人工挖孔樁及清水灌注技術(shù)

（中鐵二十三局集團第七工程有限公司，廣東 深圳 518172）

摘要：文章主要結(jié)合橋梁施工實例，對人工挖孔樁的施工技術(shù)進行了闡述和探討，分析了鉆孔灌注樁與挖孔樁灌注樁水下混凝土灌注的不同之處，探討和提出了人工挖孔樁在清水條件下灌注水下混凝土的技術(shù)和方法。

關(guān)鍵詞：挖孔樁；清水灌注；樁基成孔；混泥土護壁澆筑

中圖分類號：TU473 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）09-0092-04

一、概述

人工挖孔灌注樁適用于無地下水或少量地下水，且較密實的土層或風(fēng)化巖層。人工挖孔具有如下優(yōu)點：（1）施工簡單方便，不需要大型機械設(shè)備，投入少，施工速度快；（2）施工場地的要求低，對低洼、高低不平大型設(shè)備難以進入的場地亦可順利施工；（3）施工中地質(zhì)條件可隨時直觀地進行觀察和驗證，孔徑，孔位中心也可隨時校正，保證成孔質(zhì)量；（4）施工中噪音和振動較小，因無泥漿污染比較小，同時擾民也比較小；（5）施工中相鄰孔挖孔過程中相互干擾小，可多人多根樁同時施工，提高工作效率；（6）造價比沖擊類鉆機成孔、回旋鉆機成孔等成孔方式低。

因而在公路、鐵路、民用建筑中現(xiàn)在仍被廣泛的應(yīng)用。我公司承建的某高速公路50%以上樁基采用了這種成孔方式。但是在該標(biāo)段內(nèi)某大橋施工中，灌注混凝土?xí)r，卻連續(xù)多次出現(xiàn)斷樁事故。雖然人工挖孔樁施工技術(shù)和經(jīng)驗已比較成熟，但是施工中仍有很多新問題，仍有必要對人工挖孔樁進行再認識和探討，不斷豐富和擴展挖孔樁施工經(jīng)驗和技術(shù)，做出合格的橋梁樁基。

二、工程概況

某橋梁工程，全橋17跨，其中只兩跨位于河道中，有15跨均在岸邊或陸地上，岸邊及陸上樁基長為17m～29m，橋墩樁基直徑均為2m，該橋所處地質(zhì)條件相對比較簡單，地質(zhì)情況良好，土質(zhì)自上而下分別為粉質(zhì)粘土、卵石、碎塊狀炭質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化炭質(zhì)粉砂巖，地下水位為地表以下10m左右，地下水在雨季時比較豐富，秋冬季相對較小。

三、施工準備

（一）機具準備

每個挖孔作業(yè)組（單孔）配備：空壓機1臺（網(wǎng)電方便時使用電動，網(wǎng)電不便時使用柴油動力，同時配若干米高壓風(fēng)管），短鍬、短鎬各1把，鋼釬1根，風(fēng)鎬3只，提土機具1副（配備卷揚機，鋼絲繩，減速機，三相異步電動機各1臺），提土桶1只，手推車1臺，潛水泵1臺，鼓風(fēng)機1臺。

（二）場地平整

人工挖孔樁對場地要求比較簡單，只需要清除表面虛土、軟土、集水，用含水量合適的普通土墊平，能滿足提土機具的安裝即可。

（三）樁位測量

在平整好的場地上測定好樁位，用木樁準確標(biāo)識好樁的平面位置及高程，同時埋設(shè)2根護樁，并準確量出中心樁到各護樁的距離并做好記錄，作為施工中樁位校核的依據(jù)和標(biāo)準。

四、樁基成孔

（一）開挖

按照測量定出的樁位，采取自上而下逐層開挖的方法進行開挖。每層開挖的形狀按上小下大的圓臺形進行開挖，開挖厚度較好地層按1m控制，流砂層、淤泥層等不良地質(zhì)按0.5m控制，本橋所處地質(zhì)條件相對較好，開挖中每層均按1m控制。上部粘土、卵石層采用短鍬、短鎬開挖，遇到局部孤石或較硬土體時輔以風(fēng)鎬開挖。下部碎塊狀風(fēng)化巖，主要以風(fēng)鎬開挖為主，輔以松動爆破進行開挖。到中風(fēng)后層后采用松動爆破結(jié)合風(fēng)鎬進行開挖。

