复杂地层中人工挖孔桩的施工技术应用

摘要：人工挖孔桩已广泛应用到工民建基础桩类型中，但在挖土成孔过程中遇到源流砂、坚石时，有时让人束手无策，本文通过工程实例来取降水措施穿越流砂、孔底爆破开凿坚石，对复杂地层中的挖孔施工技术进行了有益尝试。

关键词：复杂地层挖孔技术

一.工程概况

拟建工程项目位于南方，拟建6栋宿舍楼及食堂，共计440根桩。主要设计要求

a.本工程桩顶标高±22.80，场地由原来标高15米回填至25.30米。

b. 本工程采用人工挖孔混凝土灌注桩，桩径1000mm，以④-2层中风化黑云母花岗岩为桩端持力层，入岩500mm。

c. 本工程为嵌岩端承桩，当岩面倾斜时，以坡下方嵌岩深度为准；当岩面倾斜大于30度时，嵌岩深度加大；桩端以下三倍桩径或5米深度范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面，终孔时应进行桩端持力层检验。

d. 桩身纵向主筋净保护层厚度为70mm。桩顶纵筋锚入承台内长度35d。桩身纵向钢筋的接头均采用帮条焊接，焊接长度双面焊不小于5倍主筋直径，单面焊不小于10倍主筋直径，同一截面内的钢筋接头不得超过主筋总数的50%，接头位置相互错开500mm；箍筋应与纵筋绑扎牢固；加劲箍与纵筋采用焊接点与绑扎点为一隔一。

e. 人工挖孔桩护壁混凝土强度等级为C30，护壁节长可取1.0米，护壁均须当天挖土当天完成混凝土浇注。桩身混凝土充盈系数不得小于1.05。

f．材料要求：现场自拌混凝土，本工程护壁混凝土强度等级为C30，桩身混凝土强度等级为C30和C35。

二．工程地质条件

场地内土层按土的物理力学性质的差异性，可分为4个工程地质层，并细分为6个工程地质亚层，自上而下分述如下：

1．碎石填，土场区局部区域分布，基本在顶端。厚度:0.80-4.10m,平均1.46m;层底标高:16.26-23.16m,平均20.05m;层底埋深:0.80-4.10m,平均1.46m。

2．素填土，局部偶见风化岩石碎块，稍湿。场区普遍分布，厚度:1.00-11.80m,平均6.72m;层底标高:9.92-19.20m,平均14.62m;层底埋深:1.00-11.80m,平均6.98m。

3.中细砂，场区较多部位分布，厚度:0.70-5.50m,平均2.54m;层底标高:7.42-15.20m,平均11.50m;层底埋深:2.10-14.30m,平均10.96m。

4.残积土，，厚度:0.50-10.00m,平均2.69m;层底标高:1.22-17.20m,平均11.49m;层底埋深:2.50-22.00m,平均9.72m。

5.强风化黑云母花岗岩，场区所有孔中见到该层，普遍存在，厚度:0.20-5.30m,平均2.11m;层底标高:3.61-15.74m,平均9.82m;层底埋深:5.20-18.00m,平均12.43m。

6.中等风化黑云母花岗岩:灰白色，粒状结构，块状构造，岩芯完整、坚硬，节理多较不发育，局部较发育，节理面平整见铁锰质浸染。该层未穿透。

区内地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于台地的砂层和残积土中，基岩裂隙水以风化裂隙水为主。水位呈季节性变化，年变化幅度4.00～5.00m左右，勘察期间测得稳定地下水位埋深6-8米，地下水主要受大气降水补给，以蒸发和地下水径流为主要排泄途径。

三．流砂、涌砂、现象的处理方案：

施工现场地表水较为丰富，整个场地6米以下均有地下水，而桩长都在12米以下。现场素填层和中细砂层为后期回填，多为中-细砂-粉砂，回填后砂质物质充分水饱和，原地下水经台风、大气降水的补充形成稳定的地下水位，加上地下水的渗流作用，造成的了孔内流砂、涌砂的现象。针对该情况经研究讨论决定采用大口径管井降水方法对人孔挖孔桩进行降水。

