以下部分采用機(jī)械成孔的方式。洪山廣場地質(zhì)情況復(fù)雜，在平面150m的范圍內(nèi)，分5個地質(zhì)條帶，分別為地質(zhì)一區(qū)炭質(zhì)灰?guī)r區(qū)、地質(zhì)二區(qū)煤層區(qū)、地質(zhì)三區(qū)硅質(zhì)巖區(qū)、地質(zhì)四區(qū)泥巖區(qū)、地質(zhì)五區(qū)鈣質(zhì)泥巖區(qū)，區(qū)域內(nèi)還存有一條承壓水帶，復(fù)雜的地質(zhì)水文條件給實(shí)行人工挖孔樁帶來了極大的困難。如何制定出一套切實(shí)可行的技術(shù)措施克服復(fù)雜地質(zhì)條件是擺在項(xiàng)目部的一大難題。通過對人工挖孔的方案的可行性充分論證，并組織專家研討會對人工挖孔的風(fēng)險源逐一分析，主要存在以下5類風(fēng)險源：
1、超深、護(hù)壁坍塌事故；2、巖溶區(qū)域人員墜落傷亡事故；3、承壓水擊穿護(hù)壁后坍塌事故；4、煤層區(qū)氣體超標(biāo)人員中毒事故；5、爆破飛石、震速過大傷人事故。
項(xiàng)目部技術(shù)部門根據(jù)存在的風(fēng)險源，本著技術(shù)先行，講科學(xué)，講實(shí)際的原則，對每一條風(fēng)險源制定切實(shí)可行的技術(shù)措施。
一、事先籌劃，嚴(yán)把護(hù)壁質(zhì)量關(guān)
洪山廣場人工挖孔樁最大挖深30m，如何保證護(hù)壁的施工質(zhì)量，防止坍塌事故的發(fā)生，是人工挖孔樁成敗與否的關(guān)鍵。在施工前對護(hù)壁進(jìn)行理論計(jì)算，混凝土護(hù)壁厚度t按下式計(jì)算：
式中：
K—安全系數(shù)，取1.65；
P—土及地下水對護(hù)壁的最大壓力（MPa）；
D—挖孔樁外直徑（mm）；
fc—混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）。
挖孔樁現(xiàn)澆混凝土護(hù)壁按其受力狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般由受力最大處，即地下最深段護(hù)壁所承受的土壓力及地下水側(cè)壓力確定其厚度。施工中地面不均勻堆土產(chǎn)生偏壓力的影響可不考慮。本工程取KZ2樁，樁長40.21m，人工挖孔40.21m，地質(zhì)條件參考地質(zhì)鉆孔HCGC-17b，地下水位取1.5m。
當(dāng)挖孔無地下水時：
當(dāng)有地下水時：
式中：為混凝土護(hù)壁厚度，為安全系數(shù)，取1.65，為土和地下水對護(hù)壁的最大總壓力，為挖孔樁外直徑，為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為挖孔樁護(hù)壁深度，為土的容重，為土的內(nèi)摩擦角，為地面至地下水位深度，為水的容重。
總計(jì) 556.9948
用C30混凝土fc=14.3MPa，D=1.8m
則t=1.65×556.9948×103×1.8/2×14.3×106=5.78cm
一般混凝土每節(jié)高0.9～1.2m，混凝土強(qiáng)度等級同樁身混凝土等級，壁厚取80～150mm，根據(jù)樁徑及土質(zhì)情況，加適量Ф6～Ф8mm鋼筋，間距200～300mm。在節(jié)與節(jié)搭接處要求鋼筋彎鉤上下節(jié)搭接10cm，保證豎向受力傳遞。同時在井口部位要求護(hù)壁設(shè)置為倒“L”型形式，以確保鎖口部分不下陷。由于洪山廣場站人工挖孔的特殊性，人工挖孔后期還將作為鋼管柱安全定位的工作井，因此要求在護(hù)壁底部打設(shè)縱向1.5m的短錨桿，保證基底的穩(wěn)定性。
