淺析人工挖孔樁施工技術(shù)

高 杰

（順昌縣項(xiàng)目工程質(zhì)量安全綜合技術(shù)中心，福建 南平 353000）

0 引言

人工挖孔樁具有多樁同時(shí)施工、施工工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單、外形尺寸檢查直觀、單樁承載力高、持力層確定方便和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到工期緊張和地形復(fù)雜的房建和路橋項(xiàng)目樁基工程中。由于人工挖孔樁井下作業(yè)危險(xiǎn)性較大，出于安全性考慮，其施工具有一定的局限性。在地下水位較高和存在流泥或流砂等復(fù)雜地質(zhì)情況下，挖孔過(guò)程中稍有不慎將會(huì)出現(xiàn)塌孔事故，極大地威脅到孔下操作人員的安全，應(yīng)采取安全且經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)措施，確保人工挖孔樁施工質(zhì)量和安全。

1 工程概況

福州大學(xué)旗山校區(qū)研究生公寓（52#～60#樓及配套設(shè)施）項(xiàng)目位于福州市閩候縣福州大學(xué)旗山校區(qū)生活區(qū)北側(cè)，總建筑面積為40901m2，共有9 棟公寓樓。建筑層數(shù)為6 層，建筑高度為28.8m，結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)防烈度為7 度，安全等級(jí)為三級(jí)。本工程樁基采用人工挖孔樁，樁長(zhǎng)為6～10m，樁徑為900mm，混凝土強(qiáng)度為C30，樁端持力層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，樁端進(jìn)入巖層深度≥2m。

2 地質(zhì)條件

施工現(xiàn)場(chǎng)的土層地質(zhì)情況按照從上到下的順序依次如下：（1）素填土。主要成分為碎石、碎磚和砂性土等，欠固結(jié)，層厚0.80～2.40m；（2）淤泥?；液谏受浰軤?，混有少量中砂、貝殼和腐殖質(zhì)，屬于高壓縮性土，層厚2.60～4.30m；（3）中砂。局部混有碎石和粉質(zhì)黏土，呈密實(shí)狀態(tài)，層厚1.80～4.60m；（4）粉質(zhì)黏土。局部含有砂礫，呈可塑狀態(tài)，灰黃色，局部存在漂石，厚度為1.0～2.3m，塊徑為1.2～1.8m，層厚為2.6～5.10m；（5）碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。黃褐色，有明顯的銹跡，裂隙發(fā)育，層厚6.30～10.50m；（6）中風(fēng)化花崗巖。青灰色，塊狀構(gòu)造，巖體完整，層厚4.20～7.60m。本工程地下水埋藏深度約為3.5～4.1m，地下水的存在對(duì)人工挖孔樁的作業(yè)影響較大。

3 施工難點(diǎn)分析

（1）本工程地質(zhì)條件復(fù)雜。在地下水存在的情況下，淤泥和中砂很容易出現(xiàn)流砂或者流泥等現(xiàn)象，人工挖孔樁井下作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)較大，護(hù)壁強(qiáng)度應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)。

（2）施工場(chǎng)地的高程較低。人工挖孔樁期間常伴有大雨或者暴雨等氣候，施工場(chǎng)地應(yīng)做好排水措施，避免出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

（3）地質(zhì)條件中存在漂石。漂石的厚度較大，且質(zhì)地堅(jiān)硬，若采用人工鑿除方法處理，施工較為緩慢，結(jié)合公司多年的樁基施工經(jīng)驗(yàn)，厚漂石的處理采用微差爆破技術(shù)，將漂石松動(dòng)爆破后再進(jìn)行人工鑿除，爆破可能會(huì)產(chǎn)生飛石，應(yīng)切實(shí)做好爆破安全施工措施。

