人工挖孔桩在施工中的质量控制

关键词： 浅谈 人工挖孔 桩 施工技术   人工挖孔桩具有机具设备简单， 施工 操作方便，占用场地小，无泥浆派排出，对周围环境及建筑物影响小，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低等优点，因此，近几年得到广泛运用，特别是在扩大头的桩基施工中，人工挖孔桩施工更有其优越性，可以弥补机械施工的一些不足。

一、前言

    人工挖孔桩在灌注桩中历史最久，问世已逾百年。人工挖孔桩与机械挖孔桩相比较具有许多优点：1）工艺简单；2）造价低，比机械钻孔桩节约50%以上，有的工程甚至成倍的节约；3）工期快，挖孔桩可几十根桩同时开工，不受大型机具数量的限制，是桩基施工中速度最快的首选方案；4）成桩质量好，桩底清理后无淤泥，克服了机械钻孔桩清基时垮孔与清基不干净，沉淀物超规范的弊端；5）“断桩”处理简单、效果好。因挖孔桩可将孔内水抽干而不垮孔，当桩身的灌注有质量问题时，可将水下作业的内容变为干处无水作业，而钻孔桩一般是做不到的；6）挖孔橇所用施工机具价值低、重量轻；7）当设计为端承桩时，挖孔桩可进行有效扩底，同样大的承载力可减少工程量，降低工程造价；8）其施工环境污染少，空气噪音小。挖孔桩施工的缺点是：受水文、地质、桩长的限制，必须有选择性的使用，耗费劳动力多，施工人员的安全性较差。原先挖孔桩的适用范围一般局限于陆地，孔径小于1.4M，孔深小于15M，要求地质稳定，地下水少。正因为挖孔桩的优越性，近10年来，由于人们不断的深索、总结、提高施工技术，不断的寻找拓宽孔桩的适用范围，使得挖孔桩技术得到了很大的发展。孔深由15M发展至50多米；孔径最少0.8M，最大8M，并实现了挖孔桩由陆地转入水中的重大突破，使挖孔桩对水文地质有了更广泛的适用范围。

但由于人工挖孔桩以手工操作为主，人为因素多，致使有些人工挖孔桩单桩承载力满足不了设计的要求，给建筑物的结构安全带来不应有的隐患。

二、人工挖孔桩施工质量控制方法

    2．1桩孔定位和成孔质量控制

施工中，桩径、桩孔的垂直度和桩底扩孔是桩基成孔的质量要素，直接影响桩基承载力。为保证质量，采取以下措施：

2．1．1以根据设计桩径和橇底扩孔几何尺寸制作检查尺模，用以施工中检查修正。

2．1．2的定位应采用经纬仪精确测量放线。为了方便施工中检查校核，应根据放线的桩心位置，以桩径加护壁厚度为半径，在地面上用砖或混凝土制作200mm高的桩上孔，桩孔表面砂浆抹平，然后用经纬仪把每根桩的纵向轴线抄在桩孔上孔表面，而且用水准仪要确定桩上孔标高并进行标识。

2．1．3通过：“十”字形尺模和垂球来检查桩孔垂直度，要求每2m检查一次，通过桩孔标高标识来控制桩长。当桩基扩孔完毕后，采用预先根据扩孔几何尺寸制作的尺模进行检查，根据此办法，可以在施工中很好地控制桩孔垂直度及桩基扩孔质量，防止桩出现颈缩现象。

2．2对地下水的控制

地下水是深基础施工中最为常见的问题，它给人工挖孔桩施工带来了许多困难。含水层中的水在开挖时破坏了其原来的状态，使周围的静态水失去原来的静态而变成了相应的动态水充入桩孔内，从而影响了人工挖孔桩的正常施工，如遇到动态水压土层施工，不仅开挖困难，连护壁混凝土也不易浇筑，易被水压刷穿透，发生桩身质量问题。如遇到了细砂、粉砂土层，在压力水的作用下，极易发生流砂和井漏现象，对正常施工造成很大的影响。

如地下水量不大时，可选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应段的混凝土护壁，然后继续下一段的施工。当水泵抽水不能保证正常挖孔时，就要从施工顺序及施工工艺上考虑。采取对周围桩孔同时抽水，人工降低开挖孔的地下水位，以减少开挖孔内的涌水量，如此采取交替循环施工的方法，合理组织安排，能达到很好的效果。对不太深的挖孔桩可在场地四周合理布置统一的轻型管井来降水分流，如基础平面占地较大时，可通过增加降水管井的排数来解决。总之，在人工挖孔桩施工中处理地下水问题时，一定要注意周围环境。有时施工会对周围环境、基础设施等产生影响，不可能无限制抽水；周围如有河流、湖泊、沼泽等，有可能达不到抽水的目的。因此在抽水前均要采取可靠的措施，处理这类问题最有效的方法是截断水源，封闭水路。桩孔较浅时，可采用板桩封闭；桩孔较深时，可采用钻孔压力灌浆形成帷幕挡水，以保证在正常抽水时，能正常开挖。

