淺析人工挖孔樁錨噴護壁施工工法

楊旭

摘 要：本文主要介紹了人工挖孔樁錨噴護壁的施工工法，結(jié)合工程實例對挖孔樁護壁的工法特點、施工工藝、施工質(zhì)量及經(jīng)濟性進行分析。

關(guān)鍵詞：人工挖孔樁 錨噴混凝土 質(zhì)量控制

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0051-02

人工挖孔樁是指在樁位采用人工挖掘方法成孔（或樁端擴大），在孔內(nèi)放置鋼筋籠，灌注混凝土的一種樁型。

人工挖孔樁適用于持力層埋藏較深，單樁承載力要求較高的工程，一般從中風(fēng)化巖或微風(fēng)化巖作持力層，也有以較強風(fēng)化巖作持力層的，適用于人工填土層、粘土層、粉土層、砂土層、碎石土層和風(fēng)化巖層，也可在黃土、膨脹土和凍土中使用，適應(yīng)性較強，人工挖孔樁具有施工設(shè)備簡單，進退場方便；在正常施工條件下質(zhì)量有保證，對環(huán)境污染少，承載力大，造價低等優(yōu)點。但也存在工人勞動強度大，作業(yè)環(huán)境差，挖孔抽水易引起附近地面沉降，富含水地層中有導(dǎo)致人工挖孔樁施工失敗等缺點以外，更為突出的是安全系數(shù)小，安全事故多。施工時出現(xiàn)人員傷亡事故的頻率是各種樁基中最高的，地下水位高的砂土層特別是在飽和粉細砂層中挖樁施工，容易發(fā)生流砂突然涌入樁孔危及操作人員生命的嚴重事故。

為確保人工挖孔樁施工過程中的安全，必須考慮防止土體坍滑的支護措施，做好護壁是保證操作人員安全的關(guān)鍵，怎樣經(jīng)濟、有效、便于施工的護壁做法是一重點，錨噴護壁能較好的解決這一問題。

1 工法特點

（1）錨噴護壁的主要特點是，即能滿足結(jié)構(gòu)的高強度要求，又能滿足現(xiàn)代化施工；（2）通過管道輸送，以高速噴射到樁壁上，迅速凝結(jié)硬化的一種護壁，節(jié)省時間；（3）具有施工操作簡單，方便靈活，易調(diào)整，工人較易熟練掌握。

2 適用范圍

（1）適用于特大直徑人工挖孔樁和水位較高的挖孔樁護壁施工；（2）也可以用于交通隧道，邊坡，涵洞，水庫，灌溉渠的加固；（3）錨噴護壁還可以用于鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐層；（4）并有一定的耐火功能。

3 工藝原理

錨噴護壁是借助噴射機械，利用壓縮空氣或其它動力，將按一定比例配合的拌和料，通過管道輸送并以高速噴射到護壁上凝結(jié)硬化而成的一種混凝土護壁。錨噴護壁具有施工操作簡單，方便靈活的特點，按照工程的使用要求選擇水泥的品種和標號，并可視情況加外加劑。

4 施工程序

錨噴護壁的施工程序如圖1所示。

5 施工工藝

噴射混凝土護壁應(yīng)優(yōu)先采用不低于425號的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，這兩種水泥含C3S和C3A較高，同速凝劑的相容性好，能速凝快硬，后期強度也較高，而礦渣硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化較慢，但對抗礦物水腐蝕的性能比普通硅酸鹽水泥好。

噴射混凝土護壁宜選用中粗砂，細度模數(shù)大于2.5一般砂子顆粒級配應(yīng)滿足表1要求。

水：噴射混凝土護壁用水與普通混凝土相同，不得使用污水，將pH值小于4的酸性水。

外加劑。

速凝劑，使用速凝劑的目的是使噴射混凝土速凝快硬減少回彈損失，防止噴射混凝土因重力作用所引起的脫落。在噴射混凝土護壁中使用的速凝劑與普通混凝土中的外加劑有很大的不同。普通混凝土中常用的氯化鈣不能滿足噴射混凝土的速凝要求。

