复杂地层条件下人工挖孔桩施工技术管理
关键词：人工挖孔桩、复杂地质、施工技术
武汉市洪山广场站采用盖挖逆作法施工，其中中间立柱桩采用Φ1800mm钻孔桩+Φ900mm钢管柱，钢管柱安装采用人工定位方法，因此自地面到钢管柱底两米采用人工挖孔成孔作为安装钢管柱的工作井，以下部分采用机械成孔的方式。洪山广场地质情况复杂，在平面150m的范围内，分5个地质条带，分别为地质一区炭质灰岩区、地质二区煤层区、地质三区硅质岩区、地质四区泥岩区、地质五区钙质泥岩区，区域内还存有一条承压水带，复杂的地质水文条件给实行人工挖孔桩带来了极大的困难。如何制定出一套切实可行的技术措施克服复杂地质条件是摆在项目部的一大难题。通过对人工挖孔的方案的可行性充分论证，并组织专家研讨会对人工挖孔的风险源逐一分析，主要存在以下5类风险源：
1、超深、护壁坍塌事故；2、岩溶区域人员坠落伤亡事故；3、承压水击穿护壁后坍塌事故；4、煤层区气体超标人员中毒事故；5、爆破飞石、震速过大伤人事故。
项目部技术部门根据存在的风险源，本着技术先行，讲科学，讲实际的原则，对每一条风险源制定切实可行的技术措施。
一、事先筹划，严把护壁质量关
洪山广场人工挖孔桩最大挖深30m，如何保证护壁的施工质量，防止坍塌事故的发生，是人工挖孔桩成败与否的关键。在施工前对护壁进行理论计算，混凝土护壁厚度t按下式计算：
式中：
K—安全系数，取1.65；
P—土及地下水对护壁的最大压力（MPa）；
D—挖孔桩外直径（mm）；
fc—混凝土的轴心抗压强度设计值（MPa）。
挖孔桩现浇混凝土护壁按其受力状态进行设计，一般由受力最大处，即地下最深段护壁所承受的土压力及地下水侧压力确定其厚度。施工中地面不均匀堆土产生偏压力的影响可不考虑。本工程取KZ2桩，桩长40.21m，人工挖孔40.21m，地质条件参考地质钻孔HCGC-17b，地下水位取1.5m。
当挖孔无地下水时：
当有地下水时：
式中：为混凝土护壁厚度，为安全系数，取1.65，为土和地下水对护壁的最大总压力，为挖孔桩外直径，为混凝土的轴心抗压强度设计值，为挖孔桩护壁深度，为土的容重，为土的内摩擦角，为地面至地下水位深度，为水的容重。
总计 556.9948
用C30混凝土fc=14.3MPa，D=1.8m
则t=1.65×556.9948×103×1.8/2×14.3×106=5.78cm
一般混凝土每节高0.9～1.2m，混凝土强度等级同桩身混凝土等级，壁厚取80～150mm，根据桩径及土质情况，加适量Ф6～Ф8mm钢筋，间距200～300mm。在节与节搭接处要求钢筋弯钩上下节搭接10cm，保证竖向受力传递。同时在井口部位要求护壁设置为倒“L”型形式，以确保锁口部分不下陷。由于洪山广场站人工挖孔的特殊性，人工挖孔后期还将作为钢管柱安全定位的工作井，因此要求在护壁底部打设纵向1.5m的短锚杆，保证基底的稳定性。
二、调查摸底，探明岩溶发育情况
为满足安装钢管柱的要求，洪山广场的人工挖孔桩平均深度在30m左右，在地质一区范围内嵌入炭质灰岩10m左右，按照地质构造学原理，一般在灰岩地区岩溶发育，特别是未填充的溶洞，一旦挖穿溶洞顶部后，极有可能造成人员坠落伤亡事故，为保证一线施工工人生命安全，项目部组织地质超前探，对炭质灰岩区进行补充勘查，对每个中间桩岩溶的发育程度掌握第一手资料，为了避免漏网之鱼现场的发生，在原有地质一区分区线内桩补勘外，对分界线周边的孔也进行了补充勘查。从勘查的结果来看，洪山广场岩溶总体发育，在钻探的48个孔中发现17个溶洞，见洞率35.4%，溶洞高度0.8至14m。本着先处理，后开挖的原则，制定了以下技术处理措施：
1）无填充和半填充溶洞：
（1）对洞径大于2m且无填充溶洞和半填充溶洞，一般直接灌注水泥砂浆。必要时可考虑投碎石（5mm~10mm），后采用注浆加固的方法。投碎石处理时在原钻孔附近补钻两个φ100投石孔，两投石孔中心与原钻孔中心需在同一连线上，两投石孔可相互作为出气孔。投石管采用钢套管。
（2）对小于2m的无填充溶洞和半填充溶洞，可以直接采用灌注水泥砂浆。
2）全充填溶洞或洞径小于2m的溶洞：
直接采用注浆，采用袖阀管注入水泥浆的方法进行填充加固。
注浆范围和注浆孔布置：
若外圈注浆孔仍存在岩溶，待地勘单位确认后，向外以1.5m半径向外扩散，直到四个垂直方向钻孔未出现岩溶。
同时要求开挖工人在开挖至洞顶3m处，系好安全带，通过以上措施，在实际开挖过程中未出现相应的安全事故，保证了施工安全。
三、试验+试挖，成功克服承压水
根据地勘报告揭露，洪山广场地质二区存在一条狭长的承压水带，在承压水带进行人工挖孔，一旦水压击穿覆土后，将直接导致护壁坍塌等事故发生，项目对此高度重视，反复请教中国地质大学的教授专家，对洪山广场的水文地质进行分析研究，由于武汉地区缺少长江三级阶地的降水经验，为保证人工挖孔的安全，项目部在考察周边施工工地降水的前提下，对广场进行抽水试验，以进一步确定承压水头，渗透系数等参数。通过降水试验，洪山广场的渗透系数(K)0.1015m/d，影响半径选用27m，如此小的渗透系数应该对实施人工挖孔创造了有力条件，但是往往越乐观反而会带来安全隐患。为慎重起见，项目部决定在承压水带区选取三个桩进行试掘进，要求在穿越含承压水带地层时，护壁由原来15cm增加至20cm，护壁间搭接必须保证在10cm以上。通过试掘进桩位的出水量的情况，洪山广场水量不大，为保证施工安全在每孔投入一台抽水泵以备不时之需。对护壁间出现的渗透水情况及时