開挖過程中，相鄰孔宜交叉進行。開挖到地下水位以下時，水量不大時，可邊抽水邊開挖，開挖完成后及時澆筑相應(yīng)段護壁混凝土，然后進行下一層施工。若水量較大，可采取對臨近孔同時抽水，以減少開挖孔的涌水量，并采取交替循環(huán)施工方法進行施工。

開挖到巖層后，應(yīng)按爆破設(shè)計參數(shù)，布置好炮眼，控制好爆破深度（每次以0.5m為宜）和裝藥量，爆破時采用電雷管進行引爆。爆破后進行人工鑿補和清渣，以形成理想的井孔。巖層較好且穩(wěn)定的地層段可不澆筑護壁混凝土。

開挖深度6～10m時每天送風(fēng)1次，深度超過10m每天送風(fēng)兩次，若孔中有害氣體超標(biāo)時要常通風(fēng)。爆破后通風(fēng)排煙15min，檢查無有害氣體后，方可下人進行人工鑿補和清渣。

每一開挖循環(huán)都應(yīng)校正孔的中心位置，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)與設(shè)計不符時及時向有關(guān)部門聯(lián)系，以保證成孔質(zhì)量。

（二）混凝土護壁澆筑

混凝土護壁采用定型鋼模板，鋼模板由若干塊曲面扇形模板組成，每塊由3mm鋼板背后焊以L4cm×4cm角鋼制成，模板垂直高1m。為防止流砂淤泥等不良地層，宜配備一組高0.3m～0.5m模板。

護壁混凝土采用C20混凝土。護壁混凝土宜加入適量的速凝劑，由于用量小一般采用現(xiàn)場拌制，提土桶運送到位的方法施工。澆筑時采用敲擊模板，木棒或鋼筋插搗的方法進行混凝土搗實。在地質(zhì)條件較好時，護壁可以不配筋，若地質(zhì)條件較差可配置φ8鋼筋網(wǎng)，并保證上下段護壁間鋼筋有一定搭接，以使護壁形成整體并保證質(zhì)量，確保流砂淤泥層等不良地層開挖時孔壁穩(wěn)定，保證成孔質(zhì)量和施工安全。

五、吊放鋼筋籠

鋼筋籠應(yīng)嚴格按照設(shè)計圖紙進行制作加工。制作時宜分段制作，分段存放，并保證鋼筋籠長度、直徑。鋼筋籠吊放過程中應(yīng)按圖紙和規(guī)范要求數(shù)量和尺寸焊牢保護層墊塊。吊放中按照鋼筋籠分節(jié)，順序逐節(jié)吊放。吊放過程中應(yīng)使鋼筋籠與孔口對正，以防止鋼筋籠因不正而擠壓變形、保護層墊塊被擠掉。從地上或車上起吊鋼筋籠時，吊車應(yīng)用雙鉤起吊，待鋼筋籠起到空中后，慢慢下放下部吊鉤使鋼筋籠在不受擠壓外力的情況下垂直吊起，防止鋼筋籠因起吊使下部受擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。在每節(jié)鋼筋籠連接時，焊接連接時應(yīng)保證焊縫長度和質(zhì)量，機械連接時保證機械接頭連接質(zhì)量。吊放最后1節(jié)鋼筋籠時，應(yīng)準確計算和焊接吊筋長度，保證鋼筋籠標(biāo)高。

六、混凝土灌注

（一）一般灌注方法

當(dāng)樁孔無積水及孔壁滲水較小時，可用一般方法進行混凝土灌注。灌注混凝土?xí)r要抽干孔內(nèi)積水，抽水的潛水泵應(yīng)設(shè)置逆流閥，防止提出水泵時管中殘留水流入孔內(nèi)。若有少量水不能抽干可用干水泥或小部分干拌混凝土鋪底后澆筑混凝土。

混凝土一般采用串流筒下料分層澆筑，插入式振搗棒搗固密實的方法澆筑。澆筑過程中應(yīng)盡可能短地縮短澆筑時間提高澆筑速度，這樣可以利用混凝土自身的重量壓住水流的滲入，減小孔壁滲水的積累保證灌注混凝土質(zhì)量。用串流筒澆筑時，防止?jié)B水過多造成混凝土過稀而離析，可適當(dāng)減小混凝土用水量，減小混凝土坍落度。

無水條件下，混凝土也可采用導(dǎo)管法下料。當(dāng)水抽干后下入導(dǎo)管，導(dǎo)管底離孔底50cm為宜。用導(dǎo)管法灌注混凝土，混凝土的坍落度可以按水下混凝土要求控制。拌制的混凝土要求有良好的和易性和良好的流動性。此種方法可利用混凝土自身的重量使混凝土密實，同時也可減小滲水的影響。導(dǎo)管的埋深控制在2～6m左右，灌注過程中及時測量混凝土表面高度并及時拆卸導(dǎo)管。