二、調(diào)查摸底，探明巖溶發(fā)育情況
為滿足安裝鋼管柱的要求，洪山廣場的人工挖孔樁平均深度在30m左右，在地質(zhì)一區(qū)范圍內(nèi)嵌入炭質(zhì)灰?guī)r10m左右，按照地質(zhì)構(gòu)造學(xué)原理，一般在灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育，特別是未填充的溶洞，一旦挖穿溶洞頂部后，極有可能造成人員墜落傷亡事故，為保證一線施工工人生命安全，項(xiàng)目部組織地質(zhì)超前探，對炭質(zhì)灰?guī)r區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充勘查，對每個中間樁巖溶的發(fā)育程度掌握第一手資料，為了避免漏網(wǎng)之魚現(xiàn)場的發(fā)生，在原有地質(zhì)一區(qū)分區(qū)線內(nèi)樁補(bǔ)勘外，對分界線周邊的孔也進(jìn)行了補(bǔ)充勘查。從勘查的結(jié)果來看，洪山廣場巖溶總體發(fā)育，在鉆探的48個孔中發(fā)現(xiàn)17個溶洞，見洞率35.4%，溶洞高度0.8至14m。本著先處理，后開挖的原則，制定了以下技術(shù)處理措施：
1）無填充和半填充溶洞：
�。�1）對洞徑大于2m且無填充溶洞和半填充溶洞，一般直接灌注水泥砂漿。必要時可考慮投碎石（5mm~10mm），后采用注漿加固的方法。投碎石處理時在原鉆孔附近補(bǔ)鉆兩個φ100投石孔，兩投石孔中心與原鉆孔中心需在同一連線上，兩投石孔可相互作為出氣孔。投石管采用鋼套管。
�。�2）對小于2m的無填充溶洞和半填充溶洞，可以直接采用灌注水泥砂漿。
2）全充填溶洞或洞徑小于2m的溶洞：
直接采用注漿，采用袖閥管注入水泥漿的方法進(jìn)行填充加固。
注漿范圍和注漿孔布置：
若外圈注漿孔仍存在巖溶，待地勘單位確認(rèn)后，向外以1.5m半徑向外擴(kuò)散，直到四個垂直方向鉆孔未出現(xiàn)巖溶。
同時要求開挖工人在開挖至洞頂3m處，系好安全帶，通過以上措施，在實(shí)際開挖過程中未出現(xiàn)相應(yīng)的安全事故，保證了施工安全。
三、試驗(yàn)+試挖，成功克服承壓水
根據(jù)地勘報(bào)告揭露，洪山廣場地質(zhì)二區(qū)存在一條狹長的承壓水帶，在承壓水帶進(jìn)行人工挖孔，一旦水壓擊穿覆土后，將直接導(dǎo)致護(hù)壁坍塌等事故發(fā)生，項(xiàng)目對此高度重視，反復(fù)請教中國地質(zhì)大學(xué)的教授專家，對洪山廣場的水文地質(zhì)進(jìn)行分析研究，由于武漢地區(qū)缺少長江三級階地的降水經(jīng)驗(yàn)，為保證人工挖孔的安全，項(xiàng)目部在考察周邊施工工地降水的前提下，對廣場進(jìn)行抽水試驗(yàn)，以進(jìn)一步確定承壓水頭，滲透系數(shù)等參數(shù)。通過降水試驗(yàn)，洪山廣場的滲透系數(shù)(K)0.1015m/d，影響半徑選用27m，如此小的滲透系數(shù)應(yīng)該對實(shí)施人工挖孔創(chuàng)造了有力條件，但是往往越樂觀反而會帶來安全隱患。為慎重起見，項(xiàng)目部決定在承壓水帶區(qū)選取三個樁進(jìn)行試掘進(jìn)，要求在穿越含承壓水帶地層時，護(hù)壁由原來15cm增加至20cm，護(hù)壁間搭接必須保證在10cm以上。通過試掘進(jìn)樁位的出水量的情況，洪山廣場水量不大，為保證施工安全在每孔投入一臺抽水泵以備不時之需。對護(hù)壁間出現(xiàn)的滲透水情況及時
