人工挖孔灌注桩在煤矸石回填场地的应用

李斌宇

（太原东山煤矿有限责任公司，山西 太原 030043）

1 工程概况

某煤矿为基建矿井，矿井设计产能由60万t/a提升至120万t/a。因矿井设计能力提升，需在工业广场北部扩建综采设备检修车间，主要用于存放检修矿井机械化生产中的综合采煤机支架。检修车间建筑面积1200m2，平面布置为66m×18m/21 m，结构形式为装配式钢筋混凝土架结构，柱间距为6 m混凝土柱，层面采用18 m梯形钢屋架，1.5m×6.0 m预应力钢筋混凝土墙板，维护结构为240 mm厚水泥砂浆砌机砖，场区抗震设计裂度为8度，内部设一部桥式起重机，Q=20 t/s，Gc=16.5 m，中级工作制。

2 场地布置及地质情况

2.1 场地布置

矿井主工业广场占地80亩，布置在东西两面为丘陵，南北狭长的二级阶地上，工业广场内有一条都沟河南北向穿越工业广场。为充分利用土地，在都沟河上砌筑了4.5 m×50 m（R=2.5 m）半圆拱石砌暗涵，涵洞上利用矿井井筒施工中产生的近10万m3的煤矸石回填造地形成主工业广场，回填造地工业广场占总工业广场面积近40%。综采设备检修车间布置在工业广场北部的煤矸石回填区内。

2.2 场地地质地貌

矿井位于吕梁山中段东翼，井田所在地为山地丘陵，山势较大。工业广场位于桃园村内的都沟河两岸的沟坡二级阶地上。场地属中低山区，场地中心为都沟河，河道上口宽 40 m，河底宽 14～20 m，呈“U”字型沟谷地貌。

2.3 场地基质情况

场地内主要由近4 a多的煤矿井筒施工中产生的煤矸石回填造地而成，属新近回填场地，地基由新到老的描述如下：

（1）煤矸石填层：杂色（黑色为主），土质不均匀。主要有粗细不匀的煤矸石、细砂岩，建井时直接倾倒，人工回填未经碾压，呈松散状，回填深度6.9～10.2m。浅表层1～1.5m内已风化，较密实。（2）沟底河床：二叠系下统山西组（p1），由浅灰、灰白、灰色含砾石、细砂岩和灰色砂质泥岩、泥岩，风化程度低。（3）场地内未发现采空区。（4）都沟河为季节性河，水位一般为0.4～1.0 m，河水对钢筋混凝土无腐蚀性。

3 地基处理方案选择及质量要求

综采设备检修车间是矿井机械化生产中必备的检修和存放综采支架的主要建筑，支架一般单架重12～14 t。车间要求布置在距矿井井筒较近的地方，便于地面轨道运输和装卸。由于受矿井工业场地及占地的限制，最终选址在工业广场东北部的煤矸石回填区上，且规划车间的中间留一条暗涵南北穿越整个车间。由于无法使用强夯技术进行地基处理，原设计的独立混凝土根基需进行修改。经过技术、经济和工期比较，最终选择人工挖孔钢筋混凝土浇筑桩基础，并按 “一桩一柱”形式布置。

3.1 桩基设计

（1）人工挖孔灌注桩设计桩径φ1.2 m，工程桩长8.4～11.7m。以下卧层砂岩为桩端持力层，要求保证桩端进入中风化岩层中的深度不小于1.5 m。（2）桩主箱筋φ25，箍筋采用螺旋式φ8@-250（桩顶下4.0m内箍筋加密为@150，并沿桩长每隔2.0 m增加一道φ18加强箍筋）。（3）桩身混凝土强度等级C25，钢筋保护厚度50 mm。（4）单桩极限承载力标准值为3000kN。

3.2 施工质量要求

（1）桩径偏差不大于50 mm，垂直偏差不大于0.5%，桩中心允许偏差20mm。（2）桩底沉渣厚度不大于50 mm。（3）桩身混凝土浇注应满足《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）6.3.22条的规定。（4）钢筋笼制作允许偏差：主筋间距允许偏差10 mm，箍筋间距允许偏差20 mm，钢筋笼长度允许偏差50mm。

4 施工中的主要技术要点

人工挖孔灌注桩已有成熟的施工技术措施，针对本工程的特点主要采用了以下几方面措施。

（1）同排桩基采用间隔挖孔的方法。根据施工场地回填时间短的实际，在桩基开挖时，为防止塌孔和群桩开挖时的相互扰动，采用了间隔挖孔的方法。当遇到大的孤石和集中松散层时，采用隔两桩开挖，待开挖桩浇注完混凝土后再逐次开挖，可减少开挖的暴露时间，快速掘进，及时护壁和浇筑混凝土。

（2）短掘和增加临时支护。鉴于开挖的煤矸石松散特点，采用了“短掘短护”的方法。掘进进尺由常规的1.0 m改为0.6m。借鉴煤矿井筒巷道施工中锚网喷浆支护的方法，针对开挖后壁面矸石自立性能较好的实际，用矿井井筒支护用的φ8@100×100钢筋网先对桩孔壁进行临时支护，防止下挖时松散矸石松动垮落造成塌孔。

为加强钢筋网的支护强度，防止钢筋网位移，在径向用φ18“100L-600”型短钢筋打入桩壁起类似锚杆的作用。先喷40mm厚细石混凝土进行临时支护，喷层内配置钢筋网目的在于增加喷层的抗压、抗变强度，提升扩碹钢筋混凝土的刚度，同时喷射混凝土由于喷射强度可有效充填孔洞孔隙。

（3）用喷射混凝土及时护壁。护壁采用“喷射混凝土”的方法，喷浆厚度80mm，护壁混凝土标号不小于C25。在整体工程桩施工过程中，待一批（一般为5个左右）桩坑用钢筋网支护完成后，用改进后的ZPH-Ⅱ型混凝土喷射机对桩壁进行喷混凝土支护，喷层厚度一般为80～100mm，初喷厚度为设计厚度的一半左右，待初喷层终凝后即可进行下段的掘挖，再到下步的新掘段完成并用钢筋网支护完成后，将上段的复喷与下段的初喷一次完成，如此依次完成桩的护壁。喷射混凝土护壁改变了以往的“喇叭形钢模”护壁方法，有效提高护壁的效率。

（4）保证桩头扩底尺寸和入岩深度。针对边山有坡面和风化程度不同的问题，首先要清除山坡上的强分化岩层，保证最低倾斜面的入岩深度要达到或大于设计要求的深度；同时要保证桩头扩底尺寸。对较软的岩石采用风镐扩底，对较硬的砂岩采用电爆破。当桩头扩底尺寸及入岩深度须检查符合要求后，应及时清理孔底浮土、松动石块。用不低于桩身标号的混凝土进行封底，以减少持力层岩石受水和风化，同时可减少桩端沉碛现象。

5 结语

该矿井综采设备检修车间建在新近回填的煤矸石场地上，采用人工挖孔灌桩技术后，取得了良好的效果。采用“六锚一”锚桩反力梁法对6根桩进行的静载试验表明，各项指标都满足设计要求。动态试验全部为Ⅰ类桩，特别是针对“煤矸石”这一特殊回填土场地，采取这些设计和施工技术和安全措施，可为处于特定地区煤矿地面建筑工程的地基处理提供有益的借鉴。

[1]程永双.浅谈人工挖孔桩的施工方法[J].山西建筑，2008(34):100-101.

[2]彭宏伟.复杂地质条件下人工挖孔桩施工护壁支护技术.科学时代，2010（8）.