灌注桩在煤矿采空区成孔难问题浅析

任海贵

(山西西山金信建筑有限公司，山西 古交 030200)

目前，煤矿采空区不良地质情况较多，在此之上建筑工程施工多采用桩基础，而在桩基础施工时如果遇到采空区，可能发生成桩难的问题。旋挖钻机由于性能优越、自动化程度高、环境污染小、使用方便等诸多优点而受到业内人士的青睐，逐渐成为钻孔灌注桩施工的首选设备。本文主要论述灌注桩采用旋挖钻机施工时遇到采空区处理方法。

1 工程概况

西山煤电集团有限公司官地矿生产调度中心危楼改造工程，位于煤矿采空区，工程基础设计为钢筋混凝土灌注桩。桩端头要求持力层为粗砂岩层，桩长在22～28 m，桩径1～1.2 m。地质勘察资料显示，持力层位于两层煤层下方，大部分桩将穿过一层或两层煤矿采空区，并有部分巷道渗水。如何减少采空区对成桩的影响，是一个技术难题。经过大量研究和分析，针对旋挖钻机在煤矿采空区等不良地基的成孔难的问题提出了处理方案。即:用C20混凝土(掺早强、膨胀剂)填充采空区，与旋挖钻机成孔相配合，填充后进行二次成孔，并在多层采空区部位增加钢护筒。

2 方案概述

根据桩位进行孔口定位。孔口定位合格后，旋挖钻机开始钻孔，根据钻机压力表显示情况，判断是否已进入采空区，当钻机挖至采空区底后，应停止钻孔。填充时，将根据采空区高度与砼塌落度计算出填充区砼的用量，用较小塌落度的混凝土填充到采空区，当混凝土标高不再下降且高出采空区上标高1 m时，停止浇筑，待混凝土强度达到设计强度的70%以后，再用钻机在此基础上继续向下钻孔;如再遇采空区，按上述方法继续钻孔填充，直至钻到设计标高为止。桩孔验收合格后，在已经制作完成的钢筋笼上安置钢护筒，下钢筋笼后，开始浇筑混凝土，直至设计标高为止。

3 工艺流程

放线定位→埋桩顶护筒→钻孔至第一层采空区底→采空区填充→钻孔至第二层采空区底→采空区填充→成孔→下钢筋笼→浇筑C30砼→拔桩顶护筒。

4 施工工艺操作要点

4.1 测量放样

利用施工现场附近复核报批过的导线点和水准点和办公楼基础平面图，用全站仪等仪器准确放样各桩位中心，用十字桩固定位置，用水准仪测量地面高程，确定钻孔深度;测好的桩位必须复测，误差控制在5 mm以内。

4.2 钻孔和确定采空区位置

孔口定位合格后，旋挖钻机开始钻孔，起落钻头速度要均匀，不得过猛或遽然变速，孔内出土，应立即清走，不得堆积在钻孔周围。根据钻机压力表显示情况，判断是否已进入采空区，及时记录好采空区的具体高度及上下标高，当钻机挖至采空区底后，停止钻孔，桩孔存在地下水时，则抽水。然后计算好周边灌注桩采空区的上下标高。

4.3 采空区充填及二次钻孔

填充前，根据采空区高度与砼塌落度可计算出填充区砼的用量。填充采用溜筒，将较小塌落度(130～150 mm)的混凝土(掺3%早强、3%膨胀剂)填充到采空区，当混凝土标高不再下降且高出采空区上标高1 m时，停止浇筑，待混凝土强度达到设计强度的70%以后，再用钻机在此基础上继续向下钻孔;如再遇采空区，按上述方法继续钻孔填充，直至钻入粗砂岩下1 m为止。

