人工挖孔桩遇溶洞流砂流泥防治方法及其应用

【摘 要】人工挖孔桩因为具有众多优点，在溶洞地区得到了广泛的运用。本文主要概述了人工挖孔桩，分析了人工挖孔桩施工面临的主要问题，探讨了流砂和流泥出现的原因，并提出了溶洞地区流砂和流泥的防治方法。

【关键词】人工挖孔桩；溶洞；流砂；流泥；防治

人工挖孔桩就是使用人力挖土成孔、继而开展钢筋混凝土填芯的一种灌注桩。这种成桩技术具有众多独特的优点，不但施工设备比较简便，而且具有较强的抗震能力，造价费用不高，运用范围比较广。但人工挖孔桩在施工时往往是井下作业，施工条件和环境比较差，还会牵涉到较大的劳动强度，安全隐患比较大，且在实际施工的过程中，进行地下水抽取会直接影响到周围建筑物的地基，所以，在现阶段的城市建设中已经慢慢转化成机械成桩。但是，在某些特殊的情形下，人工挖孔桩的地位和作用是其他技术所不能取代的，比方说在一些场地狭窄、凹凸不平、地质复杂的地基软弱溶洞地区进行地基处理时，人工挖孔桩就是一种有效的经济处理方式，因而运用的比较广泛，也得到了一些施工单位的认可。但是，人工挖孔桩在施工过程中同样存在一些不足，比方说在遇有流动的细砂地质时，非常容易形成流砂和流泥，再者由于地下水的作用，严重时可能会导致井漏，最终酿成很大的质量事故，所以，必须采取有效的措施进行适当的处理。

1.人工挖孔桩概述

人工挖孔桩主要就是使用人力挖土和现场浇筑的方式来进行钢筋混凝土桩制作。人工挖孔桩的直径往往比较粗，其中最小的也超过了800mm，能够承载楼层较少且压力较大的结构主体，在现阶段使用的比较多。一般会在桩上面设置承台，再借助承台梁拉结、连系起来，让每个桩受到均匀的力度，以便更好的支承整个建筑物。

此技术的施工工艺流程主要包括以下几方面：放线定位――开挖第―节桩孔土方――进行第一节护壁混凝土浇筑――二次投测桩位十字轴线――安装活动井盖、绞架、通风、排水设备――挖第二节桩孔土方――浇筑第二节护壁混凝土――如此循环至设计标高――对桩孔进行全面验收――放钢筋笼――浇筑混凝土。

2.人工挖孔桩施工面临的主要问题

在深基坑的施工过程中，常常会遇到地下水，这样一来，就会在开挖时破坏土层中水的动态平衡，也会将一些静态水渗入桩孔内，最终严格阻碍人工挖孔桩的顺利施工，这就让人工挖孔桩施工时变得比较困难。一旦遇到动态水压土层时，不但开挖基坑比较困难，而且护壁混凝土也会在很大程度上因为受到水压的冲刷而发生穿透事故，最终导致出现桩身质量问题。在实际的挖桩施工中，用于遇到了细砂和粉砂土层，再者由于水压力的影响，就极易导致发生流砂与流沙并漏等问题。

构成流砂的原因是多方面的，主要是由于砂层在水流的作用下，砂粒出现流动，最终够成流砂层，这一类现象在很多溶洞地区比较常见。出现流砂会跟动水压力息息相关，当土在地下水渗流水位差的影响，会导致土粒受到静水浮力和向上动水压力的作用，一旦动水压力≥土的浮重度时，土颗粒就会失去自重，变成悬浮状态，这时土的抗剪强度几乎为零，土颗粒会随着渗流水共同流动，就形成了传说中的“流砂”。

出现流砂的原因是多方面的，不但会受到地下水渗流动水压力的影响，还会跟土的颗粒级配、密度及透水性等密切相关。在进行人工挖孔桩施工的过程中，如果遇到溶洞，一定要确保施工的安全，避免桩井内坍方伤人，尤其是如果挖到粉砂或砂卵石层，再者如果又碰上地下水丰富时就容易导致流泥和流砂。因为施工的需要，会抽取大量的施工现场的地下水，这就会导致周围建筑的不均匀沉降和地面的下沉，最终导致主体结构的开裂。

3.流砂和流泥出现的原因

在含水的土层中，土颗粒因为会受到自重和水浮力的作用，水流过时还会受到渗透力的影响。因为水本身所具有的粘滞度，当其流动于孔隙中时，会借助粘滞力带动土颗粒前进，这就是渗透力。土颗粒的有效压力的大小主要会受到水力梯度的影响，当水力梯度增加时，就会减少有效压力，当水力梯度增大到一定的程度时，有效容重几乎为零，这时的土颗粒几乎是处于失重状态，当水力梯度逐渐增大时，很多颗粒会随着渗透水涌出，继而就构成了流砂。

实际的工程经验表明，导致流砂流泥现象主要是因为下列因素：（1）要存在一定的水头差，这是水渗透的动力条件；（2）含水层如果是渗透性较强的砂土层，流砂常会出现在细砂和粉砂等土层中；（3）要有充足的水源补给，地下水和地表水都可能会给流砂提供补给水源；（4）渗流出口直接临空，即出口无合适的防护。因为流砂要求适当的土渗透性要求，流砂常常比较常见于砂质土中。

