1、人工挖孔桩的设计和施工摘要：人工挖孔桩是采用人工挖掘方法成孔、灌注混凝土形成的桩,是具有明显优点的短桩。就此种桩的设计和施工作了详细介绍,其检测可结合经验采用可靠的方法进行。关键词：人工挖孔桩,设计,施工引言：人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法成孔、灌注混凝土成为支承上部结构或地基处理的桩。人工挖桩具有以下优点:不用机械设备、无噪声、无振动、施工速度快;可分组同时开挖,土层变化情况可用肉眼验证,清底干净;可扩底。人工挖孔桩也存在着以下缺点:当地质情况复杂时成孔较困难;当桩孔较深时施工难度较大,需采用特殊的安全措施;容易发生人身伤亡事故。人工挖孔桩的适用范围为:人工挖孔桩宜在地下水位以上进行
2、,适用于粘性土、湿陷性黄土、杂填土等;不适用于流砂土层、压力软土等。近几年来,人工挖孔桩在晋城市得到了较广泛的采用,特别是在地基处理方面,收到了良好的成效。正文1 人工挖孔桩的设计1. 1 设计的前期准备在设计前应结合上部结构的特点认真分析研究勘察报告,土层分布是否均匀;挖孔穿越的土层中是否存在流砂土层和不宜成孔的土层;是否存在地下水,地下水水量如何;是否有硬持力层,以及其下是否存在软弱层。在扩底部位是否能可靠扩底等。只有经过认真分析研究后,才能选用人工挖孔桩作为基础。1. 2 设计前的调查在设计前应结合勘察报告进行现场调查,调查在建筑场地内是否存在地下管线;是否存在防空洞、采空等孔洞;相邻建
3、筑采用桩基的情况等。1. 3 收集有关资料在设计前应收集相似桩基的设计和检测资料,依据勘察报告通过工程类比等确定桩基的设计参数。当无相似桩基设计资料时,应结合工程经验确定桩基的设计参数。1. 4 及时进行桩试成孔和静载试验桩试成孔的意义在于验证地质情况和勘察报告是否相符以及桩孔成的难易程度。在试成孔后应及时调整设计。如不宜采用桩基时,应及时调整设计方案,采用确实可靠的基础形式,以免造成不必要的浪费和人员损伤。按规定要求进行静载试验的桩,应及时进行静载试验,并依据试验结果进行桩承载力设计。1. 5 根据上部结构特点,选定持力层在桩基设计时应根据上部结构的特点以及上部结构共同工作的特性,依据勘察报
4、告和同类工程的经验,选择有利的土层或岩层作为桩端持力层。1. 6 按要求进行桩设计当桩较长时应充分考虑桩侧阻力,在以往的工程经验数据中,一般桩侧阻力约占10 %到25 % ,计算过程中不应忽略。当施工中采用钢筋混凝土护壁时,桩侧阻力应按护壁的外径计算。在设计地基处理桩时一般采用不扩底的直桩,桩穿越软土层或湿陷性土层后进入稳定持力层深度达到500 mm800 mm 即可。地基处理桩的设计原则可按下述进行:结合勘察报告确定土层和桩的承载力分摊比例,按变形协调原则进行条基和桩基的设计,此时桩的承载力可采用极限承载力。当桩用于处理湿陷性黄土时,条基土的承载力可按土的湿陷起始压力推算。当桩用于地基处理时
5、,可采用低标号的素混凝土、毛石混凝土、砂浆块石、浆砌毛石等。太原市利用桩处理的软土地基很多,取得了较好的经济和社会效益,用户反映良好。2 人工挖孔扩底桩的施工2. 1 施工的前期准备在桩施工前应仔细分析研究设计图纸和勘察报告,结合工程的实际情况,比如结构类型、场地施工条件等,制定桩基的施工方案和施工中的紧急情况所采取的抢救措施。季节性施工的技术措施、施工图纸会审、会审纪要连同施工图等作为施工依据存入档案。桩基施工的控制点和水准点设置及保护措施。2. 2 工前的调查在施工前应调查地下管线的详细位置、地下防空和采空的情况,积累相邻工程采用桩基的施工经验。2. 3 桩基施工桩基施工时应根据桩位平面图
6、和桩施工图进行,做到定位准确。在施工时应严格按要求进行。当桩净距小于2 倍桩径且小于2. 5 m 时应间隔开挖。排桩跳挖的最小施工净距不得小于4. 5 m。护壁间应用钢筋拉结,孔内应设置应急软爬梯。每日开工前应检查有害气体的情况,桩孔深度超过10 m 时应向桩孔送风。孔口应设护栏,挖出的土石应距孔口四周1 m 以外。当穿越不利土层时应设置护壁,当穿越密实较好的土层时可不设护壁。当遇有局部厚度不大于1. 5 m 的流砂层时,护壁高度可减小到300 mm500 mm ,并随挖、随验、随浇筑混凝土,必要时采用钢护筒或有效的降水措施。成桩时应采用以下原则:先挖直桩至持力层,然后按设计要求进行钻探,钻探
7、资料经设计及有关人员认可后,方可进行扩底,扩底后应及时组织验收,验收符合要求后及时浇灌混凝土。当浇灌高度大于2 m 时应采用串筒,串筒出口离孔底高度不应大于2 m。每一根桩应对应一份资料。资料内容包括:桩编号、实挖桩直径、桩穿越的土层类别、桩实际扩底尺寸、实际持力层、岩土类别、钻探情况记录。由有关人员签字后存档。3 人工挖孔桩的检测人工挖孔桩每孔进行终孔验收,重点是验收持力层岩土的特征和持力层的厚度以及在主要持力层内有无影响桩承载力的软弱下卧层、溶洞、破碎带等。桩基施工完成后,应随机抽样对桩身质量进行检验。当采用钻孔抽芯法或可靠的动测法进行检测时,检测桩数不得少于总桩数的10 %。当桩的轴压比