（一）、降水井结构设计

1、井身结构：

设计降水井外径ф600，内径ф400；采取SPJ-300工程钻机进行施工，井深以达到花岗岩强风化为准。

2、井管配置：

降水井内置内径为ф400锥形钢筋笼，主筋采用HRB335-10D16，箍筋为HRB335D16@500。

3、井管外封闭：

钢筋笼外包两层10目尼龙网后，外层再包一层铁丝网。管外填砾采用ф5-10MM砾石。

4、涌水量按下式计算，

Q=1.366k(2H-S)S/[lg(R + r0)-lg r0] =1152（m3/d）

式中涌水量：Q

渗透系数：k=5m/d（根据现场实际情况，采用中细砂渗透系数的经验值）；潜水含水层厚度：H=9.1m(参考ZK56钻孔，含水层厚度9.1m，地层分别为素填土、中细砂及残积土)；

基坑水位降深：S=6.7m（将地下水位从+16.5m降低水位至+9.8m）

降水影响半径：R按下式计算

R=90.4m

基坑等效半径：r0按下式计算

r0=0.29（a+b）=48.46m（其中a=110.7m， b=56.4m）

（二）、施工技术方案

1、钻孔：采用正循环泥浆护壁全面钻进。

2、井管安装：采用直接提吊法安装井管，井管安装前必须彻底清孔并换奖，换浆后泥浆含砂率小于5％。

3、洗井：最终成井后，必须及时洗井，洗井效果须达到出水量大于设计要求，连续两次单位出水量之差小于10％，出水含砂量小于1/200000（体积比）。

4、抽水试验：用潜水电泵进行抽水试验，水表观测出水流量，电测水位计观测水位变化。抽水试验的水位、出水量要连续进行观测，稳定后延续时间为6h。

（三）、后期施工方案

1、在降水井施工完成后24小时进行降水，密切观察地下水位及其变化幅度变化，水位降低后对护壁破裂、护壁变形、护壁下沉脱节的桩孔进行回填压实，重新开挖。

2、加大护壁钢筋，增加护壁钢筋数量。采用φ16~φ20长1.5m左右的钢筋，按间距10~15cm沿护壁周边将其打入土中，沿孔四周打入四根φ20长度3.5~6.8米的钢筋形成护壁的外层保护，挖去孔内20~30cm砂土后，或用φ20的水平环向筋将竖向筋固定，或将上部钢筋头弯到上节护壁的外侧。

3、然后在钢筋外侧塞麻袋、草包或插纤维板条，以阴挡砂粒流入桩孔，但仍允许水流动。这样边挖土边挡砂，待桩孔挖至40~50cm深时立即浇注护壁混凝土。减少每节护壁高度，一般用0.3~0.5m。护壁混凝土采用Pc 42.5早强水泥。

4、桩孔内抽水宜连续进行，以避免地下水位频繁涨落，否则，会加速桩孔四周土体颗粒流失，造成护壁外面出现空洞，引起护壁下沉脱节，但连续大量抽水，又容易在孔内发生流砂、涌泥及孔壁坍塌事故。

5、施工中一定要十分留意和观察孔内和地面上的变化，发现护壁破裂、护壁变形、护壁下沉脱节、地表下沉的现象，马上停止施工；查明原因、排除安全隐患后方可继续施工。

四．爆破施工方案

由于设计桩端持力层为中风化黑云母花岗岩，岩石抗压温度达50Mpa非常坚硬，桩端进入持力层深度不小于500mm，加上回填层中局部含有大直径中等风化块石，为便于施工，加快进度，桩孔入基岩部分及遇到大直径块石时采用控制爆破开挖掘进。

（一）、爆破参数的确定

根据现场地质情况，拟采用Φ40的风钻钻孔，炸药为32的2#岩石乳化炸药，雷管用采延时微差形式，按预定起爆顺序使炮孔按顺序起爆，起爆网络采用导爆索单向连接。

对于Φ1.0m的桩孔，全断面掘进爆破共布置11个炮孔，中间为中心空孔，外侧为掏槽孔，四周为周边孔。

1、孔径d：本工程选用孔径，Φ=40mm。

2、钻孔角度80～90°。

3、台阶高度H：根据现场实际测量，台阶高度为H=0.8m。

4、孔距a：掏槽孔孔距a＝0.3m，周边孔距a=0.45m。

5、钻孔超深长度h：中间钻孔超深h=0.2m，根据现场实际情况和爆破效果进行调整。

6、微差时间：段之间延时采用≥50ms。

7、填塞长度h0：填塞长度h0炮孔深度的1/3～1/2。

8、单位炸药用量q：根据岩石结构和本公司在该地区的经验，单位炸药消耗量取q=2.5-4.5kg/m3，单孔炸药量在100-200克之间，实际炸药单耗随岩石风化程度的不同而调整。

