随着27年的改革开放,给深圳这座年轻的城市注入了活力、生机。深圳地区高层建筑如雨后春笋般拔地而起,市政道路、地铁正紧锣密鼓地施工和准备着。在基础施工中,因受相邻建筑物如公路、各种地下管线等市政设施的影响,以及受地质条件制约,为减少机械施工噪音的影响,对如何采取工艺简单且技术安全可靠、经济合理的施工手段,是当今投资方和施工单位所必须考虑的问题之一。人工挖孔灌注桩是近十年来开发出的一种行之有效的施工方法,尤其在广东、深圳、上海、北京地区已经得到了大力的推广和应用。
1 基本原理及适用范围
人工挖孔(或扩孔)灌注桩是指在桩位采用人工挖掘方法成孔,然后安放钢筋笼,灌注混凝土而成。
灌注桩按其受力条件主要分为两大类:挡土桩和工程承载桩。人工挖(扩)孔桩宜在地下水位以上施工,适用于人工填土层、粘土层、粉土层、砂卵石层和风化岩层。而在地下水渗水量大且难以排水的地层以及松砂层、淤泥土层中,不宜进行人工成孔,尤其不宜在有毒气的地层中进行人工成孔。人工挖(扩)孔桩的桩身直径一般为800mm~2000mm,最大直径可达3500mm。桩端采取扩底和不扩底两种方式,一般挡土桩采取不扩底方式,而工程承载桩则采取扩底方式。同时,设计人员视桩端土质条件,扩底直径一般为桩身直径的1.3倍~2.5倍,最大扩底直径可达4500mm。扩底变径尺寸一般按(D-d)/2∶h=1∶4的要求进行控制,其中,D和d分别为扩底直径和桩身直径;h为扩底变径高度,扩底部分可分为平底和孤底两种,后者的矢高h1>(D-d)/4。
为便于施工,挖孔桩孔深不宜超过30m。当桩长L≤8m时,桩身直径(不含护壁厚度,下同)不宜小于0.8m;当8m20m时,桩身直径应适当加大。
2 施工工艺
2.1 施工程序
挖孔灌注桩施工程序为:场地平整→放线、定桩位→挖第一节桩孔土方→支模浇灌第一节混凝土护壁→在护壁上二次测标高及做好轴线标志→安装垂直运输架、起重卷扬机、孔底吊土桶、通风、照明设施等→第二节桩身挖土→护壁→重复第二节挖土、支模、浇灌混凝土护壁工序,循环作业直至设计深度→检查持力层后进行扩底(仅限于工程承载桩)→清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层→吊放钢筋笼→灌注桩芯混凝土。
2.2 护壁厚度设计
大直径人工挖孔桩以及在土质条件较差地区,大都采取分段挖土、分段护壁的方法施工,以保证操作安全。对于深度小于6.0m,且土质条件较好、不扩头的桩(Φ1000mm以内)可采取不护壁挖掘。
混凝土护壁厚度t可按下式计算:
t≥KN/fc或t≥KPD/2fc。
其中,N为作用在混凝土护壁截面上的压力,N/m2,N=P×D/2;K为安全系数,一般取1.65;fc为混凝土轴心抗压强度,N/mm2;P为土和地下水对护壁的最大侧压力,N/mm2;D为桩孔直径,m。
1)对无粘性土,当无地下水时:
P=γHtg2(45°-Φ/2);
当有地下水时:
P=γHtg2(45°-Φ/2)+(γ-γw)(H-h)tg2(45°-Φ/2)+(H-h)γw。
2)对粘性土,当无地下水时:
P=γHtg2(45°-Φ/2)+2ctg(45°-Φ/2);
当有地下水时:
P=γHtg2(45°-Φ/2)-4ctg(45°-Φ/2)+(γ-γw)(H-h)tg(45°-Φ/2)+(H-h)γw。
其中,γ为土的容重,kN/m3;γw为水的容重,kN/m3;H为挖孔桩护壁深度,m;h为地面至地下水位深度,m;D为挖孔桩外直径,m。
通常护壁厚度取10cm~20cm。