2．3对流砂的控制

人工挖孔在开挖时，如遇有流动的细砂、粉砂层地质时，极易形成流沙，严重时会发生井漏，造成质量事故。因此，施工时要采取有效可靠的措施，以确保施工过程的安全。

2．3．1流砂情况较轻时

有效的方法是缩短这一循环的开挖深度，将正常的1m左右一段，缩短为0.5m，尽量减少所挖砂层孔壁的暴露时间，组织人员及时进行护壁混凝土的浇筑。当孔壁塌落，有泥沙流入而不能形成桩孔时，可用编制袋、麻袋装土堆堵，形成桩孔的外壁，但必须保证在施工过程中孔内壁要满足设计要求。

2．3．2流砂情况较严重时

常用的办法是下不小于σ4mm厚钢套筒，钢套筒与护壁的钢模板相似，以桩孔外径为直径，可分成4—6段圆弧，再加上适当的筋条，相互用螺栓或钢筋扣连接。在桩孔开挖0.5m深左右时，即可分片套筒装入，伸入孔底不少于0.2m，插入上部混凝土护壁外侧不小于0.5m，装好后即支摸浇筑护壁混凝土，若放入套筒后流沙仍上涌，可采取突击挖出后即用混凝土封闭孔底的方法，待混凝土凝结后，将孔心部位的混凝土清凿以形成桩孔。也可将此方法应用到混凝土护壁最下段的护底段施工，使孔壁倾斜至下层护壁以外，打入注浆管，压力浇注水泥浆，使下部土壤更硬些，提高周围及底部土壤的不透水性，以解决流砂现象。

2．4淤泥质土层

在遇到淤泥质软弱土层时，一般采用木方、木板、模板等支档，并必须缩短这一段的开挖深度，及时浇筑混凝土护壁。用于支挡的木方、模板要沿周边打入底部不少于0.2m深，上部嵌入上段已浇好的混凝土护壁后面，可斜向放置，双排布置互相反向交叉，这样，支档效果较好。

2．5桩身混凝土浇筑的质量控制

在桩身混凝土的施工过程中，要保证桩身混凝土的质量，除必须处理好孔底积水和孔壁渗水问题，还必须保证桩身，混凝土的密实性。

2．5．1孔底积水

浇筑桩身混凝土时应保证其符合设计的强度要求，要保证混凝土的均匀性、密实性，重点应防止孔内积水影响混凝土的配合比和密实性。浇筑前要抽干桩孔内积水，抽水的潜水泵要装上逆止阀，以免提起水泵时抽水管中残留水又流入桩孔内。如果孔内的水抽不干，提出水泵后，可采用干拌混凝土或纯水泥铺入孔底，然后再浇筑混凝土。对孔底水量大，确实无法采取抽水方法解决的，桩身混凝土的施工应采取水下混凝土施工工艺要求进行施工。

2．5．2孔壁渗水

对孔壁渗水的问题不容忽视，因桩身混凝土浇筑时间较长，如果渗水过多，将会影响混凝土质量，降低桩身混凝土的强度。因此在桩身混凝土浇筑前应采用防水材料封闭渗漏部位。对于出水量较大的孔采用木楔打入，周围再用防水材料封闭，或者在集中漏水部分嵌入泄水管，装上阀门，在施工桩孔时打开阀门让水流出，浇筑桩身混凝土时再关闭，这样也可解决其影响桩身混凝土质量的问题。

2．5．3保证桩身混凝土的密实性

桩身混凝土的密实性，是保证混凝土达到设计强度的必要条件。为保证桩身混凝土浇筑的密实性，通常采用串流筒下料及分层振捣浇筑的方法，其中的浇筑速度是关键，即力求在最短的时间内完成一个桩身混凝土浇筑，当遇到有地下压力水的情况时，必须要有集中足够的混凝土在最短时间内浇入，以便混凝土自身重量领先压住水流的渗入。

对于深度大于10m的桩身下线，可依靠混凝土自身的落差形成的冲击力及混凝土自身的重量的压力使其密实，多年的施工经验可以证明，桩身混凝土能满足均匀性与密实性。其混凝土的速度，比采用串流筒施工的混凝土的更快，但对于桩身上部混凝土浇筑时，必须采取正常的施工方法，因为一般上部很少有地下水影响，浇筑速度不必很快，不能采用自由下落的特殊施工方法，同时在用插入式振动棒振捣时，插点要均匀，做到快插慢拨，上下抽动，层层扣搭的操作方法，使混凝土振捣密实。

