所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:159
副标题#e# 摘要：本文结合工程实例，针对人工挖孔桩在成孔过程中所遇到的问题进行分析，阐述人工挖孔桩施工质量的控制要点。
关键词：人工挖孔桩；施工；质量控制；钢筋笼
人工挖孔桩采用人工挖土成孔，灌注混凝土振捣成桩。人工挖孔桩的底部通常做成扩大头，与泥浆护壁钻孔灌注桩相比，有效地降低了单位承载力(每kN)的造价。这类桩不需大型机具设备，施工操作工艺简单，可直接检查桩底岩土层情况，施工质量可靠、无环境污染、对周围建筑物影响小、可全面展开施工，由于具有这些优点，因而受到众多设计者和业主的青睐，但人工挖孔桩最小直径为0.8m，在荷载不大的建筑物中采用不一定经济。根据挖孔桩的施工特点和工程实践，笔者在本文中对挖孔桩施工过程中容易出现的一些质量问题，有针对性地提出了一些质量控制要点。
1人工挖孔桩的施工质量控制要点
1.1成孔质量
(1)挖孔前应至少做一节井圈护壁实现对桩心和标高的控制:若设计图纸桩心在轴线上，第一节井圈中心与设计轴线的距离偏差不得大于20mm，顶面应比场地高出150~200mm，以便于确定桩位和控制钢筋笼上平的标高线;第一节护壁应比下面的护壁厚100~150mm;地上部分的护壁需24小时后拆模;在地面以下的护壁混凝土，湿度、温度对其强度的形成和增长非常有利，一般1天就能达到10MPa左右，半天就可以拆模。
(2)桩孔的允许偏差:桩孔的允许偏差应满足:桩位±50mm，桩径±50mm，垂直度0.5%。挖孔前应按施工图纸准确放线，确定桩心位置;挖孔支模前，向四周引出4个控制点，以控制桩心。挖孔桩施工的基槽内要设置龙门桩，便于随时控制整个基槽内的桩位和标高。成孔后，应检查桩孔的尺寸是否达到要求，若孔径偏小，会造成成桩后桩身钢筋笼保护层厚度达不到规范要求，这是施工现场中容易忽略的问题。施工过程中，对桩孔尺寸进行控制和验收的方法是:现场制作一个简单的钢筋圈，用绳子吊着钢筋圈，使其水平地套入桩孔，来量测成孔的直径。
(3)避免孔底沉渣:风化基岩面与其他粘性土层接触的部位，最容易富水而形成局部上层滞水含水层，该层恰好是挖孔桩扩大头入岩部位。孔底积水会造成清底不干净、孔壁塌落、基底易风化岩层受浸泡变软。遇到地下水，应做好连续排水，否则，可能造成灌注前排水不及时。若孔底沉渣处理不彻底，会造成单桩承载力远远小于正常桩的设计承载力，造成严重的施工质量问题。
1.2扩大头尺寸
桩的扩大头施工中应挖成中部比四周低的锅底形，桩底承载力可提高20%以上。人工挖孔桩的扩大头，设计部门不能只凭想象扩大尺寸，还要根据承载力要求、实际成孔条件及扩底端侧面和桩端持力层土性特征确定，如果是孔底遇到较厚砂层和桩孔出水的地质条件，扩大头的施工较为困难。在此困难条件下，一般外边外扩不超过0.2m为宜(为笔者个人之见，而《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)只对D/d做出了不应大于3.0的规定，并未对外扩的尺寸做出具体数值的规定)，即:桩身直径d=0.8m的桩孔，外扩成D=1.2m的扩大头，勘察和设计方对这些问题应进行分析，确定合理的方案。桩数较多的工程验槽过程中，一般各方技术人员不能做到全部桩孔下井检验，对扩大头尺寸验收成为一个难题。勘察部门所提供的桩极限端阻力标准值参数，也必须留有一定的安全储备。这些情况，工程设计和施工中应酌情处理。扩底用于持力层较好，桩长较短的端承型灌注桩，可取得较好的技术经济效益。但是，在持力层的岩石单轴抗压强度高于桩身混凝土单轴抗压强度的基岩中实施扩底，用低强度的混凝土代替强度高的岩石，这在提高桩端承载力方面是不利的;在桩侧土层较好、桩长较长的情况下扩底，则会损失扩底端以上的部分端阻力并增加费用。所以，以这种硬质基岩作为桩端持力层的条件下，只要能满足桩的抗#p#副标题#e#滑和沉降(桩底以下无软弱层)要求，不必盲目增加入岩深度。