采空区成孔充填施工示意图见图1。

图1 采空区成孔充填施工示意图

4.4 钢筋笼及钢护筒的制作、吊装、就位

4.4.1 钢筋笼现场制作

钢筋笼主筋接头采用单面搭接焊连接方式，接头百分率不大于50%，接头错开35d(d为钢筋直径)。为防止钢筋笼变形，加强筋采用d16@2000与主筋焊接牢固，在钢筋笼吊点处特别加强，避免吊装时开焊。箍筋与主筋在每个交点处采用绑扎或点焊间隔加固。为控制钢筋笼保护层厚度，应在钢筋笼主筋上加焊扶正器，每断面布置2个，间距2 m一道，沿钢筋笼同一截面外围均匀布置，扶正器用d8钢筋制作。每根扶正器钢筋长200 mm。

4.4.2 钢护筒的制作、固定

在钢筋笼上标出采空区的具体位置，并上下各延伸2 m长，采用6 mm厚钢板卷成圆形钢护筒与钢筋笼焊接固定，钢护筒与钢筋笼之间用与钢筋笼主筋相同的并与桩保护层尺寸相同的钢筋头焊接，在钢筋笼主筋上每隔0.5 m焊一个，按梅花型布置。然后在护筒外加焊d12@100 mm的螺旋箍筋进行加固。箍筋除满足原设计要求外，还应在穿越采空区附加钢套筒长度范围内全高加密。

4.4.3 钢筋笼的吊装

吊放钢筋笼采用塔吊，注意主筋方向，入孔时要扶稳、直顺、缓缓放入孔中，防止碰撞孔壁，放到设计标高后，用2根d8钢筋在孔口予以固定。钢筋笼根据桩孔深度分2～3节边下放边焊接，吊装前质检人员及旁站监理验收合格后方可吊入孔内。吊装时在钢筋笼通长范围内绑扎脚手架钢管一根，作为吊装支点，以防止钢筋笼变形，钢筋笼垂直后，边往下放钢筋笼边拆除钢管。带钢护筒钢筋笼放置示意图见图2。

图2 带钢护筒钢筋笼放置示意图

4.5 桩孔验收

桩端头是否进入持力层，且不小于设计深度。桩孔的孔径、桩位及垂直度是否满足设计要求。孔底沉渣厚度是否满足设计及规范要求。

4.6 浇筑成桩

桩孔验收合格、钢筋笼安放固定后，尽快浇筑桩芯混凝土。桩身混凝土塌落度采用140±20 mm，桩孔深度超过12 m时，用混凝土料斗和导管垂直灌入浇筑，浇筑时应连续进行，利用上下提升导管，混凝土通过导管自上向下顶压和自重增强其密实性，桩顶以下5 m范围内使用插入式振捣器进行振捣，以保证桩顶质量。混凝土浇筑到桩顶时，应适当超过桩顶设计标高，以保证在剔除浮浆后，桩顶标高符合设计要求。桩顶超灌高度为0.5 m，充盈系数不小于1.0。凿除桩头时先用切割机在设计桩顶处割出一条圆线，深度应小于钢筋保护层10 mm。然后从上向下分小块凿除。离桩顶标高约5～10 mm时，用细錾子剔出。

5 施工中的创新点

1)二次成孔:当钻到采空区时，将采空区用塌落度低的C20混凝土掺早强剂、膨胀剂进行填充，混凝土强度达到70%时，重新在混凝土面上钻孔。

2)采用落度值130～150 mm的C20混凝土进行采空区填充，可降低充填数量，节约施工成本。

3)为了避免采空区部位新填充的混凝土抗侧压力不足，在钢筋笼外加钢护筒，来保证孔壁的承载力。

6 应用效果及前景

西山煤电集团有限公司官地矿生产调度中心危楼改造工程灌注桩，于2010年11月20日开钻，至2011年5月28日结束。按此方案施工灌注桩42根，累计桩长1 307.79 m，穿越煤炭采空区84处，累计空洞深度294 m，施工中未发生异常现象。经试验测试，所有桩混凝土均合格，未出现断桩和混凝土离析情况。由此可见，采用C20混凝土(掺早强、膨胀剂)，将周边采空区填充、钢护筒措施穿越煤炭采空区，速度快，工期短，效果显著，有效地保证了桩基质量。

该技术的成功应用可为建筑行业遇煤矿采空区施工提供借鉴，具有很好的推广应用价值。