當(dāng)臨近孔出現(xiàn)多孔滲水時，可于一孔集中抽水，降低其他孔的水位后，采用普通灌注方法灌注混凝土，積水孔最后采取水下混凝土灌注施工。

（二）清水條件下灌注水下混凝土

當(dāng)?shù)叵滤容^大，水無法抽干，或抽干后很快水面又上漲，或集中抽水灌注后剩余一孔抽水困難時，這時應(yīng)考慮進行水下混凝土灌注。由于人工挖孔樁無泥漿、同時又有護壁，孔內(nèi)幾乎無沉淀，水質(zhì)近似于清水，因而此情況稱為清水條件下灌注水下混凝土。

1．泥漿條件下水下混凝土灌注方法。沖擊成孔，回旋鉆成孔灌注水下混凝土的主要施工要求和方法：（1）導(dǎo)管內(nèi)徑200～350mm，導(dǎo)管底離孔底0.3 ～0.5m；（2）混凝土應(yīng)有良好的和易性，在運輸過程中無顯著離析、泌水現(xiàn)象，灌注時有足夠的流動性，其坍落度宜為180～220mm；（3）首批混凝土滿足導(dǎo)管首次埋深≥1.0m，并填充導(dǎo)管底部，首批混凝土后，應(yīng)連續(xù)灌注混凝土；（4）灌注過程中，導(dǎo)管埋深宜控制在2～6m。

在實際施工中，當(dāng)孔底沉淀，泥漿比重滿足要求后，均按上述要求和方法進行水下混凝土灌注，只是在首批混凝土處理上有區(qū)別。一般直徑在2m及以下的樁，混凝土料斗約1m3左右，依靠料斗中混凝土下放完成的時間差連續(xù)補充混凝土，以此保證首批混凝土的灌注數(shù)量。經(jīng)實踐證明，此操作方法能保證順利地進行水下混凝土灌注，保證成樁質(zhì)量。

2．?dāng)鄻对蚍治觥Ｄ炒髽蛲诳缀?，灌注時間大多到了雨季，使地下水變大，樁孔內(nèi)的積水可達10多米甚至20多米深，如再抽水灌注水下混凝土已相當(dāng)困難，因而起初采用了鉆孔灌注樁一樣的要求和方法進行水下混凝土灌注，結(jié)果卻出現(xiàn)連續(xù)多次斷樁事故，很長一段時間找不到原因。現(xiàn)將斷樁可能原因，清水條件下與泥漿條件下灌注樁的不同之處分析如下：

（1）混凝土和易性不好，出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土流動性差，混凝土堵住導(dǎo)管不能下流造成斷樁。此情況兩種條件下均存在。

（2）導(dǎo)管沒做水密試驗，導(dǎo)管漏水或?qū)Ч苓B接處密封不嚴，塑料墊圈損害，導(dǎo)致導(dǎo)管漏水。當(dāng)一批混凝土灌注完成后，混凝土運輸車離開至下一輛混凝土運輸車就位或拆導(dǎo)管的時間內(nèi)，可能使導(dǎo)管內(nèi)混凝土頂面產(chǎn)生積水，當(dāng)下一批混凝土下放時，先到達的部分混凝土被導(dǎo)管內(nèi)的積水淘洗與稀釋，從而造成混凝土水泥漿與骨料分離，失去流動性堵住管道而斷樁。此情況兩種條件均有可能發(fā)生。但在泥漿情況下，泥漿本身具有一定粘度和很多細小顆粒物，對導(dǎo)管的微小滲漏有一定的封堵作用，清水則不然，因而同等條件下，有泥漿的危害比清水條件下小。

（3）導(dǎo)管底離孔底較高，使導(dǎo)管下部混凝土量變大，首批混凝土被淘洗稀釋嚴重，失去流動性。第一批混凝土在灌注時由于連續(xù)灌注，混凝土依靠其自身慣性能繼續(xù)流動，但當(dāng)稍有停頓后，混凝土停止流動而失去流動性，形成阻力，使后續(xù)混凝土不能流動，造成斷樁。在泥漿條件下，孔底或多或少有一部分泥漿沉淀物，此部分物質(zhì)呈稀泥狀，黏糊狀，當(dāng)首批混凝土到達后，該部分物質(zhì)一部分被混凝土沖起覆蓋在混凝土表面，起到一定保護膜作用，減輕混凝土被進一步淘洗和稀釋。而清水條件下，要完全依靠混凝土本身形成封閉面，在封閉面的作用才能進行堵水。

