淺談人工挖孔樁在施工中存在的問題及處理措施

許王生

（福建新紀(jì)建設(shè)集團(tuán)有限公司　福建省　建陽市　345200）

淺談人工挖孔樁在施工中存在的問題及處理措施

許王生

（福建新紀(jì)建設(shè)集團(tuán)有限公司福建省建陽市345200）

在分析人工挖孔樁特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)挖孔、護(hù)壁、孔口圍護(hù)、孔中防毒、防觸電、防孔壁坍塌以及涌水等方面的安全技術(shù)舉措加以探討。

人工挖孔樁；施工技術(shù)；安全措施

概述

人工挖孔灌注樁是在借助人工開挖的基礎(chǔ)上，形成井筒的灌注樁成孔工藝。對(duì)機(jī)械化程度要求不高，僅靠簡(jiǎn)單的機(jī)具就能實(shí)現(xiàn)，于干旱地或者缺水、土質(zhì)或巖石較為密實(shí)的地層中較為適用，其存在施工操作簡(jiǎn)單、投入成本低以及施工占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，雖然也具有較大的勞動(dòng)強(qiáng)度支持、單樁施工速度慢等缺點(diǎn)，特別是就施工安全性來說相當(dāng)?shù)停捎谄涫┕べ|(zhì)量較易控制，且在施工過程中不會(huì)產(chǎn)生大量污染等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于房屋和橋梁樁基工程的施工中。人工挖孔灌注樁可直接檢查樁底巖土層情況，在成孔過程中，將現(xiàn)澆混凝土壁呈鋸齒形的護(hù)壁應(yīng)用其中，在很大程度上提升了裝側(cè)摩擦力，為成樁質(zhì)量提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有樁受力精準(zhǔn)、單樁承載力高、樁身質(zhì)量可靠、基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)成本投入不高以及產(chǎn)生噪音小等諸多優(yōu)點(diǎn)，故在各地應(yīng)用較為普遍。但在施工過程中，也常常遇到一些較棘手的問題，如：地下水，淤泥，流砂，坍孔等。下面根據(jù)本人的工程實(shí)踐，試述人工挖孔施工中的常見問題的處理及各種安全技術(shù)措施。

1　挖孔過程中應(yīng)注意的問題

1.1有地下水情況的挖孔過程控制

地下水是孔樁施工中最常見的問題，它給人工挖孔樁施工帶來許多困難。含水層中的水在開挖時(shí)破壞了其平衡狀態(tài)，使周圍的靜態(tài)水充入樁孔內(nèi)，從而影響了人工挖孔樁的正常施工，如果遇到動(dòng)態(tài)水壓土層施工，不僅開挖困難，連護(hù)壁混凝土也易被水壓沖刷穿透，發(fā)生樁身質(zhì)量問題。如遇到了細(xì)砂、粉砂土層，在壓力水的作用下，也極易發(fā)生流砂和井漏現(xiàn)象。

（1）地下水量不大時(shí)，可選用潛水泵抽水，邊抽水邊開挖，成孔后及時(shí)澆筑相應(yīng)段的混凝土護(hù)壁，然后繼續(xù)下一段的施工。

（2）水量較大時(shí)，當(dāng)用施工孔自身水泵抽水，也不易開挖時(shí)，應(yīng)從施工順序考慮，采取對(duì)周圍樁孔同時(shí)抽水，以減少開挖孔內(nèi)的涌水量，并采取交替循環(huán)施工的方法，組織安排合理，就能達(dá)到很好的效果。也可將樁孔分為若干組進(jìn)行成孔，每組選1～2個(gè)挖得最深的孔作為該組挖孔的集水井，利用抽水機(jī)對(duì)集水井進(jìn)行抽水，以降低地下水位。

