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所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:305

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　　挖孔桩在桥梁桩基础施工中的应用
　　许德富湖南415000
　　摘要：本文结合笔者多年从事桥梁施工工作的经验介绍了在桥梁桩基施工中采用挖孔桩施工的方法，从施工技术等等方面进行了论述，希望对从事桥梁施工的工作者有一定的参考作用。
　　关键词：挖孔桩；桥梁；施工
　　引言
　　在涉及到桥梁基础施工时，对于基础设计为桩基的桥梁，通常采用的方法为使用机械首先进行钻孔，然后进行混凝土的灌注。但是根据地质及地下水情况，也可以有针对性地采用挖孔作业，然后进行混凝土的灌注作业，挖孔工艺在桩基施工中显示出很大的优越性：一方面现场作业面小，占地范围不大，可以平行和流水交叉作业，另一方面，可以很好的进行桩的偏位和竖直度控制，可以有效地避免钻孔导致的扩孔率，混凝土用量增大，还可以有效地控制混凝土灌注过程中产生夹层、断桩等不利因素。作业时问有可能比钻孔时间长，但是最终成孔速度比钻孔作业快，尤其在山区地质情况较好，该种作业更显示出其优越性[1]。
　　1挖孔桩的承载机理和优越性
　　一般情况下挖孔桩的承载力由桩周上的摩阻力与端承力两部分组成。通过模型试验及原位测试可以看出：1)浅基础达到破坏时近处土体下沉.远处主体隆起，表现为土体剪切破坏。2)高杯口基础基底与扩底基础有些相近之处，有较大的端承面积。以基底上的压密度为主，由于埋置较深，施工时需要大量开挖，基础施工完成后再回填土。从而破坏了长颈桩与土体间的摩擦力，填土后基础两侧有较大的超荷载，上体后期固结可能导致桩体与填土之间的负摩阻力。其总承载力低于扩底基础。3)桩基础的破坏模式则属于深层剪切或刺人破坏。由于一般桩长较长，在深层上发生的破坏反映在桩顶是较大的下沉，桩周土体一般出现隆起。4)大直径扩底的承载机理则表现为竖向变形为主，伴随有侧向挤压，无向上隆起，当荷载较小时桩底土被压密，当荷载加大时，扩大头底端外侧有伞形拉裂缝，存在一拉力应力区。有时在端角处形成局部深层剪切破坏[1][2]。
　　在适当的地质条件下挖孔桩有更多的优点：1）工艺和设备比较简单。只用护筒、套筒或简单模板，简单起吊设备，必要时高潜水泵等备用，自上而下，采用人工挖孔。2）质量更好。不卡钻，不断桩，不塌孔，多数情况下无须浇筑水下混凝土，桩底无沉淀物，易于扩大桩尖，提高桩身支承力。3）速度更快。对于在岩层地质上做基础，挖孔比钻孔更快，而且无须重大设备如钻机等，容易多孔平行施工，加快全桥进度。4）成本更低。比灌钻孔可降低4分之1的费用。5）挖孔桩还可用于处理一些钻孔桩施工过程中出现的事故[2]。
　　2桥梁施工中选择挖孔桩的适用范围
　　人工挖孔桩适用于地下水位以下的黏性土、粉土、填土、中等密实度以上的砂土、风化岩层。而粉细砂或粉细砂爽淤泥等易于出现流砂的土层。以及流塑状的淤泥层都不适宜采用人工挖孔桩。
　　人工挖孔桩持力层的选择甚为重要，持力层的力学强度如何，直接关系到桩基的合理与安全，挖孔桩持力层应选择无软弱持力层且中等风化、微风化岩层，透水性较小的中密以上的碎石黏土或砾石黏土层．地撼承载力大予200kPa的残积黏性土。
　　3施工方法分类
