人工挖孔樁成孔及護(hù)壁設(shè)計計算

人工挖孔樁采用人工進(jìn)行挖掘成孔，隨后裝入鋼筋籠并澆筑混凝土后成樁，具有施工方便、速度快、不需要大型機(jī)械設(shè)備、承載力大抗震能力強(qiáng)、造價經(jīng)濟(jì)節(jié)省等優(yōu)點從而在公路、民用建筑中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在山區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)的施工中，樁位地質(zhì)大部分為強(qiáng)弱風(fēng)化石質(zhì)且大型設(shè)備進(jìn)出場不便，大多采用人工挖孔樁。

1 工程概況

和平村中橋工程位于貴州省遵義地區(qū)，其24根樁基礎(chǔ)均采用人工挖孔樁，樁徑為1.2m，樁長為18m，縱向樁間距為3 200mm，橫向樁間距5 750mm，施工現(xiàn)場樁位較緊密，位置處于河邊，水量豐富。樁位處地表層為亞粘土，其下為泥質(zhì)粉砂巖、長石砂巖，粉砂巖埋深15～35m，根據(jù)地質(zhì)報告顯示，樁下的巖石較硬，最大軸壓＞50MPa，可作為持力層。

2 成孔工藝及護(hù)壁設(shè)計

人工挖孔樁的主要施工工藝是對于地質(zhì)好的地段可采用人工挖孔連續(xù)作業(yè)，松軟土層采用人工挖掘、風(fēng)化巖層采用風(fēng)鎬挖掘、弱風(fēng)化巖層和較硬基巖采用淺孔松動爆破。卷揚(yáng)機(jī)配三腳架提升出渣、混凝土護(hù)壁，鋼筋籠在鋼筋加工廠下料，施工現(xiàn)場加工并綁焊成型、吊裝入孔，混凝土由拌和站集中拌和，攪拌輸送車運輸。孔內(nèi)無水時采用干灌、人工插入式振搗棒振搗，孔內(nèi)有水時，采用水下灌注混凝土的方法施工。

2.1 樁位定位

采用全站儀按設(shè)計樁位進(jìn)行定位放樣，在樁位外設(shè)置縱橫向十字線控制樁，確保孔口平面位置與設(shè)計樁位偏差≯5 cm。待第三節(jié)護(hù)壁施工完成后將樁位控制線轉(zhuǎn)移到護(hù)壁上，用紅油漆標(biāo)上標(biāo)志，打入鐵釘作為挖孔定位點。

2.2 樁孔開挖

安裝卷揚(yáng)機(jī)配三腳架提升設(shè)備時，使吊桶的鋼絲繩中心與樁孔軸線位置一致，為挖土?xí)r粗略控制中心線。挖孔過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查樁孔尺寸、平面位置和豎軸線傾斜情況，如有偏差應(yīng)隨時糾正。人工自上而下逐層用鎬、鍬進(jìn)行，挖土次序為先中間部分，后挖周邊。每挖深1.0m為一節(jié)，每節(jié)開挖完成后盡快施工混凝土護(hù)壁。挖出的土方采用手推車運到指定的位置，嚴(yán)禁到在孔邊，樁周邊1.0m范圍內(nèi)不得堆土。挖孔時挖成直形，垂直度、孔徑檢查合格后，再孔底四周挖成5 cm深的企口，以便與下一節(jié)護(hù)壁很好連接。

開挖風(fēng)化巖層時，采用風(fēng)鎬鑿巖挖掘，鑿巖時應(yīng)加大送風(fēng)量。當(dāng)遇弱風(fēng)化巖層和較硬基巖風(fēng)鎬難于作業(yè)時，采用少量炸藥進(jìn)行淺孔松動爆破或預(yù)裂爆破，炮眼深度控制在50 cm以內(nèi)，嚴(yán)格控制炸藥用量，裝藥量不超過炮眼深度的三分之一。孔內(nèi)爆破采用電雷管起爆，爆破時，現(xiàn)場及孔內(nèi)作業(yè)人員必須撤離，孔口加蓋且在炮眼附近加強(qiáng)支護(hù)，防止震塌孔壁?？變?nèi)爆破后應(yīng)先通風(fēng)排煙15min并經(jīng)檢查無有害氣體后，施工人員方可下井繼續(xù)作業(yè)。人工挖孔作業(yè)形式見圖1。

圖1 人工挖孔作業(yè)

2.3 護(hù)壁設(shè)計與計算

人工挖孔樁護(hù)壁一般采用混凝土護(hù)壁，主要分為內(nèi)齒形和外齒形兩種，特殊情況也可采用鋼護(hù)壁的，混凝土護(hù)壁在施工前根據(jù)地質(zhì)及地下水的情況，進(jìn)行護(hù)壁設(shè)計并計算最小混凝土護(hù)壁厚度，以保證樁孔和施工人員的安全。護(hù)壁厚度計算可按式（1）計算