1.3钢筋笼的构造和质量要求
钢筋笼应严格按要求制作。主筋位置用钢筋的定位支架控制等分距离，主筋间距允许偏差±10mm;加劲箍筋或螺旋筋螺距的允许偏差±20mm;钢筋笼直径允许偏差±10mm;钢筋笼长度允许偏差±50mm。当成孔深度与设计深度不同时，钢筋笼长度也应随之变化，但摩擦桩的钢筋笼长度要求可相对低一些。加劲箍宜设在主筋外侧，以加强对钢筋笼的箍紧固定作用;主筋伸入承台部分一般不设弯钩。钢筋笼搬运和吊装，应防止变形;安放前需再次检查孔内的情况，以确定孔内无塌方和沉渣;安放前要对准孔位后，扶稳并缓慢地进入，避免碰撞孔壁，严禁墩笼、扭笼;钢筋笼到达设计标高位置后，应采用吊筋牢靠地固定。
1.4保护层厚度的控制
《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)对保护层的厚度只做了最小数值的规定，钢筋保护层的厚度无护壁时为70mm，有混凝土护壁时为35mm。保护层的允许偏差为±10mm。对于直径越大的桩，建议适当加大保护层厚度，以确保灌注完成后的桩体质量。钢筋笼的保护层，每2m设置定位混凝土垫块，定位混凝土垫块用高强砂浆混凝土制作，直径为φ140mm，中间留φ15mm的圆孔。安装箍筋时定位垫块套在箍筋上，保证钢筋混凝土保护层厚度不小于70mm。垫块每1.5~2.0m一组，每组3~4个，圆周上匀均布置;垫块需牢固地绑扎或套在钢筋笼箍筋圆周上。当无混凝土护壁时严禁用粘土砖或短钢筋头代替，原因是砖吸水或短钢筋头锈蚀后会进一步引起钢筋笼的锈蚀。若不采取以上方法控制钢筋笼位置，可能会出现钢筋笼贴近或紧贴桩孔一侧的土层，灌注后保护层厚度减少或孔壁无保护层。
1.5桩身混凝土的灌注
(1)桩顶标高的控制:《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)规定桩顶应伸人承台底面以上50~100mm，因此，一般桩顶灌注面误差允许范围为:±30至－50mm。由于挖孔灌注桩的混凝土质量容易保证，故灌注的桩顶上平面最好控制在设计标高，可省去凿桩头的工作量，缩短工期。在制作承台时，无需打掉桩头，只需将其顶面凿毛。桩孔深度超过8m情况下，混凝土上平面很可能会因灌注振捣不实或孔底有积水而在灌注完成后逐渐下沉，因此，桩身混凝土灌注过程中必须做好振捣和灌注前桩孔积水的排水。灌注完成后的混凝土上平面也不宜太低，这可能导致成桩后桩顶标高过低。如果成桩后进行补浇，补灌的混凝土强度必须要和原来的混凝土强度一致，且必须要在先灌的混凝土终凝之前进行补浇，否则补灌的混凝土不能与先灌注的混凝土成为一体，桩体的整体性变差，桩身强度变低、桩顶水平承载力受到影响，这在规范中也是不允许的。
(2)桩身混凝土密实性的质量控制:灌注桩身混凝土保证其符合设计强度的关键是要保证混凝土的均匀性、密实性。1)混凝土坍落度的控制:坚持按配合比投料，混凝土坍落度不宜过大，以50~80mm为宜。坍落度损失(现场用坍落筒抽检)大于50mm·h-1时，应调整配比。2)灌注下料:为防止混凝土离析，一般采用串流筒下料的方法，其中灌注速度是关键，即力求在最短的时间内完成一个桩的混凝土灌注，特别是在有地下压力水的情况，要求集中足够的混凝土，短时间内灌入，这样可以凭借混凝土自身重量压住地下水的渗入。3)振捣方法:由工人在井下或用较长的振动棒每500mm为一层，用插入式振动器捣振，插入形式为垂直式，插点间距约400~500mm，做到“快插慢拔”，以保证混凝土的密实度。