　　1）孔口护筒法：土质较好、可以直立、深度较浅的情况可以采用，如在干旱的黄土地区。护筒宜略高出地面，除保护孔口不致坍塌外，还用以防止表面或地面泥土、杂物等滑落
　　孔中。
　　2）全深护筒法：如在松散的砂层或软弱的粘性土层，可以打入钢护筒在筒内开挖。护筒脚最好能进入不透水的粘土层或风化岩层中，如在透水层中且在地下水位以下时，宜配备适当的排水设备如潜水泵等。
　　3）“梯套”施工法：这是旱地施工挖孔桩最早也最常使用的方法，使用于各种地层和从小到大的各种孔径。施工工艺的关键：每挖深1米左右（视土#p#副标题#e#质而定）即放入一个小孔孔径的截锥形模板，在模板与孔壁之间浇筑混凝土护壁，然后按常规施工，下钢筋骨架，浇筑桩身混凝土。
　　4挖孔桩的施工准备
　　1)施工前，应根据地质和水文地质条件安全施工、提高挖掘速度和因地制宜的原则，选择合适的孔壁支护类型。2)明确支承土或岩石的深度与性质，弄清施工的实际可能性，及在施工过程中可能遇到的各种困难。了解地下水对施工的影响及地基上的承载力等。3)选择桩基尺寸、施工方法和设计中拟采用的容许承载力，考虑并验算桩基的沉降。4)根据实际情况对设计或施工方案进行必要的调整。
　　5工程实例
　　5.1工程概况
　　人工挖孔桩是指采用人工挖掘的方法成孔,然后安装钢筋骨架,浇筑混凝土成为支承上部结构的桩。在呼包高速公路厂汉板大桥上部构造为8孔16m预应力空心板梁,下部为桩基础,桩径1.2m,桩长20m。桥位处属第四系地层,以砾砂为主,夹有亚砂土和亚粘土,地下水位很深。在省道104线呼和浩特至武川公路中的马家店大桥,上部构造为26+2×30+30+2×40+30m的预应力箱梁,下部为桩基础,桩径1.5m,桩长6～11.65m。桥位处属第四系地层,沟底有少量的地表水流过,地下水位较深。根据以上情况,均否定了原计划的钻孔灌注桩实施人工挖孔桩,桩基工程均比原计划提前完成,取得了良好的经济效益,工程质量也获得优良。在地质条件好,没有淤泥、流砂等严重不良地质情况;地下水位甚低,地层渗水量甚少的情况下桥梁基础采用人工挖孔桩是优于钻孔灌注桩的施工方法。
　　5.2成孔的一般方法
　　一般程序为:平整场地→测放中线→布置排水沟→定上桩位、搭雨棚→安设提升设备竹布置出渣道路。设立空口架梢确定位桩中心，在地面上画出护壁外径，即可进行挖孔。挖孔一般可用锹、镐，深人风化岩层必须相应配备凿岩机。一般每挖1m即设置内模浇筑护壁混凝土。当地层较硬，不
　　致坍塌时可加大到1.5m，而当地层松软，可减小到0.8m-0.5m。。开挖过程一般用卷扬机提升料斗出渣。在挖孔时，如遇地下水渗人影响挖桩时，应在桩孔底局部挖一个深让0.6m直径0.8m的积水坑，并使用潜水泵抽水。若出现大量涌水情况，应采用堵缝措施或改变施工工艺。每挖完一段应立即放置模板，浇筑护壁混凝土。每次浇筑时，必须将内模定位，以保证基桩的垂直度和有效直径。如此逐段挖孔、护壁.直至桩底。为了确保人工挖孔桩施工过程的安全必须考虑防止坍塌的支护措施。支护的方法很多，例如现浇混凝土护壁、钢护筒护壁、沉井护璧、喷射混凝土护壁等。混凝土护壁:采用混凝土护壁进行挖孔桩，分段开挖，分段浇筑护壁混凝土，至设计标高后，再将桩的钢筋骨架安放人护壁井筒内，然后灌筑井筒桩基混凝土。钢护筒护壁:在桩位先测量定位并制作钢护筒后用打桩机打人钢护筒至设计标高，然后将钢护筒内的土挖出后并进行底部扩孔，最后浇筑桩基混凝土，待混凝土浇筑完毕拔出钢护筒，亦可边浇筑边拔钢护筒，以减少阻力。