式中：t為護(hù)壁厚度；k為安全系數(shù)，取1.65；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度；p為土和地下水對護(hù)壁的最大側(cè)壓力（MPa）；D為樁孔外直徑。

對于粘性土且有地下水時

式中：γ為土的重度；γW為水的重度；H為挖孔樁護(hù)壁深度；h為地面至地下水位深度；ψ為土的內(nèi)摩擦角。

根據(jù)工程地質(zhì)勘查報告和試驗檢測結(jié)果，橋位樁孔的土的天然密度為1.85～2.06 g/cm3，則取γ=20.6 kN/m3，內(nèi)摩擦角ψ=22.7°，地下水位標(biāo)高為18.81m，原地面標(biāo)高為19.014m，樁底標(biāo)高為-0.526m，則護(hù)壁深度 H=19.014+0.526=19.54（m），水的重度 γw=10 kN/m3，h=19.014-18.81=0.204（m），故，土和地下水對護(hù)壁的最大側(cè)壓力p=20.6×0.204×tan2（45-22.7/2）+（20.6-10）×（19.54-0.204）×tan2（45-22.7/2）+（19.54-0.204）×10=1.8+90.8+193.4=286（MPa）

混凝土護(hù)壁采用C25混凝土，軸心抗壓強(qiáng)度值fc=11.5MPa，按3 d混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的42%計算，樁孔外直徑D=150 cm，則

護(hù)壁厚度t≥kpD/（2fc）=1.65×286×150/（2×11.5×0.42×103）=7.3（cm）

考慮到護(hù)壁混凝土采用現(xiàn)場人工攪拌各種材料的計量不可能很準(zhǔn)確，結(jié)合計算結(jié)果確定護(hù)壁的最小厚度為7.5 cm，符合安全需求。

2.4 護(hù)壁施工

施工時采用外齒式混凝土護(hù)壁，護(hù)壁混凝土厚度按照計算結(jié)果取上口寬15 cm，下口寬7.5 cm，上下護(hù)壁間搭接50mm。第一節(jié)護(hù)壁兼作挖孔鎖口圈，高出周圍地面20 cm以上，以防地面水或雜物落入孔內(nèi)，上口厚寬18 cm，下口厚寬12 cm。

護(hù)壁混凝土現(xiàn)場人工拌和，孔內(nèi)人工澆搗。護(hù)壁混凝土模板由4塊鋼模板組成，插口連接，支模要校正直徑及圓度，護(hù)壁孔圈中心線要與樁軸線重合。護(hù)壁混凝土施工中應(yīng)嚴(yán)格按配合比下料攪拌，坍落度控制在4～7 cm為宜，為提高早期強(qiáng)度可適當(dāng)加入早強(qiáng)劑，混凝土澆筑時分層沿四周入模并用鋼釬搗實，澆筑前將上節(jié)護(hù)壁底泥土清理干凈，以便連接牢固。

當(dāng)護(hù)壁混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度后，便可拆除模板，通常拆模時間為24 h，再進(jìn)行下一節(jié)施工。護(hù)壁每節(jié)高度與開挖進(jìn)尺一致，樁孔挖掘及混凝土護(hù)壁兩道工序必須連續(xù)作業(yè)，不要中途停頓，以防坍孔。混凝土護(hù)壁的施工樣式見圖2。

圖2 挖孔樁護(hù)壁

2.5 成孔及孔底處理

分步驟挖孔—護(hù)壁—挖孔直至達(dá)到設(shè)計深度后，把孔底的松渣等擾動過的軟層全部清理掉，隨后對樁位、孔深、孔徑、垂直度、嵌巖深度等指標(biāo)進(jìn)行檢查，其中樁位利用樁位控制點進(jìn)行檢測；孔徑、形狀和傾斜度采用外徑等于樁鋼筋籠直徑，長度≮4～6倍直徑的鋼筋檢孔器吊入孔內(nèi)檢測；當(dāng)發(fā)現(xiàn)有成孔不直、孔徑減小、斷面變形超過規(guī)范容許值時進(jìn)行重新修整；隨后在進(jìn)行嵌巖深度檢測并合格后進(jìn)行吊放鋼筋籠和澆筑樁身混凝土的施工。

3 結(jié)語

雖然人工挖孔樁施工方便、速度快等等優(yōu)點，但是也有如孔下作業(yè)條件差、環(huán)境惡劣，勞動強(qiáng)度大，安全和質(zhì)量隱患多等缺點，所以在人工挖孔樁施工中具有良好防護(hù)性能的混凝土護(hù)壁具有非常重要的作用，對于改善孔下作業(yè)條件、封閉地下水、維持樁身完整和保障作業(yè)人員人身安全至關(guān)重要，在施工前進(jìn)行護(hù)壁設(shè)計和計算又是保證護(hù)壁防護(hù)性能的基礎(chǔ)和前提，希望本文能為其他地質(zhì)類型的人工挖孔樁施工提供借鑒。

[1]JTG/TF 50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].