人工挖孔灌注桩在高层基础上的应用

 

论文摘要:人工挖孔灌注桩是楼房建筑基础中常用的一种桩基础形式,这种桩基础施工质量较客观，有效地降低工程成本。本文结合工程实例介绍其施工工艺。 

 

一、概述 

 

人工挖孔灌注桩是一种通过人工开挖而成孔的灌注桩，适用于非沙土旱地或少水且较密实的土质或岩石地层，因其占施工用场地少、成本较低、工艺简单、易于控制质量且施工时不易产生污染等优点而广泛应用于桥梁及高层建筑物桩基工程的施工中。 

 

吉林省四平市中方大厦设计为19层，设计桩直径有2.5米，2.2米，2.0米，1.8米，1.2米，1.0米和0.8米七种桩径。持力层为泥岩（在地表下9.1～9.8米）。水位在10.2米～11.1米；场地狭小，地形起伏较大，地表有稀疏植被，土质多为黄褐色、棕褐色亚粘土和灰黄色黄土，地下水主要靠大气降水供给，水位较低。在灌注桩的施工中全部采用了人工挖孔灌注桩的施工工艺，取得了预期的效果。 

 

二、挖孔及护壁 

 

现场降水作业。根据现场情况，共涉及了46眼井降水，在28天后将现场水位降至泥岩下2米；然后挖掘机将场地挖至底板混凝土垫层底标高，需要进行人工开挖、扩壁、土石方外运和护壁，是与其他灌注桩类型最大的区别之处。 

 

（一）挖孔 

 

挖孔前应按施工图纸准确放线，确定桩位中心位置，并向桩心位置四周引出四个控制点，以控制桩心。开挖应自上而下分层进行，每一层土方开挖区的形状呈上小下大圆台体形状，厚度为1米左右，上底和下底的口径分别大于设计桩径20cm和40cm。自上而下分步进行开挖，开挖区的侧壁要求做到光滑平整，底面要水平，挖出的土方用辘轳升至地面及时外运，不得堆放在孔边。 

 

在挖孔过程中施工人员必须熟悉所挖孔的地质情况，井上和井下之间应保持良好的联络信号。要勤检查，注意土层的变化，当遇到流沙、大量地下水等影响挖土安全时，要立即采取有效防护措施后，才能继续施工。 

 

人工挖孔比较容易组织，一般以三到四名工人为一组，井下工人使用短把铁锹、羊镐等工具开挖，井上工人使用辘轳将井下工人装到料斗中的土方绞上来，并用手推车推到指定的地方。如果井下没有岩层，人工开挖一个11m深的井筒大约需要4～6天。就单个井筒而言，人工挖孔的速度不如钻孔，但人工挖孔可以几个甚至十几个工作面同时开展施工作业，从而大大加快了施工进度。 

 

（二）护壁 

 

为防止塌孔，每一层土方开挖后应进行护壁。 

 

１．护壁钢筋笼。护壁钢筋笼的形状为一个圆台体的侧表面，由6道φ8环形钢筋及8道φ8母线钢筋焊接而成，环形钢筋间距为20cm，自上而下排列，其顶部和底部环向钢筋的直径分别大于设计桩径10cm和30cm，其余环向钢筋的直径按线性变化的 规律 自上而下递增。 

 

第一层开挖位于地表，可将其开口适当加大，以使护壁钢筋笼在场地上制作好后直接放入其中，对于第二层及以下各层而言由于护壁钢筋笼底部直径大于顶部钢筋直径，所以护壁钢筋笼不能直接放入，只能在井下制作完成。 

 

２．护壁模板。浇铸护壁的模板相应也呈圆台体形状，其上口的直径等于设计桩径，下口的直径大于设计桩径20cm，高100cm，由3块呈曲面扇形的薄钢板制作而成，背后焊接三角铁作为骨架起支撑作用，相邻两块模板拼缝要预留2cm间隙。拼接时用螺栓将相邻模板从拼缝处固定，并用木条填塞预留缝隙，以方便拆卸。拆模的方法是：卸掉拼缝处固定的螺栓，向内侧敲打填塞的木条，使各块模板松动、分离后逐一取下。 

 