爆破参数汇总如下表：

孔深m 孔距m 单孔装药kg 单耗q kg/m3 装药结构 填塞长度m

0.8 0.3～0.45 0.1～0.2 2.5-4.5 连续装药 0.5～0.6

9、炮孔布置方式及起爆顺序

为使爆破能量均匀分布，减小大块率，拟采用圆形布孔，起爆顺序由内向外起爆。

10、起爆网络

爆破的网络连接采用导爆索连接，起爆雷管采用瞬发电雷管引爆导爆索。（二）、爆破安全技术措施

1、爆破飞石控制:该工程炮孔直径最大采用40mm，飞石飞散距离为100m。为了有效控制飞石飞散距离，根据爆破条件的变化，合理确定炸药单耗和爆破参数，采用岩屑或黄泥堵塞孔口并捣实，保证炮孔的堵塞长度和质量。每次爆破时可在桩孔口用木板加沙袋进行覆盖。

2、爆破警戒:装药警戒范围为10米，装药时应在警戒区边界设置明显标志并派出岗哨；爆破警戒范围为100米；在危险区边界，应设有明显标志，并派出岗哨；爆破警戒人员为爆破组成员，执行警戒任务人员，应按指令到达指定地点并坚守工作岗位。警戒哨岗的位置为爆破范围100米的几个路口，阻止进入爆破区域的车辆和行人。所有哨岗执勤人员通过对讲机联系。

3、桩孔内装药作业照明：严禁使用高压电源照明，拟采用充电防水电筒作为照明源

4、桩孔内气体处理:爆破后需要用空压机压风管深入孔底通风，通风时间不小于30分钟，在炎热天气时，在24小时内未作业的深桩井，在开始施工前也应先送风10分钟。

5、爆后检查:爆后检查等待时间，露天深孔及药壶蛇穴爆破，爆后应超过10分钟，方准一般人员进入爆区。露天爆破经检查确认爆破点安全后，经当班爆破班长同意，方准许作业人员进入爆区。爆后检查内容：确认有无盲炮；爆破爆堆是否稳定，有无危坡、危石；地下爆破有无冒顶、危岩，支撑是否破坏，炮烟是否排除。

6、盲炮处理：盲炮是安全隐患，对其应十分关注，以预防为主，减少或避免盲炮的发生，其措施是：施工前和施工中，应该对储存的爆破器材作定期检验，应选用合格的炸药和雷管以及其它起爆材料；装药前应检查孔内是否有积水，如有积水，应采用防水的乳化炸药或是清除积水；装药时，中间不能脱节；联线时，要注意防止导爆管和导爆索不损伤，雨天时注意防水，确保网路的畅通。一旦发现盲炮，应严格按《爆破安全规程》（GB6722-2003）中规定执行。

正常爆破后，在进入现场检查时，不得发出解除警戒信号，警戒人员必须坚守岗位，发现盲炮应及时处理，如当班无法处理时，要注意保护现场，无关人员不得进入，并与下一班进行认真交接，由下一班进行处理。

盲炮处理工艺流程

五、结语

1．该工程地质条件复杂，回填深度厚、水位高、普遍存在流砂现象、含有大量块石、入岩深度厚，采用人工挖孔桩施工既满足其承载力要求，又利于应对各种不利的地质条件。实践证明只要施工方案合理，施工控制到位，能取得较好的经济和社会效益。

2．针对桩孔降水可根据水位高度、水量、水压制定降水方案，在水量较小时宜可采用原设计桩孔作为降水井的降水措施。

3. 由于地下工程的复杂性和不可以预见性，应做到信息化施工，在施工过程中根据实测数据综合分析，及时调整和优化施工。通过对所出问题的认真分析，对工程地质情况切实把握，并通过采取切实可行的方案，最终圆满完成施工工作，总结宝贵经验，供同类工程借鉴。

4. 人工挖孔桩的缺点是挖孔中劳动强度较大，尤其是安全性较差，为杜绝孔桩施工中的伤亡事故，贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，减少财产损失。因此在施工过程中须重视安全，加强安全防护措施，确保挖孔桩作业的顺利进行和职民工的安全。

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