4 人工挖孔樁施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程

人工挖孔樁施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 人工挖孔樁施工工藝流程圖

4.2 施工準(zhǔn)備

項(xiàng)目部技術(shù)人員應(yīng)熟悉設(shè)計(jì)圖紙，仔細(xì)查閱地質(zhì)勘察報(bào)告，詳細(xì)地了解各個(gè)巖土層的性質(zhì)及漂石可能存在的區(qū)域，根據(jù)人工挖孔樁施工工藝流程，制定人工挖孔樁施工方案[1]。對(duì)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷提前進(jìn)行預(yù)判，并擬定相應(yīng)的預(yù)防措施，對(duì)樁基施工存在的危險(xiǎn)源進(jìn)行評(píng)估，尤其是井下安全作業(yè)的影響因素，并提出相應(yīng)的解決對(duì)策[2]。由于本工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)圖紙中護(hù)壁混凝土強(qiáng)度為C15。在地下水存在的情況下，該護(hù)壁混凝土強(qiáng)度難以支撐住流砂或者流泥的沖擊，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，建議將護(hù)壁混凝土強(qiáng)度更改為C30，該建議得到設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可與采納，并相應(yīng)做了設(shè)計(jì)變更。由于地下水較為豐富，正常情況應(yīng)采取一定降水措施來(lái)確保樁基施工安全。根據(jù)樁基的布置情況，找出3 根深度最深的人工挖孔樁先行開(kāi)挖，開(kāi)挖后不灌注混凝土，將這3 個(gè)樁孔作為降水井來(lái)降低其他樁孔的水位。為了防止降雨出現(xiàn)的地表徑流水進(jìn)入到樁孔內(nèi)，在樁基施工區(qū)域以外約2m 的地方布設(shè)環(huán)形排水溝，溝寬為0.6m，溝深為0.8m；在樁基布置區(qū)域內(nèi)布設(shè)井字形排水溝，溝寬為0.3m，溝深為0.4m，并與外部環(huán)形排水溝相互連通，從而做好場(chǎng)地的排水措施，確保樁孔護(hù)壁的穩(wěn)定性。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理地布置施工機(jī)具，確保施工安全，人工挖孔樁施工機(jī)具平面布置如圖2 所示。

圖2 人工挖孔樁施工機(jī)具平面布置圖

4.3 挖孔

采用全站儀將樁位測(cè)放出來(lái)，根據(jù)樁徑和混凝土護(hù)筒厚度將開(kāi)挖邊線測(cè)放出來(lái)后即可進(jìn)行護(hù)筒土方開(kāi)挖。本工程混凝土護(hù)筒高度為1000mm，露出地面高度為200mm，壁厚為250mm，在護(hù)筒內(nèi)安裝Φ8mm×200mm 的雙層密布筋，護(hù)筒混凝土澆筑完成后待達(dá)到一定強(qiáng)度后即可開(kāi)始樁孔土方開(kāi)挖。樁孔土方按照從中間往周邊的順序進(jìn)行分段分層開(kāi)挖[3]，除了淤泥層和中砂層的開(kāi)挖深度為0.5m 之外，其余巖土層開(kāi)挖深度為1m。在樁孔頂部設(shè)置卷?yè)P(yáng)機(jī)，采用活底吊桶將挖出的巖土吊出地面，卸料點(diǎn)應(yīng)距離樁孔位置≥2m。孔壁開(kāi)挖應(yīng)順直光滑，樁孔的軸線偏差≤20mm，垂直度偏差＜0.5%。遇到漂石時(shí)，如果漂石厚度較薄，采用風(fēng)鎬進(jìn)行人工鑿除，如果漂石厚度較大時(shí)，則在漂石四周設(shè)置炮眼12 個(gè)，環(huán)形均勻布置，掏槽眼布設(shè)6 個(gè)，采用微差爆破技術(shù)進(jìn)行破除，炮眼鉆進(jìn)深度為漂石底以上約1m，根據(jù)炮眼布置情況分別裝乳化炸藥，周邊炮眼和掏槽眼分別裝藥0.25 節(jié)和0.5節(jié)，炮眼采用報(bào)紙和泥土填塞飽滿，引爆器采用電雷管。為了防止飛石傷人，在護(hù)筒頂放置雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為16mm，接著將輪胎片雙層鋪設(shè)在鋼筋網(wǎng)上，再疊放數(shù)層沙袋。在爆破區(qū)域設(shè)置安全警戒區(qū)，引爆由專業(yè)技術(shù)人員專人指揮操作，無(wú)關(guān)人員嚴(yán)禁進(jìn)入爆破作業(yè)影響范圍內(nèi)，確保爆破區(qū)域施工安全。

4.4 護(hù)壁施工

本工程護(hù)壁混凝土強(qiáng)度為C30，護(hù)壁厚度為150mm，護(hù)壁模板采用4 塊環(huán)形特制的鋼模組成。護(hù)壁混凝土應(yīng)嚴(yán)格按照配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行稱量下料攪拌，混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械攪拌，應(yīng)攪拌均勻，坍落度為30～50mm。在護(hù)壁內(nèi)布設(shè)鋼筋網(wǎng)片，鋼筋直接為10mm 圓鋼，安裝間距為150mm，鋼筋采用鐵絲綁扎，搭接長(zhǎng)度為200mm，在鋼筋的兩端應(yīng)設(shè)置彎鉤，彎鉤形狀呈U 型。當(dāng)安裝下節(jié)鋼筋時(shí)，將兩節(jié)鋼筋的彎鉤相互拉緊并將彎鉤封閉連接成一個(gè)整體。鋼模安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤，采用鋼釬插搗護(hù)壁混凝土使之密實(shí)可靠，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1d，根據(jù)開(kāi)挖樁孔數(shù)量來(lái)合理地配置鋼模的數(shù)量，使得鋼模能夠?qū)崿F(xiàn)流水作業(yè)。當(dāng)護(hù)壁施工至淤泥和中砂層時(shí)，為了提高護(hù)壁的剛度，護(hù)壁搭接長(zhǎng)度為100mm。

