复杂地质条件下的挖孔桩施工

孔加银

[关键词] 挖孔桩 粉土 管井井点 喷射井点 钢护筒

1 工程概况

杭州卷烟厂新建主厂房，建筑面积5万m2，分一、二期先后施工，一期为钻孔灌注桩，二期因地质复杂改为挖孔桩。挖孔桩共85根，直径2200,1800,1500,1200mm 4种，桩长7~21m不等，桩端入岩≥500mm，钢筋笼沿桩身全长配置。

2 地质条件

厂房位于杭州云居山东麓，西南角为山坡，地质构造如下:第1层填土-杂填土，松散状态，厚度2~6m，自西向东加深，杂填土中有大块石较多，杂填土含水量较丰富，透水性良好;第2-1、2-2层砂质粉土，夹碎石，一般厚度在2~4m，碎石含量10%~15%分布不均匀，直径大的2~5cm、小至0.3~0.5cm;第3-1层粘土，含少量砂粒、碎石，第3-2层粘土夹碎石，一般在15%~20%;第4层灰岩，为桩的持力层，有25根桩孔揭示有溶洞发育，溶洞见有粘土充填，土体松软，内夹少量砾石及碎石。

杂填土和粉土层的平均渗透系数为:1~2层土K=3~5×10-4cm/s，地下水位在原地面下1.90m。

3 挖孔桩施工的技术方案

3.1 劈裂注浆围护

劈裂注浆法是在挖孔桩外围钻进注浆，钻孔间距300~600mm，采用小型钻机，钻杆为φ38mm钢管，钻到粉土层后，用高压水泥浆喷压土层，达到固结和压密土体的作用。

3.2 深层水泥土搅拌桩围护

在挖孔桩外壁用φ500mm单头钻机钻进、喷浆、搅拌，搅拌桩的桩长宜穿透粉土或粉土夹碎石层500mm，两桩搭接50~100mm，待固结后，人工挖土、做护壁。

3.3 管井井点降水

管径采用外管φ168mm、内管φ110mm，过滤器孔隙率大于20%，外包40目金属网，2层棕丝，外填粗砂，采用射流泵。管井深度要求穿过粉土层，进入粘土层1~1.5m，管井出水量按每台7t/d计算。

3.4 喷射井点降水

喷射井点管长为14m(包括滤网4m)，共设40根井点管，间距3m，进回水总管设在井点管外侧，紧靠井点边上，总管φ152mm和φ101mm无缝钢管搭配使用，法兰连结，配1台90kW高压多级离心泵，提供井点工作水，工作水压力0.5~0.7MPa，井点管布置如图1所示。

图1 挖孔桩和降水管井布置示意

为使井点有足够的滤水层厚度和保证井孔质量，考虑地下有块石和钢筋混凝土旧桩等障碍物，采用钻机成井，孔径φ400mm，钻孔深度15m，再利用钻机吊装14m长井管，钻孔时利用高压多级离心泵(工作水压力0.4~0.5MPa)冲孔排除泥浆，及时下管，钢管要放置在钻孔正中，孔内加砂11m，隔天再用粘土封口。井管下好以后，及时抽水清孔，直至抽出清水，方可确认此管安装合格，继续下一工序。

3.5 钢护筒配冲抓机

钢护筒的作用是考虑到管井井点和喷射井点降水不能到位时的补充措施，作为护壁以防止流砂和管涌。冲抓机的作用有:①冲击钢护筒使其下沉入土;②抓出筒内的块石、残存混凝土旧桩以及碎石和泥浆等物。

4 方案实施中出现的问题和解决对策

4.1 降水与堵水

鉴于本工程地质条件的复杂性，挖孔桩的施工技术方案经论证，重点讨论了粉砂土开挖可能出现的管涌问题，对地下水采取"堵水"方案，还是采取"降水"方案，争论激烈，决定以试验解决，3.1及3.2方案属"堵水"方案，各选一桩实施。

试验证明:(1)劈裂注浆虽能起堵水作用，但不能引成严密的挡水帷幕，因本工程的杂填土层和粉土层构造不均匀，内含碎石、块石，并且占50%的挖孔桩内有1~3根老厂房拆除后遗留的φ377mm钢筋混凝土旧桩，注入浆液流向土质疏松处，甚至涌进已开挖的桩孔内。由于注浆的不均匀，形成不了桩周的挡水帷幕。(2)用深层水泥搅拌桩，则由于搅拌头遇地下石块等硬质地层而引起中心偏移，桩身垂直度偏差不能满足两桩间50~100mm的搭接要求。上述两个挡水方案，均未能解决粉土的开挖问题。