也可不拔出钢护筒，将钢护筒留在桩内。沉井护壁:先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，然后在筒内挖土井筒靠找自重或附加荷载，也可注入润滑剂来克服筒与土壁之间的摩阻力，下沉至设计标高，再在筒内浇筑桩身混凝土。由于挖孔桩护壁较薄，在护壁内灌注混凝土难度较大，所以护壁模板的断面上、下厚度不能相同，上端口的厚度适当放宽5-9cm，并做成梯形状，利于混凝土护壁上端口倒入下端口。每节护壁上端口的混凝土在壁厚上不能浇筑成同一水平高度，应内高外低，呈坡形，这样上、下两次浇筑的护壁才能紧紧咬住，使护壁不致产生偏移。其它特殊情况下的成孔方法(1)遇到流砂时施工方法。所谓“流砂”就是当人工挖土至地下水位以下.如果孔内地下水对土颗粒产生的动水压力大于土的浸水密度时，土粒就会失去稳定，变成流动状态，被水流带到孔内，这种现象称为#p#副标题#e#“流砂”。在人工挖孔桩施工中处理流砂有以下几种方法:减小动水压力、混凝土护壁沉并或钢导管沉井、井点降水、止水帷幕等。当流砂较轻微时，有效的方法是缩短一次性开挖深度将正常的Im左右一段，缩短为0.3m~0.5m，以减少开挖段孔壁的暴露时间.并及时进行护壁混凝土灌注。当流砂较严重时，常用的方法是用长1.5m左右的钢筋按10-15cm间距沿护壁周边将其播人土中，挖去孔内的砂土后，用水平环向钢筋将竖向钢筋固定.然后在钢筋外侧塞麻袋或插纤维板等，以阻挡砂砾流人桩孔，待桩孔挖至40cm一50cm二时立即浇筑护壁混凝土。(2)遇到淤泥时施工措施。当表层为淤泥时，因淤泥具有流动性，常规方法难以成孔。淤泥层由于其摩阻力值较小，可采用lm左右的沉井，并在沉井四周打入钢管导向，防止沉井倾斜;穿过淤泥层后，可按常规方法施工。当淤泥流动性很强，开挖时淤泥从底部涌人时，应采取特殊的技术措施。比如在钢护筒外侧打人钢板桩，钢板桩之间尽量锁上口，个别无法锁口处再在外侧加打一根钢板桩，形成封闭的止水、止淤泥、止流砂的保护圈。当孔内挖到淤泥流砂层时，分段高度一般为0.4m-0.5m，以最快的速度，浇筑一圈混凝土护壁，防止淤泥、流砂的渗人。(3)遇到探头石或不稳定石块处理方法。探头石是指嵌入孔壁而探头人孔内的块石，挖孔时遇探头石应仔细观察探头石嵌人孔壁情况及块石的形状大小，若嵌入部分较小，挖除探头石对孔壁的径向结构破坏较小，则应挖除探头石，挖除后应及时回填拈土并夯实。若嵌人部分较大挖除后会影
　　响孔壁的径向结构，则应采取小药量的定向爆破，切除探人孔内部分。切除后应仔细观察嵌入孔壁部分的松动情况.采取木支撑或打人木桩的措施防止滑人孔内伤人或破坏孔壁。若清爆非常困难，可把桩直接做在探头石上，在探头石钻锚孔，用钢筋做锚杆，钢筋一端锚人岩石，另一端锚人桩内，使探头石与混凝土结构成为受力整体。不稳定块石是指嵌在孔璧内，重心向着孔内的泥夹块石，挖孔过程中，应特别仔细观察是否有此类块石的出现，发现此类块石，则应在护壁之前，采取木支撑或打人木桩的借施防止滑人孔内伤人或破坏孔壁，引起坍塌。
　　5.2钢筋笼的制作安装
　　采用锥螺纹连接方法进行现场制作，对于深桩的钢筋笼制作安装采用现场预制整体钢筋笼再吊人井下的方法，受到起吊设备的限制而无法实现，采用孔内绑法，先在孔侧壁上打上直径加20cm长30cm的圆钢，再将主筋放人，再依次将箍筋放人，再从下往上绑，分别与侧壁钢连接，最后检查各桩轴线位置。