噴射混凝土護壁用的速凝劑一般有下列可溶鹽：碳酸鈉、鋁酸鈉和氫氧化鈉，速凝劑一般為粉狀，常見速凝劑見表2。

某一品種速凝劑對一種水泥認為可以采納時，應(yīng)符合下列條件：

（1）初凝在3 min以內(nèi)。

（2）終凝在12 min以內(nèi)。

（3）8 h后的強度不小于0.3 Mpa。

（4）極限強度（28 d強度）不應(yīng)低于不加速凝劑試件強度的70%；

速凝劑的速凝作用原理：速凝劑中的反應(yīng)物NaOH與水泥中的石膏（CaSO4）生成Na2SO4，使石膏失去緩凝作用

2NaOH+CaSO4=Na2SO4+Ca（OH）2

影響速凝劑的因素：

（1）水泥品種，不同的水泥作用效果不同。

（2）速凝劑摻量，對普通硅酸鹽水泥的最佳摻量為2.5～4%，若摻量超過4%，凝結(jié)時間反而增長。

（3）水灰比，水灰比愈大，速凝效果愈差。

（4）溫度，一般來說，水泥凝結(jié)時間隨溫度升高而加快，但相對強度隨溫度降低而升高。

其它外加劑。

減水劑：加入減水劑后，可在保持流動性的條件下顯著降低水灰比，其主要原理是減水劑的吸附和分散作用，另外加入減水劑（一般占水泥重量0.54）可以提高混凝土強度，減少回彈，并明顯改善其不透水性和抗凍性。

增粘劑：在噴射混凝土護壁拌合料中，加入增粘劑，可明顯地減少施工粉塵和回彈損失。

摻加水泥重量5%的增粘劑后，水泥漿粘度顯著提高，從而增加混凝土的膠粘性。使護壁混凝土凝結(jié)在粘稠狀態(tài)下進行，能起到抑制粉塵和減少回彈的作用。使回彈率降低28%～51%，粉塵抑制率為22%～37%，摻入增粘劑后，護壁強度可提高3%～24%，增粘劑改善了護壁混凝土的抗?jié)B性能和收縮性能，并且對鋼筋無腐蝕作用。

無論干噴或濕噴，拌合料設(shè)計必須符合下列要求：

（1）必須能向上噴射到指定的厚度，并且回彈最小。

（2）4～8 h的強度應(yīng)能具有控制地層變形的能力。

（3）在速凝劑用量滿足可噴性和早期強度的要求下，必須達到設(shè)計的28 d 強度。

（4）有良好的耐久性；回彈量少；不發(fā)生管路堵塞。

膠骨比。

噴射混凝土的膠骨比，即水泥與骨料之比，常為1∶4～1∶4.5水泥過少，回彈量大，初期強度增長慢；水泥過多，不僅能產(chǎn)生粉塵量增多等劣化施工條件等情況，而且硬化后的混凝土收縮也增大。endprint

混凝土的收縮值取決于其配合比及所用原材料的性能。當水泥用量及用水量增大，則混凝土的收縮變形增大。在漿體中引入骨料，可以約束水泥漿體的體積變化，從而減少水泥漿體的收縮。

混凝土收縮與其配合比之間的關(guān)系如下：

式中：SP、SC為水泥石及混凝土的收縮變形；Vg、VP為骨料與水泥的體積；B為與水灰比、骨料粒徑及其它因素有關(guān)的材料常數(shù)。

因此，每立方米體積混凝土中的水泥過多，無論在經(jīng)濟上或技術(shù)上都是不可取的。

水泥過多，對噴射混凝土后期強度的增長也有不利影響，鐵道科學(xué)研究院西南研究所的研究結(jié)果表明，當水泥用量超過400 kg/m2時噴射混凝土強度并不隨水泥用量增大而提高。

水泥用量對噴射混凝土抗壓強度的影響（見表3）。

砂率：

砂率，即砂子在整個粗細骨料中所占的百分率對噴射混凝土施工性能及力學(xué)性能的影響見下表，綜合權(quán)衡砂率大小所帶來的利弊，砂率以45%～55%為好（見表4）。