4.溶洞地区流砂和流泥的防治方法

4.1 勘察设计

首先，应该高度重视对地下水和流砂的处理，进行详细的地质勘察，详尽的划分地层分布情况。尤其是在长江下游的冲积平原上，粉砂层常会以夹层或透镜体的形式出现，切忌不能在不勘察的情况下就描述成粉质粘土夹粉砂或粉砂互层，而应结合实际工程，选用合适的人工挖孔桩深度、地下水的类型、水量和补给方式等，以便掌握实际的地下水和流砂实际情况；如果土层不厚，但是发生流砂的地层，一定要单独分层：要查明地下水的类型、水量、补给方式，还应抽取重要工程的水进行现场试验，测定动水压力。在设计前，一定要就砂层厚度和地下水位等地质条件有个大概的了解，正确评价地下水和流砂的严重程度，以及对工程及周边建筑的影响。

4.2 抽水

抽水的泵必须加漏电保护，且每天由工地电工对每一个泵进行检查。使用水泵抽水时，先用钢窗纱包裹泵的迎水面。再结合桩深的变化与桩底水量的增加，在抽水时逐渐调整水泵的型号，确保出水量比进水量大。水泵要装设逆流阀，保证停止抽水时，抽水管中残留的水又流入桩孔内。水泵功率过大时，会出现“一抽就干，停泵就满”的现象，这样反复几次后，细砂会随水流出一部分，导致卵石层呈较松散的状态，有可能出现垮塌现象；一定要确保足够的水泵功率，以便桩底水位大幅下降，给工人创造适宜的施工环境。

4.3 挡砂

当挖到砂层有流砂位置时，不能进行正常施工，在挡砂时一定要确保不能流出大量的砂子，还要确保水能顺利流出：

（1）加设挡砂过滤材料。

在人工开挖之前，制作不同高度的护壁模型，如200～500mm不等，先将长约1.0m左右、?14mm或?16mm的钢筋从护壁外侧插下（用于支撑挡砂过滤材料），并将其砸下与上部钢筋进行可靠绑扎。随着深度的不断增加，在钢筋不断地加设挡砂过滤材料，如竹篱笆、砂袋、稻草等，以防止护壁外侧泥砂从上部落入桩内，并不断地加设护壁箍筋并尽快进行绑扎。其高度宜控制在20～50cm之间，既要有一定的强度，还要将其与上层护壁闭合，以便有效阻止的砂子涌进桩孔内。此时上部的护壁已无法按正常的每1m一节施工，而只能根据情况采用直径200～500mm不等的模型来浇注护壁混凝土，挖好后尽快将模型安装好，经校核无误后浇注混凝土并振捣密实，这些工序必须紧密配合，不能拖延时间，并按此逐层向下施工。

（2）边浇混凝土边挖。

钢筋按上述方法绑扎完毕，深度一般控制在20cm左右，先将模型支好并经过校核后，将混凝土准备好从上部灌入，不断地从模型下部将砂挖出致使混凝土不断下落，按此逐层施工并及时振捣。但按此方法施工时要严格控制混凝土的坍落度和和易性，应采用坍落度较大的混凝土。

（3）钢护筒的制作安装。

根据地质勘察报告反映的地质分布情况，砂层较厚的地方，先按地质报告显示的砂层厚度，取一钢筋现场作简单钎探。根据进入的难易程度，确定其砂层的实际深度。根据砂层深度制作钢护筒，护筒高度为砂层厚度加上30cm，材料为5～8mm厚的钢板，若钢板太薄不能抵抗侧压力而变形。根据桩的规格型号卷成不同直径的圆形护筒，且不可将其分割，虽然分割后容易下放，但钢护筒容易被挤压变形。上部安装3个吊环，护筒的周长比桩周长大10～15cm，高度为钎探砂层深度加上30cm，沿高度位置提前打孔，等护筒放到桩底后，用来固定护筒。下置钢护筒时可将其重叠部分长一些，这样容易下放，放置到桩底时用插销进行固定，以保证桩径大小。根据桩心位置校核钢护筒的位置，当护筒位置对中后，可用振动锤将钢护筒砸入卵石层，以保证不会出现流砂现象。同时必须保证护筒水平下沉，严禁护筒一边下沉多、一边下沉少造成桩心位移，当挖深进入卵石层50cm时，即护筒上口与护壁下口接近时，将护壁钢筋与钢护筒进行焊接，以防止钢护筒下沉造成事故。

4.4 挖桩

（1）挖桩注意事项。

在安排挖桩人员时，必须选择有一定实践经验和防护意识的人员，并且作业人员上下腰间要拴保险绳，以防坠落伤人。桩孔土方吊出后，不能堆放在桩周围，以防造成塌孔。挖桩过程应尽可能连续作业，根据当天的挖深情况浇注护壁混凝土，且夜间必须安排抽水人员，防止水位上升，避免护壁混凝土在初凝前被浸泡，致使混凝土强度降低。

（2）扩大头。

挖桩进入卵石层后，通过验算，决定将进入卵石层后的扩大头下移50cm，同时扩大头的角度变大，但进入卵石层的厚度不变。倘若刚进入卵石层就开始做扩大头，则有可能导致卵石层达不到一定的厚度，因不能承载上面其他层的压力而导致垮塌。而进入卵石层50cm左右后再开挖扩大头，实践证明可以有效地阻止垮塌。

综上所述，人工挖孔桩具有十分明显的优势，随着施工工艺的完善，在出现地下水和流砂等情况时，只要根据工程的实际情况，选用合适的方案，施工过程中严格质量管理椴全管理，一样能达到施工效果好、缩短工期的且的。

【参考文献】

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