对于桩孔深度大于10m的桩身下部，可依靠混凝土的落差形成的冲击力及混凝土自身重量的压力使其密实，这部分混凝土可不用振捣。经验证明，桩身混凝土能满足均匀性和密实性的要求，而且速度优于采用串流筒施工。对于桩孔内深度小于10m的部分，混凝土浇注要采取正常的分步振捣施工方法，不#p#副标题#e#能采用自由下落(落差小，冲击力小)的特殊施工方法。一般桩孔上部很少有地下水影响，灌注速度不必很快。
(3)孔底积水:孔底积水会影响混凝土的配合比和密实性，因此，灌注前应抽干孔内积水，抽水的潜水泵要装设逆流阀，保证提出水泵后抽水管中残留水不再流人桩孔内。如果孔内的水抽不干，提出水泵后，可用一定量(视孔底大小和水量而定)的干拌混凝土混合料或干水泥倒入孔底，与孔底水混合拌成混凝土并振捣铺平，然后再灌注混凝土。经验表明(笔者个人之浅见)，当孔底积水深度小于
0.2m时，对于d=0.8m的桩，孔深10m，直接灌注混凝土，桩顶也不会产生浮浆，桩身混凝土的密实性也可得到保证。如果孔底积水量大，确实无法采取抽水的方法解决，桩身混凝土的施工应当采取辅助的水下灌注施工工艺封底。
(4)孔壁渗水:如果孔壁渗水快且量较大，而桩身混凝土灌注时间又长，这将可能影响混凝土质量，降低桩身混凝土强度，可在桩身混凝土灌注前采用防水材料封闭渗漏水部位，这样也可解决其影响桩身混凝土质量的问题。
2人工挖孔桩特殊情况的技术处理
2.1地下水的处理
(1)地下水水量不大时可选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时做好段的混凝土护壁，待护壁混凝土达到一定强度后再继续下一段桩孔的施工。
(2)地下水渗流比较严重时，应有选择地先挖几个桩孔进行连续降水，使孔底不积水，还有利于周围桩土体粘聚力增强，并保持稳定。若挖孔时遇较大泉眼或渗透系数大的砂砾层，导致水无法排干，或不能成孔。可在群桩孔中间钻孔，设置深井，在挖孔开工前1周，用潜水泵降低水位，直至桩孔开挖完成，灌注混凝土成桩后，再停止降水，填砂砾封堵深井。对不太深的挖孔桩可在场地四周实施轻型井点降水。
(3)采用水下灌注混凝土封底:如果地下水量大，且桩孔较深，提起抽水泵后水面迅速上升，静止后水位较高，用干拌混凝土混合料封底办法会造成混凝土含水量太大。比较妥善的做法是清理完孔底渣土后让水继续上升，等到孔中溢水停止时，用导管伸入孔底，往导管里输送搅拌好的早强型混凝土，混凝土量超过底节护壁300mm以上，再慢慢撤除导管，由于水压力的作用，封底混凝土基本上密实，混凝土终凝后再抽水，由于封底混凝土已超过底节护壁，已经没有地下涌水，待上部水抽干，将表面混凝土(这部分混凝土中的水泥浆会逸散到水中)松散部分清除运到孔外，再继续下一道工序。处理地下水问题还可考虑截断水源，如用搅拌桩、钻孔压力注浆形成帷幕挡水，实现正常开挖。
2.2流砂的处理
人工挖孔施工过程中若遇粉、细砂地层，再加上地下水的作用，极易形成流砂，造成质量和人员安全事故，因此要采取有效可靠的措施。
(1)流砂情况较轻时:有效的方法是缩短每一段护壁的开挖深度，将正常的1m左右一段，缩短为0.3~0.5m，以减少新开挖土层孔壁的暴露时间，及时做好混凝土护壁。当孔壁塌落，有泥砂坍人孔中而不能形成桩孔时，可用纺织袋土沿孔壁周围堆砌，形成桩孔的外壁，并控制保证内径尺寸满足设计要求。
