复杂地质条件下人工挖孔桩施工技术

复杂地质条件下人工挖孔桩施工技术

蒋满河

中国水利水电第九工程局有限公司，贵州 ·贵阳 550008

摘要：断层破碎带、溶洞、地下水等复杂地质在喀斯特地形地貌地区存在较多，在此类复杂地质，按照传统方法为确保施工安全和成桩质量需由相关单位进行地基处理或重新修改基础方案，然后才能进行下道工序施工，如此将造成施工单位的人工、机械设备的停窝工损失，延长工期，同时也将增加建设单位的建设投资，难以满足业主方的建设工期要求和投资目标控制。故以上孔桩施工方式存在缺陷，如果孔桩施工采用复杂地质条件下人工挖孔桩施工工艺，则可以保证施工安全和达到设计及规范要求的效果，既可保证施工质量又可降低成本，将能较好的解决以上问题。

关键词：复杂地质、人工挖孔桩、施工工艺

一、工程概述

双山新区梨树片区三标段工程位于毕节市梨树镇中心幼儿园东南侧，总建筑面积为155627。09㎡，共有517根孔桩，基础为孔桩基础，采用人工挖孔桩的方式进行开挖。施工过程中在部分孔桩侧壁及持力层部位分别遇见大量的断层破碎带、溶洞及地下水等复杂地质，增大施工难度，增加施工工期。

项目区在区域上属华夏式构造毕节向斜南东翼，场地产状变化不大，总体呈单斜状产出，岩层产状13°∠35°，受构造应力等因素影响，岩体中的节理裂隙较发育，两组节理产状分别为：140°∠80°， 80°∠80°，节理间为方解石脉充填，平均间距在1.0～0.4m之间。主要结构面为岩层层面，岩体完整程度为较破碎，场地内无活动断层通过。推荐选用的地基持力层为中风化灰岩，承载力特征值fa=4000KPa。

一方面，根据本工程地质情况，部分孔桩向下开挖为溶洞、泥夹石、黄泥夹层等复杂地质，施工进度受很大的影响；另一方面，工期紧，部分复杂地质位置易产生坍塌，开挖及浇筑存在严重的安全、质量隐患。若不及时处理，复杂的地质状况将直接影响着人工挖孔桩成桩的施工安全和施工进展，如此将造成施工单位的人工、机械设备的停窝工损失，延长工期，同时也将增加建设单位的建设投资，难以满足业主方的建设工期要求和投资目标控制。

针对复杂地质情况出现在孔桩开挖时的侧壁及持力层，我部进行了针对性分析，通过对传统的人工挖孔桩施工工艺进行改进，实现在复杂地质条件下的人工挖孔桩施工，能够在确保施工安全、质量的前提下，迅速采取并实施应对措施，实现工程各项预定目标。采用此种工艺施工，可确保施工安全和施工质量、节约大量材料、缩短施工工期、降低费用。为同类或类似工程技术进步提供一个成熟的技术支撑。

二、施工的关键点和难点

（1）孔桩开挖地质环境复杂、工期紧迫、施工任务重，需要进行科学、细致、快速的施工组织。

（2）根据本工程情况，若不及时处理孔桩开挖中遇见的复杂地质，复杂的地质状况将直接影响着人工挖孔桩成桩的施工安全和施工进展，如此将造成施工单位的人工、机械设备的停窝工损失，延长工期。故如何确定复杂地质条件下人工挖孔桩施工工艺是本工程项目的技术关键点和难点。

（3）施工过程中孔桩底部扩大头与承台钢筋的焊接与开挖，存在空间小、供氧不足等难点。

三、施工技术方案

3.1复杂地质情况处理

施工前应认真查看地勘资料，根据工程地质勘察资料，确定存在复杂地质情况的桩孔及复杂地质情况所处的位置、类型。在桩身开挖至该位置时应放慢施工速度，有针对性、试探性的逐渐揭露复杂地质情况，确定位置后及时进行处理。根据本工程的施工，可将复杂地质情况分为以下3类：

3.1.1 断层破碎带

3.1.1.1、硬质黏土（厚度<500mm）

按逐节1。0m深往下施工，先掏空土体部分，然后用风镐或水磨钻开挖岩石清出石渣，修正墩孔后修建混凝土护壁，待护壁凝结24小时后，施工下一节。 

3.1.1.2、软土

先掏干净断层内软土，砌筑好不少于240mm厚砖砌外圈做护壁后用C10～C25混凝土填充护壁后的溶洞空腔。

3.1.1.3、淤泥

在遇到淤泥质土层等软弱土层时，一般可用木方、木板模板等支挡，并要缩短这一段的开挖深度，并及时浇注混凝土护壁，支挡的木方模板要沿周边打入底部不少于0。2m深，上部嵌入上段已浇好的混凝土护壁后面，双排布置相互交错形成封闭空间，能达到很好的支挡效果。