2．6合理安排施工顺序

合理安排人工挖孔桩的施工顺序，对减少施工难度起到重要作用，在施工方案中要认真统筹，根据实际情况合理安排。在可能的条件下，先施工比较浅的桩孔，后施工深一些的桩孔。因为一般桩孔愈深，难度相应就愈大，较浅的桩孔施工后，对上部土层的稳定起到加固作用，也减少深孔施工时的压力。在含水层或有动水压力的土层中施工，应先施工外围（或迎水部位）的桩孔，这部分桩孔混凝土护壁完成后，可保留少量桩孔先不浇筑桩身混凝土，而作为排水井，以方便其它孔位的施工。保证了桩孔的施工速度和成孔质量。

三、工程实例

3．1质量控制优良工程实例

3．1．1南昌铁路车站行包房工程，位于南昌火车站站北侧，建筑面积5128m2，四层全现浇框架结构。1999年7月开工，同年12月完工，基础采用人工挖孔桩。

3．1．2南昌铁路工人体育馆工程，位于南昌铁路二村工人文化宫东侧，建筑面积5218m2，主楼为标准室内篮球馆，副楼为四层综合型活动用房（含乒乓球馆、健身房等），结构形式为全现浇框架结构。于1999年12月开工，2001年5月完工，基础采用人工挖孔桩。

3．1．3九江铁路客运站乘务备班综合楼工程，位于九江火车东站东侧，九江铁路客运站院内，建筑面积为4936m2，六层全现浇框架结构。本工程于2002年12月开工，2004年7月完工，基础采用人工挖孔桩。

经过对人工挖孔桩实施上述的技术控制，使其达到了预期的效果，深受业主与监理单位的好评，在对成桩的大小应变测试证明，人工挖孔桩满足设计要求，达到了质量验评标准的优良等级。

3．2质量事故工程实例

3．2．1工程概况

某工程建筑面积8000m2，八层框架结构。基础采用大口径加扩大人工挖孔桩，原设计桩端持力层落在⑦层残积轻矽质粘土层上，地基承载力标准值为300~350Kpa，后来设计修改桩端持力层落在第⑧、⑥层上，第⑥层残积轻矽质粘土地基承载力标准值为160Kpa。第⑧层亚粘土地基承载力标准值为200Kpa。桩长也由原设计11米改为8米左右。该工程桩成桩后，作了2根桩静荷载试验和4根桩身混泥土取芯试验，结果2根静载试验单桩承载力均满足不了设计要求。其中一根桩达到设计值的75%左右，安全系数K=1.5；另一根仅达到设计值的50%，安全系数K=1.0。4根桩身混凝土取芯发现芯样表面粗糙、密实度差、气孔多、局部有粗细骨料明显的分层界面。有3根混凝土芯强度满足不了设计C20要求。混凝土强度离散性大，还发现持力层受力不同程度的扰动。

3．2．2质量原因分析

据现场施工状况及质量检查过程所掌握的资料分析，造成单桩承载力试验值达不到设计要求的主要原因有以下几方面。

3．2．2．1施工方面

a该桩基正值雨季施工，挖孔遇大量的地表水，排水、降水措施不力，致使桩端待力层上受扰动。同时，地基长期受水浸泡软化，导致地基承载力降低。b 个别桩孔内积水深，浇灌混凝土时既没有把水排干，又未按水下混凝土施工方法施工，致使混凝土水灰比失调，从而影响桩身的质量。c 深孔混凝土浇筑时没有使用导管、溜槽或串桶等导料工具控制混凝土自由落距，造成混凝土分层离析。

3．2．2．2设计方面

由于地下水丰富，深孔施工难度大，为防塌孔事故发生，设计考虑缩短桩长，修改后，一方面桩端持力层面抬高，桩用磨擦力减少，影响单桩承载力。另一方面，从地质勘察报告看，第⑧、⑥层为高压缩性淤泥质上（a=0.537>0.5）对人工挖孔桩这样的端承桩而言，沉降变形难以控制，不宜作为地基的下卧层，曲线陡降提前出现，从而大大地减弱了单桩的承载力。

3．2．2．3地质方面

从地质报告分析，持力层深度不一，土层分布不均，造成了部分桩成孔后，尽管桩长能满足设计要求，但桩端持力层厚度却未能满足设计要求，易产生刺入破坏。

补强方案：采用混合基础，即采用板、桩共同承担荷载，由底板承担部分荷载来达到补强的目的。经过上述补强处理后，从该工程竣工使用一年多的观察，建筑物的转角及底层窗中未发现裂缝现象；沉降观测为均匀沉降，最大沉降量15mm，比设计允许的沉降量30mm小50%。实践证明，这样的补强措施是经济、合理可靠的。

四、结束语

综上所述，在人工挖孔桩的施工中，只要按照所述的质量控制技术，就能达到良好的效果。若出现质量问题，则要认真分析产生质量事故的原因，采取适当的补救方案，以保证建筑物的安全。