千枚岩地质大型灌注桩开挖施工工法

王 科，田 涛

(陕西水利水电工程集团有限公司，陕西 渭南 714000)



千枚岩地质大型灌注桩开挖施工工法

王 科，田 涛

(陕西水利水电工程集团有限公司，陕西 渭南 714000)

汉中石门水库渡槽工程地质为为前寒武系绿泥石绢云母千枚岩，中墩竖井开挖是汉中石门水库渡槽工程的一个难点项目，每个中墩下设计有8根桩基，最小桩距仅为1.55m，开挖过程中井壁坍塌严重，安全施工无法保证，项目部根据现场地质情况，最终采用钢筋混凝土倒挂壁，间隔开挖的施工方法解决了开挖问题，顺利完成了桩基施工开挖的质量，通过文章的介绍，对同类地质条件下竖井开挖具有借鉴意义。

水利水电工程；大直径桩；倒挂壁；开挖施工技术

1 工程概况

位于陕西省汉中市境内的石门水库灌区沥水沟渡槽工程属于震后的一项改建工程，该工程的渡槽全长为169.13m，其水流量为30m3/s，跨渡槽，其跨度为43m。该工程设计属于钢筋混凝土拱肋排架结构。渡槽设计为中部空心墩2个，两侧大体积重力式边墩2个，挡墙2个，全渡槽共有30根桩基，最大桩径2.7m，最小桩径1.7m，其深度在14.2-30m之间。

2 地质条件

地表地质为第四系全新统人工填土和砂卵石层，较为松散，下面为前寒武系绿泥石云母千枚岩，岩体破碎、软弱，风化强烈，张裂隙发育，遇水软化成泥状，地下水类型为孔隙潜水和基岩裂隙水，中墩设计盖梁底4-8m见地下水。

3 桩基施工的难点和问题分析

3.1 设计桩距较近，不符合规范要求

1)根据2003版《全国民用建筑工程设计技术措施-结构》中表3.10.2桩的最小中心距规定为：人工成孔灌注桩中心距宜≥2.5d，依据规范，中墩井柱的中心距最小应为：2.5×2.3=5.75m，设计中墩井柱最小中心距为3.90m。

2)根据JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》中表3.3.3-1桩的最小中心距规定：本工程为成桩工艺为非挤土灌注桩，桩的最小中心距为3d,即3×2.3=6.9m。

设计图纸中中墩下井柱中心距和净距过小，不符合相关规范之规定，在多方交涉，无法改变设计文件的前提条件下，考虑工期和经济性，决定井柱开挖方法,为人工钻爆间隔开挖。详见图1。

图1 人工钻爆间隔开挖图

3.2 受爆破震速影响，需开挖完后统一浇注

因1号中墩处于河沟当中，汛期河沟水流较大，项目部受工期所迫，决定先开挖①、③、⑤、⑦号井柱，待其4个井柱开挖完毕混凝土浇筑后再施工其余4个井柱(原则为挖一个、浇一个、保一个)，但存在邻桩施工时爆破对新浇筑井柱混凝土的影响问题，经咨询相关专家及查阅规范后，方案是不可行的，原因为：根据GB6722-2003《爆破安全规程》第6.2.2条规定，爆破对新浇大体积混凝土的安全允许震速V值为：龄期初凝-3d，V=2-3cm/s,龄期3d-7d，V=3-7cm/s，龄期7d-28d，V=7-12cm/s。

参照爆破震速计算公式及根据工程经验，在净间距只有1.55m时，即便最大一段爆破药量控制不超过1kg，相邻已浇筑井柱混凝土受到的爆破震速，无论如何都在40cm/s以上，远超过规程允许值。由此说明，爆破振动必将破坏相邻井柱的完整性，使其混凝土产生裂缝。即便采用预裂爆破措施，也改变不了上述结果[1]。

3.3 开挖过程中、渗水、塌孔现象严重

项目部最终开挖方案为：先开挖①、③、⑤、⑦号井柱，再开挖剩余②、④、⑥、⑧号井柱，待所有桩基开挖完后会再进行灌注桩混凝土的浇筑。由于工程所处地质为千枚岩，风化破碎较为严重，开挖过程中塌方、串孔现象较为严重，经过分析研究：我项目部开挖时采用倒挂壁形式进行护壁支护，爆破时遵循“短进尺，弱爆破，分段起爆，降低最大一段药量”的原则有效的解决了问题。

4 开挖及支护施工技术

4.1 开挖施工技术

4.1.1 施工工艺

开挖的工艺方法主要是采用了人工钻爆法，从上层到下层按顺序进行开挖，然后是先挖中间、接着是周边，在开挖过程中必须有效控制截面尺寸。每节护壁的高度一般以0.9-1.2m之间较好。护壁模板采用组合式钢模，弧形工具式钢模八块拼装。人工浇筑，人工捣实，混凝土强度标号为C20，坍落度控制在100mm，护壁混凝土要振捣密实，需加早强剂，严禁用插入振动器振捣，以免影响模外的土体稳定；上下壁搭接50-75mm，护壁混凝土达到一定强度(一般24h后)便可拆模，再开挖下一段。