（3）對(duì)不太深的挖孔樁根據(jù)水文地質(zhì)勘探資料所提供的滲水量，采取井點(diǎn)降水法，在場(chǎng)地四周合理布置統(tǒng)一的輕型管井降水分流，使地下水位降至孔底以下0.5～1.0m處，若基礎(chǔ)平面涉及到大面積占地時(shí)，也可通過增多降水管井排數(shù)來予以解決。

（4）在抽水的過程中會(huì)多多少少受到環(huán)境的影響，由于施工周圍的環(huán)境較為特殊，例如抽地下水時(shí)由于受到周邊基礎(chǔ)設(shè)施等諸多因素的影響，無法實(shí)現(xiàn)無限制抽水或者是周邊存在湖泊、沼澤等，無法實(shí)現(xiàn)無限制抽水?；诖?，必須要在抽水前均要采取可靠的措施。處理這類問題最有效的方法是截?cái)嗨?，封閉水路。樁孔較淺時(shí)，可用板樁封閉；樁孔較深時(shí)，用鉆孔壓力灌漿形成帷幕擋水，以保證在正常抽水時(shí)，達(dá)到正常開挖。

（5）凡在孔內(nèi)抽水之后，必須先將抽水的專用電源切斷，作業(yè)人員方可下樁孔作業(yè)。嚴(yán)禁帶電源操作，孔口配合孔內(nèi)作業(yè)人員要密切注視孔內(nèi)的情況，不得擅離崗位。

1.2強(qiáng)風(fēng)化巖層及粘土、流砂挖孔過程

挖孔前應(yīng)按施工圖紙精準(zhǔn)放線，對(duì)樁位的中心位置加以確定之后，于樁心位置向四周分別引出4個(gè)控制點(diǎn)，起到控制樁心的目的。在挖空過程中，要求相關(guān)施工工作者必須要對(duì)其挖孔的地質(zhì)情況有全面掌握，由上到下展開分層開挖，每一層土方開挖的形狀都要求呈上小、下大圓臺(tái)體形狀，高度為100cm，上底口徑應(yīng)大于設(shè)計(jì)樁徑20cm，下底口徑則應(yīng)超過設(shè)計(jì)樁徑的40cm。自上開始，向下分布予以開挖，要求開挖區(qū)側(cè)壁必須光滑、憑證，保證底面的水平性，土方挖出之后需盡快運(yùn)送至底面，同時(shí)外運(yùn)，切忌將其堆積在孔邊?？讟兜拈_挖過程中應(yīng)注意對(duì)混凝土護(hù)壁或者鋼護(hù)壁的設(shè)置，同時(shí)進(jìn)行中心偏位（如圖1），特別是直徑在1.5m以上的樁孔。要求混凝土護(hù)壁每一節(jié)高度為100cm，厚約10～15cm，混凝土強(qiáng)度的等級(jí)應(yīng)超過C15，若是遇到地質(zhì)層較為薄弱的可以使用適當(dāng)鋼筋加以輔助。通常來說，若前一天挖1m深并予以支模澆筑混凝土，則24h后便可繼續(xù)施工。

圖1　

圖2　

流砂人工挖空在開挖的過程中，若遇到粉砂層或者洗砂層地質(zhì)，可能再受到地下水作用的影響，便會(huì)造成流砂，嚴(yán)重還可能誘發(fā)井漏，發(fā)生質(zhì)量事故的發(fā)生，針對(duì)于此必須要采取相應(yīng)措施加以控制。

（1）流砂情況較輕時(shí)：有效的方法是縮短這一循環(huán)的開挖深度，將正常的1m左右一段，縮短為0.5m，以減少挖層孔壁的暴露時(shí)問，及時(shí)進(jìn)行護(hù)壁混凝土灌注。當(dāng)孔壁塌落，有泥砂流人而不能形成樁孔時(shí)，可用紡織袋土逐漸堆堵，形成樁孔的外壁，并控制保證內(nèi)壁滿足設(shè)計(jì)要求.