水灰比：

水灰比是影響噴射砼強度的主要因素，當水灰比為0.2時，水泥不能獲的足夠的水分與其水化，硬化后有一部分未水化的水泥質(zhì)點。當水灰比為0.4時，水泥有適宜的水分與其水化，硬化后形成致密的水泥石結(jié)構(gòu)。當水灰比為0.6時，過量的多余水蒸發(fā)后，在水泥石中形成毛細孔。對于干法噴射砼施工，預(yù)先不能準確地給定拌合料中的水灰比，水量全靠噴射手在噴嘴處調(diào)節(jié)。一般來說當噴射混凝土表面出現(xiàn)流淌、滑移、拉裂時，表明水灰比太大；若噴射混凝土表面出現(xiàn)干裂，作業(yè)中粉塵大，回彈多，則表明水灰比太小。水灰比適宜時，混凝土表面平整，呈水亮光澤，粉塵和回彈均較少。經(jīng)測定，適宜的水灰比值為0.4～0.5。偏離這一范圍，不僅降低噴射混凝土強度，也要增加回彈損失。

錨噴：

將配制好的材料通過錨噴機，經(jīng)過管道輸送，噴射至樁壁。

施工機械：

錨噴機、過濾篩、骨料攪拌設(shè)備。

勞動組織：

（1）錨噴護壁施工的整個過程應(yīng)配備工長一名，負責(zé)過程的生產(chǎn)指揮及質(zhì)量、進度控制；（2）每臺錨噴機需配備工人6名。

質(zhì)量要求：

（1）按照圖紙的設(shè)計要求和國家規(guī)范進行施工；（2）按實際情況調(diào)整水灰比，骨料量，外加劑的種類及摻量嚴格按現(xiàn)場施工配合比執(zhí)行；（3）護壁厚度不得小于設(shè)計值，正負偏差在2 cm以內(nèi)；（4）遇到水位較高處應(yīng)適當增加厚度。

安全措施：

（1）從事錨噴作業(yè)的工人必須經(jīng)過安全作業(yè)培訓(xùn)且考核合格后方可進入現(xiàn)場施工；（2）井下和井上操作人員必須戴好安全帽，穿好絕膠鞋；（3）井口必須嚴格管理。在排土工作臺或樁孔口，設(shè)置較高的圍欄，砌磚應(yīng)高出地表面150～200 mm。井口必須設(shè)置高于地面200 mm左右的護板，防止地面石子或雜物等不慎踢入孔內(nèi)。無關(guān)人員不得靠近井口，井口操作人員不得離開崗位。井內(nèi)員工自身攜帶的物品必須放好，不要落入井內(nèi)，嚴禁在井內(nèi)吸煙；（4）每天開工前應(yīng)進行有害氣體的檢測，挖孔時要時刻注意是否有有害氣體，特別是當孔深超過10米時要采取必要的通風(fēng)措施，風(fēng)量不宜少于25 L/s。為防止孔內(nèi)缺氧造成人身事故，要及時測定氧氣濃度，設(shè)置送風(fēng)機，經(jīng)常送風(fēng)，同時要測定瓦斯含量，設(shè)置報警器；（5）照明應(yīng)采用36伏以下電源或12伏以下的安全燈。嚴禁發(fā)生漏電、觸電事故。一旦發(fā)現(xiàn)漏電，必須迅速拉下開關(guān)斷電，值班電工必須對一切用電設(shè)備及線路加強檢查、維修，及時發(fā)現(xiàn)問題并妥善處理；（6）施工現(xiàn)場所有設(shè)備、設(shè)施、安全裝置、工具、配件以及個人勞保用品等必須經(jīng)常檢查，確保完好和安全使用。

經(jīng)濟分析：

（1）現(xiàn)澆混凝土護壁與錨噴護壁經(jīng)濟造價的比較；（2）采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，在樁護壁的施工中用到了上面兩種護壁方式，取樁徑均為2.6 m，長度各一米造價加以比較。

現(xiàn)澆混凝土護壁：

6 結(jié)語

采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，在樁基礎(chǔ)護壁中采用了錨噴護壁工藝，順利的完成了樁基礎(chǔ)的施工。在有效的工作日里，錨噴護壁達到了隨挖隨噴，有效的控制了樁土體的塌方，加快施工速度，提高了樁的質(zhì)量，無任何安全事故，并節(jié)省了人力、物力，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005[J].中華人民共和國建材行業(yè)標準，2005.