(2)流砂情况较严重时:常用的办法是下钢模板，即做完硅护壁后，并不拆除模板，该模板可以用稍薄的钢板制作。所下钢模板是以桩孔外径为直径，可分成4~6段圆弧，再加上适当的肋条，相互用螺栓或钢筋环扣连接。流砂层之前先做好护壁，护壁以下再开挖0.5m左右，即可将钢模板装入，深入孔底不少于0.2m，插入上部混凝土护壁外侧不小于0.5m，装后即支模灌注护壁混凝土。若放入钢模板后流砂仍上涌，可采取突击挖出后即用低强度等级混凝土封闭孔底(不一定是最后的终孔底)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;也可在桩孔底部流砂层压力灌注水泥浆，使下部土层硬些，提高周围及底部土层的不透水性，以解决#p#副标题#e#流砂现象。
2.3孔底有水不能爆破入岩的处理
施工方案为用风动潜孔锤在挖孔桩孔底岩石钻探成锚杆孔后，在其中打锚杆。孔径可采用20~40mm，孔深1.0m，每桩孔底打6~8个;在桩孔底面均匀分布;锚杆采用直径14~32mm、长度为1.5m左右的普通n级螺纹钢筋;插入岩石面以下锚杆孔长度为1.0m，进入桩孔内长度为0.5m。锚杆孔数、孔径可根据孔径大小有所调整。一方面，对挖孔桩桩端起到抗滑的作用;另一方面，人岩的锚杆使桩体与岩体合一，形成局部岩石锚杆基础。灌注桩体混凝土时，先用潜水泵泵水，使残留孔底积水小于0.2m，提出水泵后，用部分干拌细石混凝土混合料铺入孔底，然后再迅速灌注桩身混凝土。实例如某小区住宅楼人工挖孔桩工程。该工程桩孔底部填土中不断渗水，该水估计为相邻场地内管路跑水所致。现场采用潜水泵连续抽水，但刚提出泵后，孔底迅速形成0.4m深的积水。由于桩孔内存在积水，在微风化石灰岩中打炮眼时，空压机带动的普通风钻冲出的岩粉掺杂大量水雾，工作条件极其困难，井下工人难以操作，且打成炮眼后无法装药放炮，不能满足桩端进入石灰岩0.5m的设计要求。因此，采用了上述的处理方案，利用空压机输出的压缩空气作为动力，钻头由风压力冲吹岩粉改用小型风动潜孔锤，钻探方式为冲击回转钻探，其在硬、脆、碎、孔壁易坍塌等复杂岩层中具有钻进效率高的优势。该工程费用较爆破入岩提高幅度较大，约为爆破入岩的3倍。
2.4承台底面以下局部为基岩表面的处理
承台面以下一部分为挖孔桩，一部分为基岩表面的情况下，在基岩表面上的部分，采用入岩爆破的方法做挖孔桩，并保证入岩深度不小于1倍桩径。保证扩大头尺寸或孔底尺寸的桩端承载力。通过这样的处理，有效地防止了孤石的存在带来的不均匀沉降的影响。
2.5因挖孔施工新增的负摩阻力问题
人工挖孔桩成孔过程中新增的负摩阻力主要有两个原因:1)施工过程中桩孔因雨淋或地下水原因坍塌再成孔后，原状土变为未欠固结填土，会形成负摩阻力;2)存在比勘察揭露实际厚度大得多的厚层的垃圾填土层。验槽时遇到这些情况，勘察单位验槽时应进行认真分析，因为在施工过程中可能会遇到设计时未预想到的特殊情况，若是摩擦端承桩，应对桩孔适当加深以增加侧阻力或者适当加大扩大头尺寸增加端阻力。
若桩孔中过早地揭露岩层，桩孔深度大幅减小，侧阻力会相应减少，这就需要适当考虑加大桩长或扩大头尺寸等措施，确保所施工的桩达到承载力设计值。
3结语
人工挖孔桩不需大型机具设备，施工操作工艺简单，因此，人工挖孔桩的施工应重点加强对其施工的质量控制，使其桩身受力性能可靠的优点充分地发挥、使得该桩型应用更加广泛，不断挖掘其性能和潜力。
人工挖孔桩的施工与其他灌注桩相比，桩顶标高、成孔质量验收、混凝土护壁厚度、扩大头尺寸和入岩施工等项目较为关键，是质量控制的重点。
挖孔桩实施前要认真做好场地的岩土工程勘察工作，遇到挖孔桩施工较敏感的含地下水的土层、流砂层等要首先考虑采用人工挖孔桩的可行性和经济性，或制定出有效的施工处理措施后再进行实施。
参考文献
[1]国家行业标准.《建筑桩基技术规范》.JGJ94-2008.