人工挖孔时，土质地层和强风化地层采用铁锹、洋镐或风镐进行开挖，如至弱风化、微风化岩层时，采用非电雷管浅孔爆破方法进行开挖。

井口设置全角吊运机进行渣土垂直运输，倾倒至井外后由挖掘机收集装车外运。

4.1.2 爆破方法及参数

井柱岩石开挖遵循“短进尺，弱爆破，分段起爆，降低最大一段药量”的原则。将每次爆破的循环进尺进行有效的控制，0.8m左右的控制量，每次爆破的石方量为3.93m3，岩石成分主要为千枚岩，其坚固性系数为f=6-8，每次爆破钻孔的直径为40-42mm，炸药成分的选择主要为粉状乳化炸药卷，每卷为150g，每卷的长度为20cm。掌子面上设置布置3圈炮孔，钻孔的深度为1m，炸药单耗q=2-2.5 kg/m3，爆破的方式主要是采用毫秒差起爆，控制最大一段起爆药量不超过2.5kg。

1)炮孔布置：

a)掏槽孔布置：对于掏槽孔的布置，主要是采用了锥形掏槽的方式，对其有效的布置4个有效孔，其孔口是0.8m的圆圈直径，掏槽孔的有效深度为1.2m，其孔底的间距设定为0.3m。

b)中空孔布置：中空孔按照布局要求，设计在圆心位置，中空孔的孔深为1.3m，孔径≥其他炮孔。

c)辅助孔布置：周边孔和掏槽孔之间进行辅助孔的布置，中间孔设计了8个，中间孔的深度为1m。

d)周边孔布置：设计轮廓线以内15公分处设计周边孔，周边孔设计布置12个，周边孔的深度为1m。

综上，总共有25个炮孔，进尺为26.1m。

2)药量：

选定q=2.5kg/m3，每一次的爆破总需药量为Q=qV=2.5×3.93=9.8kg。

a)掏槽孔药量设计：设计0.6kg的单孔药量，所以4个掏槽孔的总装药量为2.4kg；

b)中空孔：装药量0.3 kg(装药长度0.4m)；

c)辅助孔：单孔药量0.375kg(装药长度0.5m，炮孔装药系数0.5),8孔共装药3.0kg；

d)周边孔：单孔药量0.375kg(装药长度0.5m，炮孔装药系数0.5),12孔。

共装药4.5kg。

以上25个孔总装药量10.2kg，相当于单耗2.6 kg/m3。

3)起爆网络：

采用毫秒差导爆管雷管起爆网络，各类炮孔所用毫秒延期雷管段别及延时见表1。

表1 起爆雷管段别及延时

以上爆破设计详见图2。

图2 爆破设计图

4.1.3 开挖爆破施工应注意的问题

1)布孔：应由爆破工程技术人员或爆破班长完成，用红油漆将孔位布置在岩面上，钻孔孔口偏差应≤5cm。

2)钻孔：掏槽孔与工作面夹角为78°，钻孔时应很好掌握，确保孔底间距(设计值为0.3m)，偏差≤5cm。各炮孔孔深应根据工作面岩石起伏程度作出调整，使孔底落在设计位置；

3)装药：按设计值装药，起爆雷管装在底部药卷，反向起爆；

4)填塞：用干混合适的黄土(含水量15%左右)填塞炮孔，用木炮棍认真分层捣实，不允许使用无填塞(或用值填塞)爆破；

5)起爆网络：将从25个炮孔伸出的25根导爆管簇连在一起，用2发电雷管引爆，起爆源为导爆管起爆器。

6)爆破效果总结：在每次爆破完成之后，钻孔人员，技术人员一块观察爆破的现场，根据现场的情况，总结爆破的经验教训，根据本次爆破的实际情况，来辨识本次爆破的问题，并提出解决方案，为下次循环爆破提供有效的改进措施[2]。在这种不断改进和优化的过程中，不断的改进技术水平。

7)开挖爆破同时，也要注意已开挖成型井柱的支撑防护及渗水的及时抽排。

4.2 倒挂壁支护施工技术

采取定型加厚钢模板，全井身施工倒挂壁混凝土，厚度为150mm，混凝土标号为C20，增加配筋率，护壁钢筋配筋为Φ8，间距为150mm，具体施工方法如下所述：

1)倒挂壁示意图见图3。

图3 倒挂壁示意图

2)倒挂壁施工要求：

a)首节倒挂壁伸出井壁外0.5d(d为井柱直径)，每层护壁高度为1.0m，严格按照C20混凝土配合比拌料，入仓必须进行振捣。

b)每层护壁钢筋网片必须严格绑扎牢固，上下层钢筋网片竖向钢筋要焊接牢固，搭接长度为10d，即搭接长度为8cm，每层护壁混凝土方量1.06m3，钢筋量为39.9kg；混凝土保护层为5cm。

5 结 语

竖井施工是水利水电的重要工程施工点,不仅关系着整个工程的质量,属于基础项目的工程,要科学的设计工程方案,聘请专业的,有资质工作人员进行施工，汉中石门水库渡槽改建工程通过各方面人员的共同努力，解决了施工过程中存在种种问题，完成了中墩井柱开挖任务，为后期其余井柱施工奠定了坚实基础，也为在相类式地质条件下施工大直径、近距离人工挖孔桩积累了经验。

[1]穆爱明.石门水库灌区沥水沟渡槽斜井施工技术分析[J].陕西水利，2012(05)：26-30.

[2]艾进荣.钻孔灌注桩开挖后桩顶冒水库因分析及预防措施[J].西部探矿工程，2009(11)：69-70.

1007-7596(2017)05-0085-03

2017-04-16

王科(1980-)，男，陕西渭南人，工程师，从事施工管理工作；田涛(1982-)，男，陕西渭南人，工程师，从事施工管理工作。

TU753.3

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