8、较小时,也可采用低应变动测法进行检验,全部桩应进行检测。桩基施工完成后,应进行承载力检测。检测的方法和数量可根据设计等级和现场条件,结合当地可靠的经验技术确定。当用于地基处理的素混凝土类桩时,可不进行承载力检测。待桩的检测报告符合要求后方可进行上部结构的施工。工程实例：某工程位于钱塘江北岸滨江地块，地基土由冲海相砂土和海湾相软土组成，地下水位高，由于土体形成时间较短(系围垦而成)，土体结构差，含砂量高，且极不稳定，而且局部地表下有一层厚约4m由30100cm块石组成的块石层，在较深处还有零星抛石，给桩基的施工带来了很大的困难(表1)。 土层物理力学指标土层编号及名称 层厚(m) 含水量 w(%
9、) 重度(kN/m3) 孔隙比e压缩模量Es(MPa) 桩周土摩阻力 (kPa) 桩端土承载力(kPa) 承载力标准值(kPa) 粉质粘土 2.005.5031.9 18.8 0.910 7.5 12 - 120 -1淤泥 0.501.70 -16.5 - - 4 - 45 -1块石 0.308.70 -22.0 - - - - 150 粉质粘土 0.009.4032.8 18.3 0.919 5.0 12 - 90 -1粉土 0.408.4030.2 19.2 0.840 9.0 20 - 130 -2粉砂 2.005.8029.8 19.3 0.829 16.2 25 1800 170 -
10、3粉质粘土 2.504.8033.5 18.9 0.922 9.1 - - 120 淤泥质粉质粘土 1.903.9038.5 18.0 1.104 4.17 - - 90 2、桩基方案选择及其施工工艺 由于、层粉质粘土易产生振动液化，在类似工程地基处理中曾有采用沉管灌注桩产生大面积断桩失败的事例，设计时经多方比较最终选用550水下钻孔灌注桩，设计要求桩尖进入持力层-2层4d以上，桩长约15m，单桩承载力设计值420kN。 在所述地质条件下，保证成桩质量必须解决：击穿块石层，使成孔后块石层部分孔壁不发生坍塌、缩颈；碰到大漂石要确保成孔质量；钻孔过程中因土体不稳定要防止土体流动并保证成孔后不发生缩
11、颈。针对以上情况，采用了以下施工工艺： (1)为穿透块石层采用“冲击+回旋”的工艺。在地表面至块石层底用700冲击钻头冲击造孔，并放置钢护筒至块石层底护壁，以防止成孔后坍塌和缩颈。要保证护筒不移位，在护筒外空隙用黄泥均匀分层填筑以使护筒能保持垂直。放置护筒后，冲击钻机移位，再改用10型回旋钻机钻孔至持力层。成孔后将护筒留在孔内。 (2)部分孔位存在有较大的漂石，采用上下反复扫孔将漂石挤入土体。若无法挤掉漂石，则调用冲击钻机击碎处理。 (3)为防止土体流动，一是采用跳打施工工艺，跳打间距控制在10d。因按顺序施工，成孔时将由于邻桩间的混凝土侧向挤压使孔壁不稳定，极易导致土体流动，改用跳打工艺后，
12、先打的桩的混凝土已固化，不再产生侧向挤压力，可消除顺序施工时因侧向挤压而引起的孔壁不稳定；二是要在钻头进入易流动的土层时放慢钻进速度，并用优质泥浆掺加白泥以提高泥浆的粘性(造孔时泥浆密度控制在1.31.5kg/m之间)，增加护壁效果。 3、成桩情况及试验结果 采用上述工艺先施工两根试桩，成桩后经过静载试验(表2)，单桩承载力标准值分别为426kN和492kN满足设计承载力要求。按照试桩施工经验，对施工工艺作适当调整后全面进行工程桩施工，共施打500余根桩，动测结果表明：70%成桩完好符合设计要求，29%有轻度缩颈但基本不影响原设计强度，仅有极个别存在严重缩颈和夹泥现象需采取加固补强处理。但普遍
13、存在充盈系数较大的情况，说明用这种施工工艺成桩时扩孔现象较严重。 表2 静载试验结果 试桩编号 最大试验荷载 (kN) 最大沉降量 (mm) 极限承载力 (kN) 承载力标准值 (kN) 承载力标准值对应的沉降量(mm) S1 710 16.64 710426 4.31 S2 820 25.32 820492 4.20 基础浇筑到标高0.00m后，即实施沉降观察测量。上部结构结顶时，建筑物的沉降仅39mm，不均匀沉降较小，满足国家规范要求。 结语：(1) 人工挖孔桩机具设备简单, 作业时无振动,噪声小, 更适于在狭窄施工场地内对邻近建筑物基(2) 国内因劳动力便宜, 工程造价低, 并可按施工进度要求分组同时作业;(3) 当孔深较大时或地下水较为丰富地区, 须保证孔内通风及照明, 护壁混凝土强度最好与桩芯一致, 拆模时间应视当地气温条件而定;(4) 桩内空间狭小, 劳动条件差, 稍一疏忽, 容易发生人身伤亡事故, 应引起高度重视。参考文献：人工挖孔桩的设计和施工 王树中 第29卷第3期2003 年3月 浅谈人工挖孔灌注桩施工 刘义彬 来新伟 第20卷第4期2001年12月 土木工程网