[2] 建筑施工手冊[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3] 史佩棟.實用樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.endprint

混凝土的收縮值取決于其配合比及所用原材料的性能。當水泥用量及用水量增大，則混凝土的收縮變形增大。在漿體中引入骨料，可以約束水泥漿體的體積變化，從而減少水泥漿體的收縮。

混凝土收縮與其配合比之間的關(guān)系如下：

式中：SP、SC為水泥石及混凝土的收縮變形；Vg、VP為骨料與水泥的體積；B為與水灰比、骨料粒徑及其它因素有關(guān)的材料常數(shù)。

因此，每立方米體積混凝土中的水泥過多，無論在經(jīng)濟上或技術(shù)上都是不可取的。

水泥過多，對噴射混凝土后期強度的增長也有不利影響，鐵道科學(xué)研究院西南研究所的研究結(jié)果表明，當水泥用量超過400 kg/m2時噴射混凝土強度并不隨水泥用量增大而提高。

水泥用量對噴射混凝土抗壓強度的影響（見表3）。

砂率：

砂率，即砂子在整個粗細骨料中所占的百分率對噴射混凝土施工性能及力學(xué)性能的影響見下表，綜合權(quán)衡砂率大小所帶來的利弊，砂率以45%～55%為好（見表4）。

水灰比：

水灰比是影響噴射砼強度的主要因素，當水灰比為0.2時，水泥不能獲的足夠的水分與其水化，硬化后有一部分未水化的水泥質(zhì)點。當水灰比為0.4時，水泥有適宜的水分與其水化，硬化后形成致密的水泥石結(jié)構(gòu)。當水灰比為0.6時，過量的多余水蒸發(fā)后，在水泥石中形成毛細孔。對于干法噴射砼施工，預(yù)先不能準確地給定拌合料中的水灰比，水量全靠噴射手在噴嘴處調(diào)節(jié)。一般來說當噴射混凝土表面出現(xiàn)流淌、滑移、拉裂時，表明水灰比太大；若噴射混凝土表面出現(xiàn)干裂，作業(yè)中粉塵大，回彈多，則表明水灰比太小。水灰比適宜時，混凝土表面平整，呈水亮光澤，粉塵和回彈均較少。經(jīng)測定，適宜的水灰比值為0.4～0.5。偏離這一范圍，不僅降低噴射混凝土強度，也要增加回彈損失。

錨噴：

將配制好的材料通過錨噴機，經(jīng)過管道輸送，噴射至樁壁。

施工機械：

錨噴機、過濾篩、骨料攪拌設(shè)備。

勞動組織：

（1）錨噴護壁施工的整個過程應(yīng)配備工長一名，負責(zé)過程的生產(chǎn)指揮及質(zhì)量、進度控制；（2）每臺錨噴機需配備工人6名。

質(zhì)量要求：

（1）按照圖紙的設(shè)計要求和國家規(guī)范進行施工；（2）按實際情況調(diào)整水灰比，骨料量，外加劑的種類及摻量嚴格按現(xiàn)場施工配合比執(zhí)行；（3）護壁厚度不得小于設(shè)計值，正負偏差在2 cm以內(nèi)；（4）遇到水位較高處應(yīng)適當增加厚度。

