08灌浆工艺在人工挖孔桩成孔护壁中的应用

第!卷 第!期 建 筑 结 构#!年!月灌 浆 工 艺 在 人 工 挖 孔 桩 成 孔 护 壁 中 的 应 用周 旭 李 江 龙（ 攀 枝 花 钢 铁 （ 集 团 ） 公 司 设 计 管 理 处$%&#$&） 提 要 在 狭 窄 场 地 、 特 殊 工 况 及 特 殊 地 质 条 件 下 ， 按 普 通 方 法 难 以 实 现 人 工 挖 孔 桩 的 成 孔 护 壁 ， 经 多 方 案 比较 并 在 充 分 试 验 的 基 础 上 采 用 注 浆 固 结 松 散 地 层 后 再 按 传 统 方 法 进 行 桩 基 施 工 ， 效 果 显 著 。 关 键 词 注 浆 工 艺 挖 孔 桩 成 孔一 、 工 程 概 况攀 枝 花 钢 铁 股 份 有 限 公 司 炼 铁 厂号 高 炉 煤 气 下降 管 呈()， 两 端 分 别 支 承 连 接 于 重 力 除 尘 器 和 炉 顶 顶部 ， 管 底 距 离 地 面 高!#!*#+， 管 长*#+， 管 径,&+，自 重#-。%.* 工 投 产 运 行 至 今 其 下 挠 最 大 值约#,(+， 已 远 远 超 过 设 计 允 许 挠 度 值 ， 为 阻 止 其 进 一步 下 挠 ， 预 防 管 道 开 裂 破 坏 ， 必 须 采 取 措 施 对 其 进 行 加固 。 经 研 究 确 定 的 加 固 方 案 为 ： 在 距号 高 炉!+处增 加 一 高 度 为(#+的 人 字 形 支 架 ， 为 确 保 支 架 的 稳 定性 ， 支 架 基 础 必 须 有 足 够 的 埋 深 和 可 靠 的 嵌 固 ， 针 对 现场 狭 窄 的 场 地 、 复 杂 的 工 况 和 特 殊 的 地 质 条 件 ， 决 定 采用 人 工 挖 孔 桩 作 为 支 架 基 础 ， 桩 径%,(+， 桩 长+（ 详见 图%） 。按 桩 基 础 开 挖 顺 序 将 地 质 条 件 从 上 自 下 分 述 如下 ： 人 工 炉 渣 堆 积 层 ： 灰 色 ， 由 炼 铁 炉 渣 组 成 ， 成 分 单一 ， 粒 径 为#,(!#/+， 多 为!%(/+， 炉 渣 坚 硬 ， 结 构松 散 ， 埋 深0%#,(!0%,#+，!1#，!1!$)，21%(#234， 孔 隙 率 为&5； 人 工 炉 渣 碎 石 堆 积 层 ： 灰 色!褐 黄 色 ， 由 炉 渣 、 块 石 、 碎 石 组 成 ， 碎 块 石 成 分 为 砂 岩 、花 岗 岩 、 辉 长 岩 ， 粒 径 多 为%#!#/+， 大 者 为%,%+， 地层 结 构 松 散 ， 埋 深 为0%&,%!0%&,(+， 层 厚 为$,$!&,#+，!1#，!1!*)，21%$#234， 孔 隙 率 为%5； 砾岩 ： 灰 褐 色 ， 粗 粒 结 构 ， 中 厚 层 状 ， 中 等 风 化 ， 砾 石 层 分为 砂 岩 、 花 岗 岩 、 辉 长 岩 ， 粒 径 多 为!#/+， 硅 质 胶结 ，!1!(234，!1*)，21*#234。二 、 成 孔 护 壁 方 案 的 比 较由 于 桩 基 础 位 于 运 渣 铁 路 与 挡 墙 之 间 （ 见 图%） ，距 铁 路 仅 为!+， 铁 路 行 车 时 的 线 荷 载 为%#!#26+， 对 桩 基 础 开 挖 时 形 成 的 临 空 面 将 产 生 巨 大 的 侧压 力 ， 同 时 呈 松 散 状 态 的 人 工 炉 渣 堆 积 层 和 人 工 炉 渣碎 石 堆 积 层 在 开 挖 过 程 中 无 法 成 孔 ， 因 此 必 须 选 择 可靠 的 成 孔 护 壁 方 案 以 确 保 在 多 种 不 利 工 况 组 合 下 有 效成 孔 和 安 全 施 工 。 为 此 进 行 了 三 种 成 孔 护 壁 方 案 的 经济 技 术 比 较 ： 图%煤 气 下 降 管 加 固 工 程 场 地 剖 面 图（%） 直 接 开 挖 成 孔 护 壁 方 案 砖 护 壁 由 于 其 强 度低 ， 无 法 满 足 工 程 的 要 求 。 施 工 开 挖 初 期 曾 采 用 过 钢筋 混 凝 土 护 壁 ， 但 由 于 松 散 的 人 工 炉 渣 堆 积 层 内 根 本无 法 形 成 规 整 形 状 的 桩 孔 ， 每 次 仅 能 开 挖#,!