３．浇筑护壁混凝土。护壁混凝土按C25设计，在混凝土内应掺一定数量速凝剂，以尽快达到强度要求。浇筑护壁时，为了防止模板产生偏移，应对称下料，用敲击模板或木棒插实的方法振捣，由于护壁混凝土在地面以下，湿度、温度对护壁混凝土强度的形成和增长非常有利，一般1天强度就能达到10Mpa左右，1天就可以拆模。如拆模后发现护壁有蜂窝、漏水现象，要及时加以堵塞和导流，保证护壁混凝土强度及安全。 

 

４．岩体中的开挖。当开挖的时候遇到岩体时，应采用爆破的方法进行。 

 

本项目错层处（一层地面非一个标高）台下共有18根挖孔灌注桩，这些挖孔灌注桩的直径为120cm，长度为12m，在挖至9～10m深度时遇到了石灰岩层，采取了爆破的方法进行施工。每一次爆破的厚度大约为60～80cm，以井筒的中轴线为圆心，分别以20cm和60cm为半径，各以相等的间距打两圈80cm深的垂直炮孔。其中里圈炮孔为4个，外圈炮孔为8个，每个炮孔装药约300g，里圈的装药先爆炸，300毫秒后，外圈的装药再爆炸。这样，里圈的四个药包将爆碎的岩体向上抛起，外圈的8个药包对爆破部位的残存岩体实施光面爆破，以形成垂直的井壁，效果十分理想。经过清孔后，再进行相同程序的爆破，直至桩底标高。爆破后形成的井壁不需要进行混凝土护壁，但爆破时的飞石有可能会使上面土体中护壁遭到破坏，所以每次爆破后，应逐一进行检查，将受到破坏的护壁进行加固处理，以免发生安全事故。

 

三、钢筋笼的制作与安装 

 

钢筋笼骨架在加工场地分段制作，分段长度视起吊设备的高度和钢筋主筋规格而定，一般为6m左右，如12m长的钢筋笼可分为两段。为使钢筋笼骨架有足够的刚度，每隔2.5m应在主筋外侧设置一道Φ18加强箍筋，以保证在运输和吊放过程中不产生变形。将钢筋笼运至现场后，用吊车起吊，第一段放入孔内后用钢管或型钢临时搁支在护壁上，再起吊第二节钢筋笼，对正位置焊接，焊接应采用搭接焊法，要注意搭接应满足规范的要求，焊接后逐段放入孔内至设计标高。安放前需再检查孔内的情况，以确定孔内无塌方和沉渣，安放要对准孔位，扶稳、缓慢、顺直，避免碰撞孔壁，严禁墩笼、扭笼。放入后应反复校正设计标高并用工艺筋固定，防止钢筋笼下沉或上浮。 

 

四、灌注混凝土 

 

当钢筋笼在井筒中就位以后，便可灌注混凝土，混凝土坍落度宜控制在7～9cm，拌和时间不得少于2分钟。在井口的上方搭起支架，将溜槽和串筒接上，串筒宜距混凝土面2m以内为宜，随着混凝土表面不断上升逐步减少串筒数量。严禁在井口向井下抛铲或倾倒混凝土料，以免产生离析现象，影响混凝土整体强度。每次灌注高度不得大于60cm，由井下工人用插入式振动器捣振，插入形式为垂直式，插点间距约40～50cm，应做到“快插满拔”，以保证混凝土的密实度。孔内的混凝土必须一次连续灌注完成，不留施工缝。挖孔灌注桩的混凝土质量容易保证，在制作承台时，无需打掉桩头，只需将其顶面凿毛即可。 

 

通过对本工程完成的挖孔灌注桩进行试块强度试验和桩身动检证明，I类桩达到95％以上，取得了预期的效果。 

 

五、注意事项 

 

第一，挖孔达到设计深度后，应及时进行孔底处理，必须做到无松渣、淤泥等扰动软土层，使孔底情况满足设计要求； 

 

第二，如果孔底有较少水，应该及时清净至持力层的原土层后迅速灌注混凝土； 

 

第三，如果孔底有水较多或渗透水较快，决不能勉强灌注混凝土；这时应考虑继续降水，必要时应考虑采用水下混凝土灌注方案； 

 

第四，嵌入承台的锚固钢筋长度不得低于规范规定的最小锚固长度要求； 

 

第五，混凝土的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定，且桩芯灌注混凝土量不得小于 计算 体积； 

 

第六，钻孔灌注桩人工劳动强度大，风险也较大，应严格按照《施工安全技术规范》执行各项安全措施，施工中应由专人负责安全问题，防止塌孔、有毒气体侵害等危及人员安全的事故发生。