安全措施：

（1）從事錨噴作業(yè)的工人必須經(jīng)過安全作業(yè)培訓(xùn)且考核合格后方可進入現(xiàn)場施工；（2）井下和井上操作人員必須戴好安全帽，穿好絕膠鞋；（3）井口必須嚴格管理。在排土工作臺或樁孔口，設(shè)置較高的圍欄，砌磚應(yīng)高出地表面150～200 mm。井口必須設(shè)置高于地面200 mm左右的護板，防止地面石子或雜物等不慎踢入孔內(nèi)。無關(guān)人員不得靠近井口，井口操作人員不得離開崗位。井內(nèi)員工自身攜帶的物品必須放好，不要落入井內(nèi)，嚴禁在井內(nèi)吸煙；（4）每天開工前應(yīng)進行有害氣體的檢測，挖孔時要時刻注意是否有有害氣體，特別是當孔深超過10米時要采取必要的通風(fēng)措施，風(fēng)量不宜少于25 L/s。為防止孔內(nèi)缺氧造成人身事故，要及時測定氧氣濃度，設(shè)置送風(fēng)機，經(jīng)常送風(fēng)，同時要測定瓦斯含量，設(shè)置報警器；（5）照明應(yīng)采用36伏以下電源或12伏以下的安全燈。嚴禁發(fā)生漏電、觸電事故。一旦發(fā)現(xiàn)漏電，必須迅速拉下開關(guān)斷電，值班電工必須對一切用電設(shè)備及線路加強檢查、維修，及時發(fā)現(xiàn)問題并妥善處理；（6）施工現(xiàn)場所有設(shè)備、設(shè)施、安全裝置、工具、配件以及個人勞保用品等必須經(jīng)常檢查，確保完好和安全使用。

經(jīng)濟分析：

（1）現(xiàn)澆混凝土護壁與錨噴護壁經(jīng)濟造價的比較；（2）采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，在樁護壁的施工中用到了上面兩種護壁方式，取樁徑均為2.6 m，長度各一米造價加以比較。

現(xiàn)澆混凝土護壁：

6 結(jié)語

采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，在樁基礎(chǔ)護壁中采用了錨噴護壁工藝，順利的完成了樁基礎(chǔ)的施工。在有效的工作日里，錨噴護壁達到了隨挖隨噴，有效的控制了樁土體的塌方，加快施工速度，提高了樁的質(zhì)量，無任何安全事故，并節(jié)省了人力、物力，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005[J].中華人民共和國建材行業(yè)標準，2005.

[2] 建筑施工手冊[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3] 史佩棟.實用樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.endprint

混凝土的收縮值取決于其配合比及所用原材料的性能。當水泥用量及用水量增大，則混凝土的收縮變形增大。在漿體中引入骨料，可以約束水泥漿體的體積變化，從而減少水泥漿體的收縮。

混凝土收縮與其配合比之間的關(guān)系如下：

式中：SP、SC為水泥石及混凝土的收縮變形；Vg、VP為骨料與水泥的體積；B為與水灰比、骨料粒徑及其它因素有關(guān)的材料常數(shù)。

因此，每立方米體積混凝土中的水泥過多，無論在經(jīng)濟上或技術(shù)上都是不可取的。

水泥過多，對噴射混凝土后期強度的增長也有不利影響，鐵道科學(xué)研究院西南研究所的研究結(jié)果表明，當水泥用量超過400 kg/m2時噴射混凝土強度并不隨水泥用量增大而提高。

水泥用量對噴射混凝土抗壓強度的影響（見表3）。

砂率：

砂率，即砂子在整個粗細骨料中所占的百分率對噴射混凝土施工性能及力學(xué)性能的影響見下表，綜合權(quán)衡砂率大小所帶來的利弊，砂率以45%～55%為好（見表4）。