4.2 管井井点与喷射井点

堵水方案不能见效，改为降水方案。因粉土层层底在自然地面以下4~12m处，每根桩的降水深度各不相同，因此根据桩长和布桩的疏密，采用管井井点和喷射井点两类。

4.2.1 管井井点

本工程降水面积约4400m2，如要大面积形成降水帷幕，费用很大。从实际出发，对24轴以西比较分散的桩，粉土较薄，含水层浅，宜用管井井点。根据粉土层深度，配置不同长度井管，1个管井可以解决1~3根桩，改用高性能射流泵，降水深度可达8m左右。

4.2.2 喷射井点

对27~29轴粉土厚、降水深、且布桩密集区域，经用管井井点，降水效果不够理想，改用喷射井点降水，水位降至9m左右，因天气持续大量降雨，未能满足降水要求。

4.3 钢护筒与冲抓机

挖孔桩施工以后，遇到以下几个问题:①离地面4~5m处有以大块石为主的多种障碍物;②有50%桩孔内有遗留钢筋混凝土桩;③遇浙江省历史罕见异常天气，持续大暴雨;④局部地块在8~10m处有古运河河床的乱石和条石。经管井井点和喷射井点降水，仅能降至8~9m，还不能解决问题，故在降水的同时，再配合钢护筒与冲抓机，综合运用多种技术手段才最终解决了粉土的开挖问题。

5 结束语

复杂地质条件下的挖孔桩施工，选用技术方案首先应该遵循技术可行性和经济合理性的原则。从杭州卷烟厂主厂房挖孔桩施工经验总结，有以下几点。

5.1 含块石、条石等复杂地层开挖粉砂土，要慎用阻水方案

劈裂注浆和深层水泥土搅拌桩虽能固结土体，阻水抗渗，在地质构造均匀的土体，如不含碎石、块石的粉砂土，可以起到挤密土体和一定的阻水防水作用。但在地层下有碎石、块石甚至旧桩，劈裂注浆的浆液，是向土松散方向挤压，因注浆的不均匀，地下水从孔隙中渗漏。深层水泥土搅拌桩则在两桩搭接不足的间隙处漏水。

5.2 选用降水方案要经济合理

管井井点和喷射井点，其施工费用约1∶3~1∶5，管井井点理论降水深度3~5m，本工程对水泵经过改进，可降至8m，喷射井点正常情况降水深度为8~20m，而在本工程使用，因大暴雨等多项不利因素，实际降水深度仅9m。因此，根据经济合理性原则，从工程实际出发，对粉土层较薄、桩位较分散的桩采用管井井点降水;对粉土较厚，且桩密集的桩群则采用喷射井点围封降水，可有效的降低施工费用。

5.3 多个方案混合使用

本工程的地层特殊性和大量持续的大气降水，地下水补给丰富，使几个降水方案效果大为降低，因此，在降水的同时采用钢护筒加冲抓机，以钢护筒代替钢筋混凝土护壁，3个方案综合运用，才有效解决了丰富地下水条件下的粉土开挖问题。

挖孔桩灌筑混凝土前，应先放置钢筋笼，并再次测量孔内虚土厚度，超过要求应进行清理。混凝土配制采用粒径不大于50mm石子，水泥用425号普通或矿渣水泥，坍落度为8～10cm，用机械拌制。混凝土用翻斗车或手推车运输。混凝土下料采用串桶，深桩孔用混凝土导管。混凝土应连续分层浇灌，每层浇灌高度不得超过1.5m．大直径挖孔桩应分层捣实，第一次浇灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实，再分层浇筑桩身，直至桩顶。在混凝土初凝前抹压平整，避免出现塑料性收缩裂缝或环向干缩裂缝。表面有浮浆层应凿除，以保证与上部承台或底板的良好连接。在灌注过程中，混凝土表面不得有超过50mm厚的积水层，否则，应设法把积水排除，才能继续灌注混凝土。混凝土应边灌注边插实，宜采用插入式震动器和人工插实相结合的方法，以保证混凝土的密实度。当渗水量过大（>1m3-h）时，可考虑采用水下混凝土灌注法，或采用先封底后灌注的方法。灌注桩身混凝土时应留置试块，每根桩不得少于一组。