#,(+施 工 段 就 必 须 支 护 ， 这 不 但 无 法 绑 扎 钢 筋 进 行 支 护 施工 ， 且 安 全 及 工 期 均 无 保 障 。 若 改 用 钢 管 护 壁 ， 施 工 条件 能 得 到 改 善 ， 但 由 于 开 挖 人 工 炉 渣 堆 积 层 形 成 的 不规 则 桩 孔 使 钢 管 护 壁 周 围 产 生 巨 大 的 空 洞 ， 铁 路 行 车时 产 生 的 巨 大 附 加 应 力 将 使 渣 体 向 钢 管 护 壁 周 围 挤压 ， 这 不 但 增 大 和 改 变 了 钢 管 护 壁 的 侧 压 力 ， 同 时 将 使铁 路 路 基 下 沉 ， 造 成 工 程 次 生 灾 害 。（） 拆 除 挡 土 墙 大 开 挖 方 案 即 将 拟 施 工 的 支 架基 础 前 的 挡 土 墙 拆 除 ， 挖 掉 支 架 基 础 穿 过 的 人 工 炉 渣堆 积 层 和 人 工 炉 渣 碎 石 堆 积 层 ， 在 砾 岩 层 内 成 桩 后 置模 浇 筑 上 段 桩 ， 再 恢 复 挡 土 墙 ， 并 回 填 取 掉 的 堆 积 层 。单 从 完 成 支 架 桩 基 施 工 的 角 度 讲 ， 该 方 法 并 非 不 可 取 ，但 可 能 对 铁 路 路 基 及号 高 炉 基 础 的 稳 定 造 成 影 响 ，导 致 严 重 的 工 程 次 生 灾 害 。 挡 土 墙 的 拆 除 和 恢 复 费 用也 较 高 ， 综 合 评 价 该 方 案 不 可 取 。（!） 注 浆 固 结 再 开 挖 成 孔 护 壁 方 案 为 了 能 保 证有 效 安 全 成 孔 ， 又 能 确 保 周 围 构 筑 物 安 全 ， 不 致 造 成 次生 灾 害 ， 采 用 注 浆 工 艺 先 固 结 人 工 炉 渣 堆 积 层 和 人 工炉 渣 碎 石 堆 积 层 ， 再 按 传 统 工 艺 开 挖 成 孔 护 壁 。 该 方案 为 本 工 程 最 终 选 择 的 方 案 。三 、 方 案 的 实 施%,灌 浆 试 验根 据 多 年 来 对 不 同 地 质 条 件 下 灌 浆 工 艺 的 应 用 经!验 ， 结 合 拟 建 场 地 的 具 体 特 点 ， 工 程 采 用 定 向 灌 浆 施工 ， 为 确 保 灌 浆 顺 利 进 行 ， 设 计 要 求 首 先 进 行 小 范 围 内的 灌 浆 试 验 ， 内 容 包 括 两 个 方 面 ， 即 灌 浆 工 艺 试 验 和 灌浆 体 的 物 理 力 学 试 验 。（!） 灌 浆 工 艺 试 验在 紧 邻 拟 建 场 地 选 一 约!#$的 空 地 ， 按 设 计 要 求在 空 地 中 部 确 定 直 径 为!%&#的 人 工 挖 孔 桩 桩 位 ， 按十 字 形 布 置&个 灌 浆 孔 ， 其 中 布 置 在 周 边 的个 孔 的注 浆 管 上 孔 眼 的 方 向 向 外 ， 采 用 压 力 灌 浆 ， 确 保 挖 孔 桩护 壁 周 围 松 散 渣 体 的 有 效 固 结 ， 增 加 松 散 渣 体 的 自 稳能 力 ， 减 小 渣 体 对 护 壁 的 土 压 力 。 中 间 的 灌 浆 孔 采 用自 流 灌 浆 方 式 以 达 到 挖 孔 桩 中 间 渣 体 的 初 步 固 结 ， 有利 于 施 工 。确 定 好 灌 浆 孔 位 后 ， 用 动 力 触 探 成 孔 灌 浆 法 ， 即 用吊 锤 把 灌 浆 管 每 次 打 入 地 层 深!%!%&#处 ， 浆 液 采用!(!纯 水 泥 浆 掺 入&)植 物 胶 和&)的 水 玻 璃 ， 用 压浆 泵 通 过 压 浆 管 将 浆 液 压 入 地 层 ， 浆 液 在 地 层 内 凝 固使 地 层 固 结 。 连 续 灌 浆 两 个 段 位 ， 灌 浆 深 度 约 为*#，达 到 设 计 要 求 的+,强 度 后 开 挖 ， 证 明 灌 浆 的 有 效 半 径为*%#， 渣 块 间 空 隙 基 本 充 填 密 实 ， 达 到 了 预 期 效 果 。（$） 灌 浆 体 的 物 理 力 学 试 验经 对 灌 浆 体 现 场 钻 探 和 刻 槽 取 样 进 行 室 内 试 验 ，各 参 数 值 如 下 ： 承 载 力 基 本 值!-.&-/0， 单 轴 抗 压强 度!1.$2/0， 内 聚 力.-/0， 内 摩 擦 角!.