（2）流砂情況較嚴(yán)重時(shí)：常用的辦法是下鋼套筒，鋼套筒與護(hù)壁用的鋼模板相似，以孔外徑為直徑，可分成4～6段圓弧，再加上適當(dāng)?shù)睦邨l，相互用螺栓或鋼筋環(huán)扣連接，在開挖0.5m左右，即可分片將套筒裝入，深入孔底不少于0.2m，插入上部混凝土護(hù)壁外側(cè)不小于0.5m，裝后即支模澆注護(hù)壁混凝土，若放入套筒后流砂仍上涌，可采取突擊挖出后即用混凝土封閉孔底的方法，待混凝土凝結(jié)后，將孔心部位的混凝土清鑿以形成樁孔。也可用此種方法，應(yīng)用到已完成的混凝土護(hù)壁的最下段鉆大，使孔位傾斜至下層護(hù)壁以外，打入漿管，壓力澆注水泥漿，使下部土壤硬些，增強(qiáng)周圍以及底部土壤的滲透性，預(yù)防出現(xiàn)流砂問題。

（3）流砂情況非常嚴(yán)重時(shí)：采用樁端土的加固如果泥質(zhì)砂礫層流砂現(xiàn)象嚴(yán)重，采取措施亦不能保證安全施工，或采取措施需要較大的經(jīng)濟(jì)投入，在樁端持力層距流砂層厚度不大于4～5m時(shí)，可考慮采用加固砂礫層。使該層成為樁體的一部分，支承于樁端持力層上。

加固原理：采用高壓灌漿將水泥漿壓入土層，形成一定高度的復(fù)合土體，使土層承載力得到提高。

施工做法：根據(jù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算結(jié)果，可僅加固流砂層，也可加固流砂層及樁端持力層一定深度的土層。鉆機(jī)在樁中心位置就位，鉆進(jìn)需加固的土體底層，采用多重管法施工，為防止泥砂堵塞噴嘴，應(yīng)邊射水邊插管，至要求加固的土層底后，由下而上噴射水泥漿，邊噴射邊旋轉(zhuǎn)，直至完成。一般采用425#水泥做材料，水做溶劑，水灰比1：1，為保證水泥正常凝結(jié)，可加入一定量的促凝外加劑。施工時(shí)應(yīng)參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）高壓噴射注漿法相關(guān)規(guī)定。

設(shè)計(jì)驗(yàn)算：應(yīng)做樁的承載力和樁端持力層承載力驗(yàn)算。

（1）就淡妝書香承載力的特征值來說可按下式估算，取其中較小值：

式中：fcu——在常規(guī)養(yǎng)護(hù)條件下，與旋噴樁樁身水泥土配比一樣的室內(nèi)加固土試塊（為立方體，邊長(zhǎng)為70.7m），共為28d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）；

η——樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.33；

n——于樁長(zhǎng)范圍中所劃分的所有土層數(shù)；

li——樁周第i層土的厚度（m）；

qsi——樁周第層土的側(cè)阻力特征值（kPa），依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007）的相關(guān)規(guī)定加以確定，也可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)加以確定；

qp——還未進(jìn)行修正的樁短地基土承載力特征值（kPa），依據(jù)我國(guó)當(dāng)前《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007）相關(guān)內(nèi)容規(guī)定加以確定，或者以地區(qū)經(jīng)驗(yàn)作為標(biāo)準(zhǔn)；

up——樁的周長(zhǎng)（m）；

Ap——樁的截面積（m2）；

Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）。

（2）樁端承載力特征值

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）第5.2.3條：“地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、公式計(jì)算、并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定?！睂?duì)加固土體，可采用現(xiàn)場(chǎng)抽芯試驗(yàn)結(jié)果，取其抗壓強(qiáng)度做為樁端承載力值。

如加固土體下部為非設(shè)計(jì)要求的樁端持力層，應(yīng)做軟弱下臥層的驗(yàn)算工作，按照規(guī)范第5.2.7條規(guī)定，應(yīng)遵循下列公式進(jìn)行驗(yàn)算：