3.1.2 溶洞

对于有溶洞、裂隙发育的地质洞段，在施工前应通过前期地勘报告详细查明，明确其位置、大小、有无填充物等信息。在挖孔靠近该位置时应放慢施工进度，确定溶洞位置后，再根据溶洞特点进行处理，处理之前应检查溶洞上节护壁。溶洞上方护壁采用图1所示的护壁加筋方法施工，必须确保护壁牢固，确认不牢固时，拆除重做。

图1 护壁加筋大样图

遇溶洞时，孔径应增大300mm，其理由是遇溶洞时，万一岩溶膨胀或下滑影响护壁，可在内再做一层护壁加固，同时也增大了施工作业面，这有利于边做边护壁，提供优越条件。

溶洞大小、深浅、走向，可用钢钎探插，可根据探插的结果研究可行性分析施工步骤，特别是材料准备等等相当关键。

3.1.2.1、无填充物干洞

无填充物干洞在打穿洞顶土层后能直接观察到溶洞内的情况。当溶洞侧向深度小于1。0m且确认溶洞壁不会坍塌时，将溶洞内的浮土杂物清除干净后用370mm厚砖砌外圈做护壁，砌筑护壁时在溶洞顶上方预留浇灌混凝土入口，用C10～C25混凝土从预留口向护壁后的溶洞空腔浇灌填充。 当溶洞侧深较大时，应选用松木对溶洞顶土体进行支撑（一次性使用，不再拆除），确保施工安全，支撑好洞顶后护壁定型钢模，装模时在溶洞顶上方预留浇灌混凝土入口，钢模形成稳固后浇灌C10～C25混凝土填充溶洞空腔，浇灌混凝土应振捣密实，可在混凝土中参加适量的微膨胀剂，保证混凝土与溶洞壁不留空隙。

3.1.2.2、有填充物溶洞

a、硬质黏土

按逐节1。0m深往下施工，先掏空土体部分，然后用风镐或水磨钻开挖岩石清出石渣，修正墩孔后修建混凝土护壁，待护壁凝结24小时后。按照同样方法施工下一节，直至墩孔底全部见岩后扩底成孔。 

b、软土

按逐节0。5m深往下施工，先在土体部分沿孔壁周向孔外斜打入1。0～1。5m长的硬原木（梢径3～5cm，沿墩孔周布桩间距15cm）桩，然后掏空土体部分，再用风镐或水磨钻开挖岩石清出石渣，修正墩孔后修建砼护壁。待护壁凝结24小时后，按照同样方法施工下一节，直至墩孔底全部见岩后扩底成孔。 

c、流质泥土

按逐节0。5m深往下施工，先在土体部分沿孔壁周向孔外斜打入1。5M以上长的硬原木（梢径3～5cm，沿墩孔周布桩间距10cm）桩，然后掏空土体部分，掏土作业时边掏土边用扎成团的稻草塞入硬木桩间缝隙，便其能滤水挡泥，掏土至一节（0。5m左右）深时，如发生孔底涌泥则用尼龙编织袋装砂压住孔底堵住泥涌，然后装定型钢模抽干孔内积水后浇筑C30混凝土护壁，护壁厚度应不少于25cm，护壁内配竖向和水平双向φ6@200钢筋网，待护壁混凝土凝结24小时后再用风镐破碎岩石清出石渣，修正墩孔。按照同样方法施工下一节，直至墩孔底全部见岩后扩底成孔。

d、淤泥

在开挖过程中我部由清理淤泥的难易程度将淤泥分为难清理与易清理两种形式，具体施工方式如下：

①、在施工中遇见淤泥不易清理时，用尼龙编织袋（能透水）装干拌1：2水泥砂浆（或干水泥粉）压入溶洞空腔泥浆中筑成一道封闭式围堰，围堰上部应顶紧溶洞顶，待水渗透编织袋使袋子内的干拌水泥砂浆（或干水泥粉）吸水凝结后清除墩孔内泥浆，然后采用钢护筒。钢护筒采用4mm钢板，现场焊接制作，直径略小于砼护壁内径，利用混凝土护壁作支点，用小型油压千斤顶将钢护筒逐渐压入土中，阻挡流泥。按3m一节，上下节护筒搭接长度1m，上下节两端与钢筋混凝土护壁竖向筋焊接。

②、在施工中遇见淤泥易清理时，排除溶洞内的泥浆、积水，如果溶洞壁岩石完整，溶洞侧深不大（1。0m以内）且墩孔全部在溶洞内时，可不做护壁，只需将溶洞内的泥浆冲洗干净，待浇灌墩芯混凝土一并填充。当溶洞侧深大于1。0m以上时，则按设计墩径要求用水泥砂浆砌筑370mm厚砖护壁，边砌护壁边用混合砂石填充护壁的溶洞空腔，如溶洞高度在1。0m以内则一次将护壁砌到顶封闭溶洞，待护壁砌体砂浆凝结12小时才能继续往下成孔施工；如溶洞高度超过1。0m以上了则清除干净溶洞内填充杂物后，从溶洞底往上分节施工，砖砌护壁厚度370mm，应采取灌浆砌法砌筑护壁砌体，完成护壁砌体12小时内应不断排除溶洞内的积水，保证砌体砂浆的凝结，必须待下节护壁砌体砂浆凝结24小时候才能施工上一节。