　　5.3桩身混凝土的浇筑
　　人工挖孔桩，由于桩的混凝土量较大，应采用机械搅拌，如有条件，最好采用商品混凝土。为保证桩身混凝土浇筑的密实度，一般采用串筒下料和分层振捣浇筑的方法，浇筑要连续作业。混凝土的浇筑速度也很关键，力求在最短的时间内完成一个桩身混凝土的浇筑。馄凝土浇筑应连续分层浇筑。每层厚度不超过0.5m，采用多台插人式振动棒进行振动，并且必须在下层混凝土初凝或能重塑前完成上层混凝土浇注。馄凝土下料沿溜管直下，管口埋人混凝土内10-20cm，以防混凝土自由倾落高度过高而导致混凝土飞溅，此种混凝土浇筑方式也可有效防止混凝土离析。混凝土配合比除了保证有足够的强度，更要具备良好的和易性(包括坍落度、粘聚性和保水性都满足要求，三者缺一不可)和适宜的初凝时间。
　　6安全设施
　　挖孔成桩主要由人在井下开挖，因而应注意施工安全。除一般常规安全规定外，应特殊强调以下各点：
　　1）下井孔作业人员，须戴安全帽、防护面罩和手套、耳套等，井口四周处严禁堆放料具，以防掉入孔内伤人，孔口四周处设置围栏，3m之内不许有重车通过；2）孔内需设置绳梯和后置钢筋梯，供施工人员上下出入，不准借出渣斗升降；3）孔口或孔内要设置安全盖板，起#p#副标题#e#吊出渣时，施工人员要站在盖板下；4）每次交接班时，要认真检查起吊设备和架子是否安全可靠，采用镐凿岩石，要注意气管的通畅；一般下井前，必须先进行通气排气，并检查孔是否有有毒气体；5）对井下的电器设备，如水泵、风扇、照明灯等，要保证线路绝缘良好并充分接地；6）在施工现场要有专人负责安全工作，经常巡视检查施工中的井下情况，保证井下人员能够联系；工地要配备安全带、救生绳和简单可靠的吸氧设备，作好安全记录；如遇特殊情况，应停止开挖，由施工单位、设计人员共同研究处理办法。
　　7结语
　　挖孔桩适合山区地带，且地下水位较低，水文地质情况良好的桥梁设计钻孔桩施工中。挖孔桩施工临时占地面积小，可以交叉作业，成孔速度快。挖孔桩可以有效地避免钻孔桩过程中出现的扩孔率大的缺点，灌注过程中容易避免夹层和断桩现象[3]。在施工时应当根据实际的地质条件，做好各项组织工作，确保施工质量和施工安全。一方面，在水深达6.0m以上、来往船只多浪大的水上，如何保证挖孔桩钢护筒的正确就位是一个关键，本工程采用先施打临时定位桩搭设定位导向架对大直径钢护筒准确下沉起到了证作用。另一方面，安全施工是挖孔桩施工全过程的主线，特别是工期紧、又没有条件投人很多大型钻机，同时对36根深度(平台到桩底37m)超过施工技术规范规定的深度(不宜大于15m)范围内的桩进行人工挖孔施工，安全工作更显得突出。从确定这一施工方案开始，就制定了一套完善的安全操作规程并层层落实，严格执行，才能在紧急情况下妥善处理，否则后果不堪设想。处理好上、下两段混凝土护壁之间的连接缝，尤其是混凝土护壁与钢护筒的连接缝如果处理不好，就会产生严重渗水，除影响以下各段的施工外，更重要的是直接影响到桩的混凝土灌注质量。护壁的钢筋一定要相互连接，使各层混凝土护壁连成整体，否则一旦碰到软弱夹层，其上的护壁就可能滑塌，产生严重隐患。
　　参考文献：
　　[1]实用桩基工程手册[M].北京中国建筑工业出版仕,1999.
　　[2]孙伟,徐友元.人工挖孔桩在复杂地层条件的成孔方法[J],江西建材2005:(4),58-56.
　　[3]张昊.人工挖孔桩施工常见问题及对策[J].市政技术2005:(3)157-159.