浅析人工挖孔灌注桩施工技术
2017-06-19
0.工程概述
某项目工程建筑面积为9820m2，6层均为框架结构，其中地下为1层，地上5层，地下室层高3.5m，1、2层层高均为4.6m，3-5层层高均为3.5m。该工程地基基础原为静压桩基础，因施工场地狭小，平面呈矩形，考虑到静压桩施工机械较大，进退场困难，且施工中对于矩形场地的四个周边的桩基施工作业半径不够，无法施工等问题，经设计、建设、监理及施工等单位研究商议，把静压桩基础改为独立桩基础。在土方开挖过程中，进行两级放坡，第一级放坡系数为1：0.33挖至-3.8m，第二级为1：0.5挖至-7.6m。当局部开挖至-7.6m时，建设单位提出此基础开挖为深基坑开挖，场地狭小，放坡系数不能满足设计要求，开挖起来相当危险，且造价高，要求改变桩基形式。经建设、设计、监理、施工等单位研究后，认为人工挖灌注桩单桩承载力高，结构受力明确，沉降量小，其受力性能可靠，不需要大型机具设备，施工操作工艺简单，占用场地小，对周围环境及建筑物影响小，可节省施工机械费用，降低工程造价，综合考虑后决定改为人工挖孔灌注桩。
按设计要求，本工程大楼共有桩64根，桩径1000～1400mm，共4种规格；桩端持力层为粘土层，桩端土极限端阻力标准值不小于q =1160kPa。桩身长度根据现场具体施工情况确定，桩端进入持力层深度不得小于桩身直径，扩底高度1400～2600mm。
1.工程地质水文条件
根据地质资料反映，基坑范围内，地面至-6.8m（绝对标高85.70m）范围为存积杂填土，地下水较为丰富，水位埋深5.7～6.2m，正常情况在丰水期地下水位埋深约4m，地下水位年变幅约1.5m。地下水对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性；-6.8m（绝对标高85.70m）以下（地基持力层）为粘土层。
2.施工工艺及质量控制措施
2.1施工方法
表层杂填土部分，人工直接用铁锹或风镐开挖，采用内撑式标准组合钢模浇注混凝土护壁，钢筋笼现场制作，吊车吊放，混凝土由混凝土搅拌站统一拌制（商品混凝土），混凝土运输车运输，减速串筒灌注，插入式振捣器振捣。
2.2施工工艺流程
放线定桩位及高程→开挖第一节桩孔土方→第一节护壁钢筋绑扎、模板安装及复核验收→浇捣第一节护壁混凝土→检查桩位（中心）轴线→架设垂直运输架→安装卷扬机→安装吊桶、照明、活动盖板、水泵、通风机等→开挖吊运第二节桩孔土方（修边）→检查桩（中心）轴线→拆第一节护壁模板→绑扎第二节护壁钢筋、模板安装及复核验收→浇捣第二节护壁混凝土→逐层往下循环作业→拆除上节护壁模板后开挖扩底部分→检查桩（中心）轴线并对持力层土检查验收→吊放钢筋笼→放混凝土串简（导管）→浇筑桩身混凝土（随浇随振）→插桩项钢筋。
2.2.1测量放线
放线定桩位及高程：在-3.8m基坑平面，依据建筑物测量控制网资料和基桩平面布置图，测定桩位轴线方格控制网和高程基准点。确定好桩位中心，以中心为圆心，以桩护壁外半径为半径画出上部的圆周。撒石灰线作为桩孔开挖尺寸线。桩位线定好之后，必须经有关部门进行复查，办好预检手续后开挖。采用经纬仪按设计桩位进行放样，保证桩位准确。确保孔平面位置与设计桩位偏差不大于5cm。
2.2.2土方开挖
采取分段开挖，每段高度决定于土壁保持直立状态的能力，一般以一节模板高度1.0m为一施工段。挖土由人工从上到下逐段用镐、锹进行，遇坚硬土层用风镐破碎。同一段内挖土次序为先中间后周边。扩底部分采取先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。弃土装入活底吊桶内。垂直运输采用卷扬机提升。
在地下水以下施工应及时用吊桶将泥水吊出。如遇大量渗水，则在孔底一侧挖集水坑，用污水泵排出桩孔外。
2.2.3护壁施工
该工程护壁采用内撑式标准组合钢模，护壁混凝土现场拌合机拌合，机动翻斗车运输，钢制串筒入模，插入式振捣棒捣固。钢筋采用机械切割、弯制，现场绑扎成钢筋笼半成品，吊车整体吊装入孔。
根据地质情况，采用外齿式混凝土护壁，砂土层护壁时加直径为8mm钢筋，纵横间距均为200mm。护壁混凝土厚度最薄处150mm，上下护壁间搭接50mm，用C20细石混凝土浇注。
护壁混凝土模板由标准组合钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用。模板用“u”型卡连接，上下用两个半圆组成钢圈，顶紧模板，不另设支撑。护壁混凝土圈中心线应与桩轴线重合，其与桩轴心偏差小于20mm。人工掘进lm深后，支立第一节孔圈护壁模板，现浇护壁混凝土。安装护壁模板时，必须用四个桩心控制点来校正模板位置，并设专人严格校核中心位置及孔壁厚度。第一节混凝土护壁应比下面的护壁厚150mm，并高出现场地面20omm。第一节护壁完成后，要复核孔中心定位，挖土、支模、现浇护壁混凝土。如此循环，一直至扩底上部设计标高，然后再挖扩底部分土方到持力满足要求。
