摘 要:阐述了人工挖孔灌注桩的基本原理及适用范围,对人工挖孔灌注桩的施工程序及具体的施工工艺进行了介绍,并结合人工挖孔灌注桩在地铁工程中的 应用 进行了说明,以使挖孔桩施工更加合理化、规范化。关键词:人工挖孔灌注桩,地铁,施工工艺,地质条件
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8mL≤15m时,桩身直径不宜小于1.0m;当15mL≤20m时,桩身直径不宜小于1.2m;当桩长L20m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。
2.3 护壁成孔
为防止塌孔和保证操作安全,挖孔桩多设现浇混凝土支护,每节高1m~1.1m,或加配适量Φ6.5mm~Φ8mm光面钢筋@200mm×200mm,护壁混凝土强度标号一般与桩芯一致(C20或C30),挖孔时应预留出护壁厚度,以保证设计的桩芯柱体尺寸。
护壁施工采取拼装而成的木模支护,拆上节支下节,循环周转使用。对成桩直径不小于1.5m的桩进行支模时,为防止模板跑位变形,需设内支撑。混凝土用吊桶运输,人工浇筑,上部留100mm高作浇灌口,并用手提插入式振动器振捣,待混凝土强度达1MPa即可拆摸。当使用大厂水泥时可在8h~12h后拆模(一般视当地气温而定)。2.4 钢筋笼制安
通常有桩内绑扎和井口吊装两种方式。桩内绑扎通常用于挡土桩,而工程桩则采用井口吊装方式。对直径和长度大的钢筋笼在地面制造时,一般在主筋内侧每隔2m~2.5m加设一道与主筋直径一致的加强箍,并在每箍内设一“Δ”型加强支撑,同时将主箍焊接牢固组成骨架。为便于吊运,一般应分节制作。钢筋笼的主筋为通长钢筋,其接头通常采用对焊或双面焊,主筋与箍筋间隔点焊固定。控制保护层为不小于50mm,钢筋笼外形尺寸偏差为±10mm。
钢筋笼就位采用起重机进行吊装,上下节主筋采用帮条双面焊接,整体钢筋笼用钢管悬挂在井壁上,借其自重保持垂直。
2.5 灌注桩身混凝土
在灌注混凝土前,应先放置钢筋笼,并再次清除孔内虚土。混凝土坍落度控制为18cm~22cm。
混凝土灌注可采取现场拌制或商品混凝土泵送形式。混凝土下料采用溜槽和串筒,要垂直灌入桩孔内,避免混凝土斜向冲击孔壁,造成塌孔和混凝土离析现象。
混凝土应连续分层灌注,每层灌注高度一般不超过1.5m,对扩大头段采取一次性灌注振捣。对于直径较大的挖孔桩分层捣实时,应随时振捣密实,直至桩顶。当混凝土灌注量大时,可用混凝土泵车送料。在混凝土初凝前抹压平整,以避免出现塑性收缩裂缝或环向干缩裂缝。表面浮浆层应凿除,使之与上部承台或底板连接良好。
2.6 混凝土养护
当桩顶标高比 自然 场地标高低时,在混凝土浇筑12h后进行洒水养护;当桩顶标高比场地标高高时,在混凝土浇筑12h后应覆盖草袋,并洒水养护,且养护时间不少于7d。
3 工程实例
深圳地铁2号线土建工程2201标世界之窗站与地铁1号线十字换乘,位于1号线之下,1号线车站已经处于运营阶段。其中换乘节点48.6m位于深南大道下方范围已建成,待建车站南、北基坑分别长58.75m,43.15m,基坑深约21m,采用人工挖孔咬合桩+钢支撑支护体系,南北基坑各分两期施工。南基坑近邻景区世界之窗,北基坑近邻在建益田假日广场建筑群。本标段车站站南接48.25m暗挖区间,车站站北接区间折返线。
北基坑采用Φ1400@1350人工挖孔咬合桩;南基坑采用Φ1400@1350人工挖孔咬合桩(地铁物业部分),一期、二期基坑分界处围护桩采用Φ1400@2000(车站主体范围)和Φ1200@2000(地铁物业范围),南基坑地铁物业范围和北基坑风道范围采用Φ1200@1150人工挖孔咬合桩,挖孔桩护壁厚均为150mm。
4 结语
1)人工挖孔桩机具设备简单,作业时无振动、噪声小,更适用于在狭窄施工场地内对邻近建筑物基础的保护;
2)人工挖孔桩和外侧旋喷桩相结合止水效果良好,能保证基坑顺利施作。四周开挖后的平整度及外观质量,能确保设计施工要求;
3)当孔深较大时或地下水较为丰富的地区,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;
5)国内因劳动力便宜,工程造价低,可按施工进度要求分组同时作业;
6)人工挖孔桩受天气、气温 影响 较大;
7)如因受相邻建筑物、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,人工挖孔桩在深圳具有广阔的市场前景。
参考 文献 :
[1]马锦泰.人工挖孔桩在煤矸石地基上的施工技术[J].山西建筑,2006,32(19):92-93.
[2]徐 云.人工挖孔桩施工质量控制及安全施工[J].山西建筑,2006,32(12):74-75.