3.1.3 地下水

3.1.3.1、少量地下水时

在人工挖孔桩施工中，如果孔内开挖刚开始，由于未形成大量积水并且深度不大的孔，孔内渗水量不大并且没有出现细纱和粉砂土层。可选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，护壁开挖进尺控制在0。5m以内，开挖完成后将填充杂物清理干净，再采取加强护壁钢筋（如图6所示）和增加护壁厚度进行处理。混凝土护壁浇筑前应采用木楔打入渗漏部位，周围用防水材料封闭。

3.1.3.2、地下水丰富时

当用施工孔自身水泵抽水，也不易开挖时，应从施工顺序考虑，即先施工外围(或迎水部位)的桩孔，且对周围桩孔同时抽水，以减少开挖孔内的涌水量，并采取交替循环施工的方法，组织安排合理，以达到降水效果。开挖孔桩边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应段的混凝土护壁。混凝土护壁浇筑前应预埋集中泄水管道，管道材质采用钢管，直径可通过水流量大小选用，将泄水管道通过本节护壁混凝土底部引出，并在外端安装闸阀，在施工桩孔时打开阀门让水流出，浇筑桩身混凝土时，再关闭，这样可解决渗水影响桩身混凝土质量的问题。

这部分桩孔混凝土护壁完成后，可保留少量桩孔先不浇筑桩身混凝土，而做为排水井，以方便其它孔位的施工。保证了桩孔的施工速度和成孔质量。

图2 开挖中遇见丰富地下水施工图

3.1.4 持力层验收

本工程人工挖孔桩为端承桩，开挖至设计深度，需进行持力层钎探验收，若钎探过程中发现桩底出现断层破碎带、溶洞、地下水等复杂地质情况时，施工均按照上述孔桩开挖过程中遇见断层破碎带、溶洞及地下水的施工工艺进行施工，且需满足如下要求：

①、继续向下开挖，揭穿断层破碎带、溶洞后再进行钎探，直至满足持力层要求；

②、扩大桩基础，向下钎探，查明断层破碎带准确位置后，扩大桩端部基础，在底部增设承台，承台混凝土与桩体混凝土同标号，桩内钢筋需报请设计单位计算后进行布设；

③、水泥压密灌浆，通过水泥压密灌浆改变桩端部岩石特性，改良基础承载力。

④、改变桩身受力，可将桩身受力改为摩擦性；

⑤、在桩身以外增设孔桩，采用抬桩形式或改变基础类型为筏板基础。

待施工完成后再进行钎探直至合格，即桩端底部以下3倍桩径且不小于5m范围内无断层破碎带、溶洞、地下水分布。

图3 开挖至遇断层破碎带、溶洞施工图

3.2桩基础检测

1、孔桩终孔时，应进行桩端持力层检验，复杂地质条件的桩和一柱一桩的大直径灌注桩，应采用可靠的检测方法，确保底下3倍桩身直径且不小于5米深度范围内有无土洞，溶洞、破碎带或软弱夹层等不良地质条件。

2、桩基成桩后，需按国家现行有关规范要求采取可靠的检测方法检测桩身和桩的竖向承载力，达到设计要求后方可进行上部施工，具体检测要求如表1。

表1：检测要求

3、采用声波透射法时，声测管采用管内径为50mm的塑料管，应下端封闭，上端加盖，管连接处应加外套粘连，保证接口光滑过渡，管口应高出桩顶100mm，且各声管管口高度宜一致。应采取措施固定好检测管，使之成桩后相互平行。检测剖面编组分别为：1-2；1-2，1-3，2-3；1-2，1-3，1-4，2-3，2-4，3-4。

图4 声测管埋管大样

4、采用钻芯法时，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）相关要求执行。桩径小于1200mm时钻1个孔，桩径在1200~1600mm时钻2个孔，桩径大于1600mm时钻3个孔，对工程桩应按规范要求，用水泥浆向上压力回灌封闭。

5、桩基竖向承载力检验：根据终孔时桩端持力层岩性报告结合桩身质量检验报告核验。

四、结束语

通过本课题研究，该技术的成功应运可为孔桩（桩长<30m且桩深>800mm）在复杂地质条件下施工且满足设计及规范要求的持力层要求，以及孔桩在其他综合性复杂地质施工区域的施工提供一定的试验参数及经验，并减少一定的工程投资，节约一定的施工工期。

参考文献

1、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）；

2、许升，土建工程中的人工挖孔桩施工技术分析[J]，智能城市，2017（13）；

3、孙娟宁，建筑工程中人工挖孔桩施工技术[J]，四川水泥，2021，（07）。

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