2.2.4钢筋笼制作与安装
钢筋笼采用施工现场加工成半成品，吊车整体一次吊装入孔就位。主筋外面设直径12加强箍筋。钢筋笼在运输、起吊和安装过程中轻起、轻放，保证骨架的整体性，防止变形。起吊点设在加强箍筋部位，吊直扶稳，对准桩孔缓慢下沉，避免碰撞孔壁，吊装就位偏差不大于5cm。
钢筋骨架的保护层，通过在箍筋上穿入中心开孔、厚5cm的圆形C30细石混凝土垫块来保证，垫块按竖向每隔2m设一道，每一道沿圆周穿入6个布置。 2.2.5桩身混凝土制备、灌筑
混凝土使用商品混凝土，混凝土运输车运输，用减速串筒灌注，串筒底部与孔内底部或混凝土面高度不大于2m。
成孔及持力层验收合格后，立即灌筑桩身混凝土。当孔内设置钢筋骨架时，混凝土坍落度控制在5～8cm。混凝土采取连续分层灌注、分层振捣的方法灌注成桩，每层振捣厚度不得超过0.5m。在距孔口6m以下，人工井下振捣较困难，采用在混凝土中掺入水泥用量0.25%的木钙减水剂，使混凝土坍落度增至15～18cm，利用混凝土下落时的冲击力使混凝土自身密实。在距孔口6m以内时，混凝土分层灌注，使用插入式振捣器分层振捣密实，直至桩顶。混凝土采用插入式振捣棒边灌注边插实，以保证混凝土的密实度。桩顶混凝土在初凝前抹压平整，表面如有浮浆层要凿除以保证与上部承台连接良好。
2.3成孔质量控制
2.3.1开孔前根据建设单位的测量基准点和测量基线放样定位
开孔前，根据建设单位的测量基准点和测量基线放样定位，经监理复核，用十字交叉法定出桩孔中心。桩位应定位放样准确，在桩位外设置定位龙门桩，并由专人负责。
2.3.2桩成孔中要有专人把好桩底标高控制关
桩成孔中要有专人把好桩底标高控制关，防止超挖。垂直度、吲整度、桩径、桩深等尺寸要满足设计和《规范》要求。为保证测量的准确性，必须进行复核检查。杜绝因操作相对困难而马虎扩孔，甚至假扩、不扩而极大削弱桩端承载力，使承载力达不到设计要求，造成工程事故隐患。
2.3.3护壁质量控制
采用现浇钢筋混凝土护壁，护壁厚度和混凝土强度必须满足设计要求，本工程护壁混凝土强度等级为C20。护壁模板采用拆上节支下节重复周转使用。模板之间用卡u形连接，也可以在每节模板的上下端各设一道圆弧形的，用槽钢或者角钢制作的钢圈作为内支撑，顶紧模板，防止模板受张力而变形。第一节护壁应高出地面150～200mm，护壁厚度比卜面护壁厚度增加100～150mm，便于挡土、挡水。桩位轴线和高程均应标第一节护壁上口。
2.3.4浇筑第一节护壁混凝土
护壁模板支好后应立即浇注护壁混凝土，捣实，混凝土强度达到1.2MPa即可拆模。同时要根据气候条件，一般情况下浇灌完毕须经24h后方可拆模。
2.3.5先拆第一节、支第二节护壁模板
护壁模板采用拆上节支下节依次周转使用，模板上口留出高度为l00mm的混凝土浇筑口。浇筑第二节护壁混凝土：混凝土用吊桶运送，插捣密实。逐层往下循环作业：将桩孔挖至设计深度，检查土质情况，桩底应在设计规定的持力层上，并满足进入持力层的深度。
2.3.6开挖扩底部分
挖扩底桩应先将扩底部分圆柱体挖好，再按设计扩底部位的尺寸、形状自上而下削土。
2.4成桩质量控制
挖至设计标高时，孔底不应积水，终孔后应清理好护壁上的淤泥和孔底残渣、积水，然后进行隐蔽工程验收。钢筋笼制安质量控制；①钢筋进场要验收，要有质保单，并要求作力学性能试验和焊接试验，监理单位作平行试验，合格后才能启用。②焊条要有质保单，型号要与钢筋的性能相适应。③钢筋笼制作严格按设计加工，主筋位置用钢筋定位支架控制等分距离。④ 钢筋笼子保护层用C30细石混凝土垫块制作，隔2m设一道，每一道沿圆周穿入6个布置。
混凝土浇灌质量控制：①坚持按配合比投料，坍落度损失大于5cm/h时，要调整配比。②混凝土拌合料质量控制，每盘混凝土的拌和时间不得少于90s，开始搅拌时必须做一次坍落度检测，调整好流动性，且具有较好的粘聚性，灌筑时作坍落度损失的观察，以指导混凝土配合比的调整。拌好的混凝土应立即使用，有离析现象的混凝土严禁灌入桩孔。③混凝土导管离孔底距离不大于0.5m；每50cm为一层及时振捣，混凝土灌注要保持连续。
3.结束语
人工挖孔灌注桩因施工过程中对周围环境影响较小，并可在孔内直接观测到孔壁和孔底的岩土状，且易于进行扩大桩头施工以提高桩的承载力，同时该种施工工艺具有施工机具简单，对周围建筑物影响较小及造价低等优点而成为难以采用机械施工时的施工工艺，但施工中若遇到土质变化复杂或地下水位较高、含水层透水系数大等情况则宜发生危险，因而在施工中应严格按照施工技术施工，方可确保施工安全和质量。
【参考文献】
[1]王寿华，等.建筑旋工手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
