煤矸石地质条件下人工挖孔灌注桩施工关键技术

郭 团 宝

(平遥县工程质量安全监督管理站，山西 平遥 031100)

某工程基础设计为人工挖孔灌注桩，地质条件为杂填土、煤矸石填层和粉黏土，土质较松散。由于煤矸石局部自燃、地温高且含有煤气,CO,CO2,SO2等有毒有害气体，对人身安全和混凝土的耐久性产生影响。通过工程实践，总结形成了煤矸石地质条件下人工挖孔灌注施工的关键技术，并对该类工程施工工艺进行了详细阐述。

1 工程概况

某工程基础设计为28 m深度人工挖孔灌注桩，桩径1.2 m，桩身混凝土强度C30。

2 工程地质水文条件

本工程地质情况特殊，显著特点是第①层为1 m～5 m杂填土；第②层为5 m～20 m煤矸石层，本层堆放时间15年～20年；第③层为粉质黏土，由于该地区原为沟区，地下土层有明显的坡度，厚薄不均无地下水，局部有浅层积水。

3 施工难点

1)本工程土层分布有①层杂填土(层厚1 m～5 m)，②层煤矸石填土(层厚5 m～20 m)，③层粉质黏土，比较松散、空隙比较大，渗透性好，浅层积水有可能渗入，因而解决挖孔灌注桩的坍塌和局部渗水是第一个难点。2)由于煤矸石地层中含有大量的SO2,H2S,P2O5,CO,CO2等有害气体以及煤矸石粉尘中含有很多对人体有害的化学元素如：汞、铬、砷、铜、镉、铅以及少量天然放射性元素铀235，钍232、镭226等。这些含有有害物质的粉尘气体一旦吸入人体，会导致咳嗽、恶心、中毒、气管炎、肺气肿、尘肺、致癌等疾病，甚至死亡；可燃性气体一旦达到爆炸条件还可能发生爆炸，因此解决挖孔灌注桩孔内有害气体防治和爆炸预防是本工程的第二个难点。3)由于局部煤矸石自燃，使得人工挖孔灌注桩孔内温度升高，随着深度的增加温度也逐渐增加，最高温度达100 ℃以上，因而，高温地热条件下人工挖孔工艺中对人的保护和高地热环境下混凝土的施工是本工程的第三个难点。4)为了解决摩擦阻力和隔热降温封闭渗水，防止塌孔等问题，同时也为了阻止地下注浆液远窜，本工程采用了地表树根桩封闭成环、小导管注浆工艺，因而注浆工艺是本工程的第四个难点。

4 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

5 施工关键技术

5.1 小导管树根桩封闭和地表注浆的施工

为了阻止局部渗水，加固周边土体提高桩侧阻力，同时也为了隔热、封闭有害气体需对土体进行地表注浆处理。从以往实践中可知，由于地层土质松散、孔隙率大，注浆蔓延路径不确定，有时甚至蔓延几十到几百米，因而本工程采用先用树根桩封闭再进行地表注浆的方法(见图2，图3)。

5.2 挖孔灌注桩施工

1)工艺流程：放样定位→开挖土方→测量控制→支设护壁模板→设置操作平台→浇筑护壁混凝土→拆除模板继续下一段施工→吊放钢筋笼→灌注混凝土。

2)本工程混凝土护壁形式采用外齿式(见图4)，护壁中双向φ12配筋，混凝土强度C30，上下护壁主筋搭接。

5.3 灌注桩混凝土施工

5.3.1高温环境下的混凝土的分析

本工程灌注桩在高温环境中施工，高温后混凝土强度曲线有如下结论：

工程煤矸石地层中温度在100 ℃以下，对混凝土强度影响不大，所以可以不考虑高温对混凝土的影响，只需考虑混凝土施工。

5.3.2混凝土施工

1)工艺流程：

施工准备→埋设测温装置、冷凝水管→混凝土浇筑→混凝土养护→混凝土测温、降温。

2)施工准备：

a.水泥：选用水化热低、初凝时间长的矿渣水泥。

b.砂：选用粗砂或中砂，含泥量小于3%。

c.石子：0.5 cm～3.2 cm粒径的碎石或卵石。

d.外加剂：可选用复合型外加剂和粉煤灰以减少绝对用水量和水泥用量，延缓凝结时间。

e.施工配合比一般要求，水泥用量控制在300 kg/m3以下，泵送砂率在0.4～0.5之间，坍落度10～14为宜。

3)埋设测温装置、冷凝水管：

a.本工程测温采用建筑电子测温仪进行测温。

b.工艺流程：布置测温点→确定测温点的深度→选择合适的测温线→预埋测温线→浇筑混凝土进行测温。

施工时，每支测温线的插头都应贴有相应长度规格的标签。

c.测温点布置原则：监测点的布置范围应以所选混凝土浇筑体有代表性的部位。测温点稳定可靠。

d.确定测温点的深度：深点深度距离桩底100 mm，浅点深度为100 mm。

e.选择合适的测温线：测温线的长度为测温点的深度+200 mm。

f.预埋测温线：将测温线绑在支撑物上，在浇筑混凝土前将绑好测温线的支撑物绑扎固定到钢筋网上，温度传感器处于测温点位置，插头留在混凝土外面并用塑料袋罩好，避免潮湿，保持清洁且有完善的保护措施。

g.测温线要穿钢管保护，混凝土浇筑过程中，下料时不得直接冲击测温线管；振捣时，振捣器不得触及测温线。

4)混凝土浇筑：

混凝土采用一次浇筑成型，浇筑桩身混凝土时，相邻10 m范围内的挖孔作业停止，并不得在孔底留人。

5)混凝土养护：

混凝土达到初凝后即开始进行覆盖养护。

6 实施效果

本工程实践证明，在施工中未出现坍塌和局部渗水、有害气体泄漏和爆炸事件，且高地热环境下混凝土施工也满足设计要求，经检测，所有人工挖孔灌注桩质量全部符合要求；沉降观测数据全部符合要求。

7 结语

在有煤矸石的地层中施工人工挖孔灌注桩，应根据地质地层实际情况，选择不同的施工工艺，解决在煤矸石地层中人工成孔造成的困难以及在煤矸石地层施工中由于地热引起的混凝土施工难题，确保灌注桩质量良好。施工过程中应防止发生有害气体泄漏、爆炸和坍塌及渗水等事件。

本次针对在煤矸石地层中人工挖孔灌注桩施工的各种困难进行了针对性的处理，对今后在有煤矸石地层的类似工程的策划和施工及相应规范编制上起到了借鉴作用。

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