式中PZ——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，于軟弱下臥層面的附加壓力值；

PCZ——軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值；

Faz——加以深入修正后，軟弱下臥層頂面處地基承載力特征值。

確定處理方案前應(yīng)搜集擬處理區(qū)域內(nèi)詳盡的巖土工程資料。尤其是填土層的厚度和組成；軟土層的分布范圍、分層情況；地下水位及pH值；土的含水量、塑性指數(shù)和有機(jī)質(zhì)含量等。

1.3在淤泥質(zhì)土層的挖孔過程

若是遇到淤泥質(zhì)土層等軟弱土層的情況，則可使用木方、木模板等進(jìn)行支擋，同時(shí)盡量將該段開挖深度予以縮減，做好澆筑混凝土護(hù)壁。每一次支擋的木方都要于周邊打入至底部深度超過0.2m，將上部嵌入已經(jīng)完成澆筑的上段混凝土護(hù)壁之后，可以起到有效的支擋作用。

1.4當(dāng)開挖的時(shí)候遇到弱風(fēng)化巖層時(shí)可進(jìn)行爆破

目前茅店貢江特大橋共有20根挖孔灌注樁，它們的直徑都在200cm，長(zhǎng)度為17m，在挖至5～17m的深度時(shí)，遇到弱風(fēng)化含礫砂巖層，則使用爆破的施工方法。爆破厚度調(diào)節(jié)在每一次90～ 100cm左右，將井筒的中軸線作為圓心，直徑分別是20cm和80cm，同時(shí)以同樣的間距進(jìn)行打兩圈深度為120cm的垂直炮孔。在這其中，圓心炮孔為1個(gè)，里圈炮孔為6個(gè)，外圈炮孔為13個(gè)，里圈炮孔裝藥約0.5kg，外圈每個(gè)炮孔裝藥約0.6kg，里圈的裝藥先爆炸，300ms后，外圈的裝藥再爆炸。里圈的7個(gè)藥包就會(huì)向上拋起爆碎的巖體，外圈的13個(gè)藥包則對(duì)爆破位置殘存的巖體進(jìn)行光面爆破，以便于垂直井壁的形成，具有較好效果。于清孔工作結(jié)束之后再加以重復(fù)爆破程序，直到柱底標(biāo)高為止。由于爆破之后而形成的井壁無需加以混凝土護(hù)壁，但在爆破的過程中，不排除可能會(huì)有損害到上面土體中的護(hù)壁，基于此，在每次爆破之后，都應(yīng)該加以認(rèn)真、全面的檢查，排除損壞部位，并對(duì)損壞的護(hù)壁進(jìn)行加固處理，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

1.5于井上、井下兩者之間確保持續(xù)存在較好的聯(lián)絡(luò)信號(hào)

同時(shí)加強(qiáng)檢查，對(duì)地質(zhì)的變化情況進(jìn)行關(guān)注，如若遇到流砂等問題會(huì)威脅到挖空的安全時(shí)，則需采取相應(yīng)預(yù)防舉措之后，在確保安全的基礎(chǔ)上繼續(xù)施工。

2　結(jié)語

人工挖孔樁在施工過程中，由于地質(zhì)勘察資料的偏差，會(huì)出現(xiàn)一系列常見且較棘手的問題，為了給人工挖孔樁這種簡(jiǎn)單而原始的施工工藝提出一些處理的方案和方法，對(duì)此類方法進(jìn)行全面的分析和總結(jié)，也是給了更多的人工挖孔樁施工技術(shù)全面的參考和借鑒，對(duì)于進(jìn)一步完善人工挖孔樁的施工建設(shè)有全新的把握。

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[3]安向東.淺談卵石泥巖地層樁基施工技術(shù)[J].甘肅科技，2012（11）.

TU753.3

A

1673-0038（2015）07-0035-03

2015-1-26

許王生（1981-），男，工程師，本科，主要從事建筑工程現(xiàn)場(chǎng)施工管理工作。