水灰比：

水灰比是影響噴射砼強度的主要因素，當水灰比為0.2時，水泥不能獲的足夠的水分與其水化，硬化后有一部分未水化的水泥質(zhì)點。當水灰比為0.4時，水泥有適宜的水分與其水化，硬化后形成致密的水泥石結(jié)構(gòu)。當水灰比為0.6時，過量的多余水蒸發(fā)后，在水泥石中形成毛細孔。對于干法噴射砼施工，預(yù)先不能準確地給定拌合料中的水灰比，水量全靠噴射手在噴嘴處調(diào)節(jié)。一般來說當噴射混凝土表面出現(xiàn)流淌、滑移、拉裂時，表明水灰比太大；若噴射混凝土表面出現(xiàn)干裂，作業(yè)中粉塵大，回彈多，則表明水灰比太小。水灰比適宜時，混凝土表面平整，呈水亮光澤，粉塵和回彈均較少。經(jīng)測定，適宜的水灰比值為0.4～0.5。偏離這一范圍，不僅降低噴射混凝土強度，也要增加回彈損失。

錨噴：

將配制好的材料通過錨噴機，經(jīng)過管道輸送，噴射至樁壁。

施工機械：

錨噴機、過濾篩、骨料攪拌設(shè)備。

勞動組織：

（1）錨噴護壁施工的整個過程應(yīng)配備工長一名，負責(zé)過程的生產(chǎn)指揮及質(zhì)量、進度控制；（2）每臺錨噴機需配備工人6名。

質(zhì)量要求：

（1）按照圖紙的設(shè)計要求和國家規(guī)范進行施工；（2）按實際情況調(diào)整水灰比，骨料量，外加劑的種類及摻量嚴格按現(xiàn)場施工配合比執(zhí)行；（3）護壁厚度不得小于設(shè)計值，正負偏差在2 cm以內(nèi)；（4）遇到水位較高處應(yīng)適當增加厚度。

安全措施：

（1）從事錨噴作業(yè)的工人必須經(jīng)過安全作業(yè)培訓(xùn)且考核合格后方可進入現(xiàn)場施工；（2）井下和井上操作人員必須戴好安全帽，穿好絕膠鞋；（3）井口必須嚴格管理。在排土工作臺或樁孔口，設(shè)置較高的圍欄，砌磚應(yīng)高出地表面150～200 mm。井口必須設(shè)置高于地面200 mm左右的護板，防止地面石子或雜物等不慎踢入孔內(nèi)。無關(guān)人員不得靠近井口，井口操作人員不得離開崗位。井內(nèi)員工自身攜帶的物品必須放好，不要落入井內(nèi)，嚴禁在井內(nèi)吸煙；（4）每天開工前應(yīng)進行有害氣體的檢測，挖孔時要時刻注意是否有有害氣體，特別是當孔深超過10米時要采取必要的通風(fēng)措施，風(fēng)量不宜少于25 L/s。為防止孔內(nèi)缺氧造成人身事故，要及時測定氧氣濃度，設(shè)置送風(fēng)機，經(jīng)常送風(fēng)，同時要測定瓦斯含量，設(shè)置報警器；（5）照明應(yīng)采用36伏以下電源或12伏以下的安全燈。嚴禁發(fā)生漏電、觸電事故。一旦發(fā)現(xiàn)漏電，必須迅速拉下開關(guān)斷電，值班電工必須對一切用電設(shè)備及線路加強檢查、維修，及時發(fā)現(xiàn)問題并妥善處理；（6）施工現(xiàn)場所有設(shè)備、設(shè)施、安全裝置、工具、配件以及個人勞保用品等必須經(jīng)常檢查，確保完好和安全使用。

經(jīng)濟分析：

（1）現(xiàn)澆混凝土護壁與錨噴護壁經(jīng)濟造價的比較；（2）采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，在樁護壁的施工中用到了上面兩種護壁方式，取樁徑均為2.6 m，長度各一米造價加以比較。

現(xiàn)澆混凝土護壁：

6 結(jié)語

采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，在樁基礎(chǔ)護壁中采用了錨噴護壁工藝，順利的完成了樁基礎(chǔ)的施工。在有效的工作日里，錨噴護壁達到了隨挖隨噴，有效的控制了樁土體的塌方，加快施工速度，提高了樁的質(zhì)量，無任何安全事故，并節(jié)省了人力、物力，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 《噴射混凝土用速凝劑》JC477-2005[J].中華人民共和國建材行業(yè)標準，2005.

[2] 建筑施工手冊[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3] 史佩棟.實用樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.endprint