&3， 孔 隙 率 为!)。 这 一 试 验 结 果 充 分 说 明 ， 灌 浆 后渣 体 的 物 理 力 学 性 能 得 到 了 根 本 的 改 变 ， 其 强 度 已 基本 达 到 硬 质 岩 石 中 等 风 化 状 态 的 力 学 指 标 。$%施 工按 试 验 结 论 要 求 在 拟 施 工 的 桩 基 部 位 进 行 灌 浆 孔的 布 置 和 灌 浆 ， 在 灌 浆 固 结 达 到 规 定 时 间 （+,） 后 ， 采 用人 工 挖 孔 的 方 法 挖 掘 ， 每 次 挖 掘 深 度 为%&!%#， 绑扎 护 壁 钢 筋 后 支 护 校 正 钢 模 和 浇 筑 护 壁 混 凝 土 ， 依 次重 复 操 作 至 桩 基 础 的 持 力 层 。 工 艺 流 程 ： 确 定 灌 浆 孔位 ； 灌 浆 管 打 入 地 层 ； 调 配 含&)植 物 胶 和&)水 玻 璃的!(!水 泥 浆 液 ； 压 浆 泵 把 浆 液 通 过 灌 浆 管 压 入 地 层 ；第 一 层 灌 浆 完 成 ； 浆 液 凝 结 后 ， 对 该 层 进 行 人 工 挖 孔 ；绑 扎 护 壁 钢 筋 ， 支 护 校 正 钢 模 ； 浇 筑 护 壁 混 凝 土 ， 第 一圈 护 壁 形 成 ； 重 复 上 述 操 作 ， 直 至 基 岩 ； 扩 底 清 渣 ； 桩 孔施 工 完 成 。四 、 结 论 及 评 价采 用 注 浆 固 结 松 散 地 层 再 开 挖 成 孔 护 壁 ， 使 该 工程 桩 基 础 施 工 得 以 安 全 、 快 捷 完 成 。 桩 基 施 工 质 量 优良 ， 煤 气 下 降 管 下 挠 趋 势 得 以 有 效 控 制 。 施 工 期 间 监测 及 施 工 后 的 调 查 表 明 ， 与 桩 基 相 临 的 挡 土 墙 、 铁 路 路基 及号 高 炉 未 发 生 任 何 变 形 和 位 移 ， 桩 基 的 开 挖 成孔 未 造 成 任 何 次 生 灾 害 ， 达 到 了 预 期 效 果 。 随 后 此 工艺 在 攀 钢 金 泉 苑 住 宅 小 区 桩 基 工 程 及 攀 钢 氧 气 厂 空 压机 基 础 处 理 中 得 到 推 广 应 用 ， 效 果 良 好 。（ 上 接 第4页 ）分 析 ， 置 换 率 在!&)!$&)范 围 内 ， 水 泥 土 桩 的 加 固效 果 显 著 ， 加 固 后 的 复 合 地 基 承 载 力 标 准 值 达 到4!5-/0， 基 本 能 满 足 工 程 承 载 力 的 要 求 。五 、 结 论（!） 采 用 水 泥 土 桩 加 固 福 州 地 区 的 淤 泥 或 淤 泥 质土 等 软 土 层 ， 水 泥 土 强 度 可 取%4!%52/0， 当 需 要较 大 的 水 泥 土 桩 竖 向 承 载 力 时 ， 应 根 据 室 内 试 验 结 果确 定 更 大 的 水 泥 掺 入 量 。（$） 福 州 软 土 地 区 的 水 泥 土 桩 复 合 地 基 工 程 的 设计 ， 按 规 范676+44!进 行 单 桩 竖 向 承 载 力 计 算 应 考虑 折 减 ， 折 减 系 数 可 取%8!%4。 同 时 ， 为 了 更 好 地控 制 和 检 查 施 工 质 量 ， 对 水 泥 土 桩 进 行 单 桩 竖 向 承 载力 试 验 是 必 要 的 也 是 有 效 的 方 法 。（*） 分 析 复 合 地 基 载 荷 试 验 结 果 ， 当 试 验 的#$%曲线 为 缓 变 型 时 ， 承 载 力 基 本 值 按 相 对 变 形 取 值 ， 应 考 虑承 压 板 尺 寸 和 形 状 的 影 响 。 同 时 ， 由 于 实 际 基 础 的 尺寸 远 大 于 载 荷 试 验 承 压 板 尺 寸 ， 在 置 换 率 不 变 时 ， 尽 可能 使 用 大 尺 寸 承 压 板 ， 使 载 荷 试 验 结 果 尽 可 能 地 反 映实 际 基 础 的 承 载 状 态 。（） 在 福 州 地 区 ， 采 用 水 泥 土 桩 加 固 软 土 层 ， 承 载力 明 显 提 高 ， 随 着 置 换 率 的 增 加 ， 这 种 加 固 效 果 更 加 显著 ； 置 换 率 为!&)!$&)时 ， 复 合 地 基 的 承 载 力 标 准值 取 值 在4!5-/0之 间 ， 当 需 要 更 大 的