（4）混凝土料斗小，首批混凝土不能起到封住導(dǎo)管≥1m的要求，雖然在首批混凝土下放的過程中，混凝土運輸車仍在放料，但放料的速度遠不能滿足導(dǎo)管全斷面下料的需要，不能較好地形成封閉面，造成水進入淘洗、稀釋了大部分首批混凝土，使混凝土骨料與水泥漿分離，到最后第一車混凝土只剩小部分未被淘洗，形成封閉面，但被淘洗的部分混凝土已有足夠的阻力阻止混凝土的繼續(xù)流動。而泥漿條件下，泥漿和沉淀物的部分封堵保護作用，減緩解了混凝土被淘洗稀釋速度，使得后續(xù)的混凝土能繼續(xù)起到首批混凝土的作用，彌補了料斗小，首批混凝土不足的問題。

（5）孔內(nèi)水頭高度不夠，造成導(dǎo)管內(nèi)空氣柱過長，首批混凝土下放時，由于空氣阻力，使混凝土下流時不能充滿整個導(dǎo)管形成封閉面，全斷面下料，而是部分充滿導(dǎo)管，這種情況會使導(dǎo)管內(nèi)水無法被擠出或全部擠出，而造成混凝土被嚴重淘洗稀釋而失去流動性造成斷樁。鉆孔灌注樁水頭高度基本到孔口，導(dǎo)管內(nèi)空氣柱極短，因而阻力極小，使混凝土能全斷面下流，形成封閉面擠出導(dǎo)管內(nèi)泥漿，阻止了混凝土被淘洗稀釋。

（6）拔導(dǎo)管時，混凝土面與導(dǎo)管埋深沒測量好，因失誤造成導(dǎo)管超拔，或拔導(dǎo)管時猛拔猛拉而使導(dǎo)管超拔，造成斷樁，此情況兩種條件下均有。

3．清水條件下水下混凝土灌注方法。

針對以上問題，清水條件下混凝土灌注要點如下：

（1）選擇合適的配合比，提高混凝土質(zhì)量，保證混凝土有良好的和易性，保證適宜的坍落度，使混凝土在灌注過程中能有較好的流動性。

（2）導(dǎo)管在使用前，應(yīng)按要求嚴格做好水密試驗，對漏水，接口不好的導(dǎo)管，損壞的密封墊應(yīng)堅決換掉，在下放導(dǎo)管時現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)嚴格監(jiān)督，保證接頭嚴密不漏水。

（3）下放導(dǎo)管前，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)準確測量孔深，準確計算并測量導(dǎo)管長度，外露位置，一般清水灌注樁取下限值0.3～0.4m為宜，灌注時嚴格按此高度和位置執(zhí)行。

（4）采用較大料斗，保證料斗中的混凝土就能封住導(dǎo)管≥1m深度要求，并連續(xù)灌注混凝土，條件具備時可兩車混凝土同時運到料斗位置，使頭兩車混凝土能連續(xù)不間斷放料。

（5）當(dāng)孔中水頭不夠高時，可向孔中放水，提高孔中水頭高度，縮短空氣柱長度，以使混凝土能沿導(dǎo)管全截面下流，形成封閉面擠出導(dǎo)管中的清水，防止混凝土被淘洗稀釋。

（6）拔導(dǎo)管時應(yīng)準確計算導(dǎo)管埋深和混凝土頂面標(biāo)高，確定導(dǎo)管拆卸長度，拆管時要慢，不可提升過猛而斷樁。

七、結(jié)語

人工挖孔樁雖然簡單，鉆孔灌注樁水下混凝土灌注技術(shù)也比較成熟，但是在我們的施工中，因某些微小的條件發(fā)生改變，其結(jié)果卻發(fā)生根本性的變化。這就要求我們工程管理人員不但具備相關(guān)的施工施工經(jīng)驗和知識，還要具備嚴謹務(wù)實的科學(xué)態(tài)度，不能機械照搬照套。在施工時，要仔細全面熟悉圖紙、規(guī)范、規(guī)程及施工工藝流程，認真分析，規(guī)范操作，不放過細節(jié)，才能發(fā)揮各種施工方法的作用，正確指導(dǎo)施工，建一流工程。

參考文獻

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作者簡介：劉德福（1971-），黑龍江大慶人，中鐵二十三局集團第七工程有限公司總經(jīng)理助理，工程師。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）