由于地下水較為豐富，護(hù)壁將可能出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。如果滲漏情形為點(diǎn)狀時(shí)，直接在滲漏點(diǎn)位置鑿出孔徑為50mm 的孔洞，將木楔打入孔內(nèi)，木楔周邊采用防水砂漿粉刷密實(shí)，木楔吸水膨脹后即可止住滲漏[4]。如果滲漏情形為帶狀時(shí)，沿著帶狀滲漏點(diǎn)布置的方向鑿出孔徑為50mm 的孔洞，將止水閥門安裝在孔洞內(nèi)，待護(hù)壁后面的地下水全部流出水壓變小后，再采用防水砂漿粉刷平整。如果帶狀滲漏的面積較大時(shí)，在護(hù)壁上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)再采用防水砂漿粉刷平整，等粉刷層強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時(shí)即可將止水閥關(guān)閉。樁孔開(kāi)挖過(guò)程中如果出現(xiàn)流砂或流泥現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)際情況采取不同的技術(shù)措施，如果流泥厚度≤1.5m 且不嚴(yán)重情況下，在護(hù)壁混凝土中摻入速凝劑和早強(qiáng)劑，加快樁孔開(kāi)挖速度，提高護(hù)壁的早期強(qiáng)度。如果護(hù)壁存在坍塌跡象時(shí)，在孔內(nèi)采用沙袋疊放將護(hù)壁壓住，待護(hù)壁強(qiáng)度足以抵御流砂時(shí)再卸除沙袋。當(dāng)流泥厚度＞1.5m 且嚴(yán)重情況下，在土體中插入長(zhǎng)度為1～1.5m 直徑為16mm 螺紋鋼筋，挖除土方后采用辮狀的稻草圍堵。如果泥沙呈涌出現(xiàn)象，則先在土體中密插毛竹片，接著在竹片外再用辮狀的稻草進(jìn)行封堵，將護(hù)壁厚度增加到200mm。如果采取上述技術(shù)措施還是沒(méi)辦法阻止涌出的泥沙，則采用長(zhǎng)護(hù)筒護(hù)壁進(jìn)行樁孔土方的開(kāi)挖，在鋼護(hù)筒頂部加設(shè)3 道加勁肋，鋼護(hù)筒壁厚為5mm，高度為6m，鋼護(hù)筒的下沉采用千斤頂輔助頂進(jìn)，待鋼護(hù)筒穿過(guò)流泥或者流砂層后插入粉質(zhì)粘土層1m 后，后續(xù)巖層的開(kāi)挖按照擬定的施工方案繼續(xù)施工，直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程。開(kāi)挖至碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間通知監(jiān)理工程師到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鑒定與復(fù)核，持力層確定后繼續(xù)往下開(kāi)挖2m 即可終孔。樁孔開(kāi)挖完成后，孔徑、孔深和垂直度偏差經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后即可下放鋼筋籠。

4.5 鋼筋籠制作與安裝

由于樁長(zhǎng)較短，無(wú)需分段制作，鋼筋籠直接在加工現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行制作與加工，所采用的鋼筋質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)要求。鋼筋籠按照設(shè)計(jì)要求每隔2m 設(shè)置一道加強(qiáng)箍，為了防止運(yùn)輸和吊裝時(shí)鋼筋籠出現(xiàn)變形，每隔1 個(gè)加強(qiáng)箍設(shè)置一道十字支撐。在每道加強(qiáng)箍的主筋上采用鐵絲將保護(hù)層墊塊綁扎牢固。鋼筋籠采用專用的板車運(yùn)輸?shù)綐犊走?，采用吊車將鋼筋籠吊起后對(duì)準(zhǔn)孔位中心緩慢下放。鋼筋籠就位后，復(fù)核其軸線和高程無(wú)誤后將吊筋掛在護(hù)筒頂上的槽鋼上。

4.6 混凝土灌注

鋼筋籠固定后，采用潛水泵將孔底的地下水抽出地面，為了防止孔底少量的地下水對(duì)混凝土質(zhì)量產(chǎn)生影響，在混凝土澆筑之前，往孔內(nèi)投入適量的干水泥，使得孔底無(wú)明水現(xiàn)象。樁身混凝土坍落度為60～80mm，采用串筒進(jìn)行輔助下料，串筒下端與孔底的距離≤2m，防止混凝土下落過(guò)程中出現(xiàn)離析現(xiàn)象[5]?；炷涟凑辗謱臃ㄟM(jìn)行灌注，分層厚度為1m，混凝土灌注后及時(shí)振搗密實(shí)，混凝土灌注應(yīng)連續(xù)。作為降水用的3 根人工挖孔樁由于地下水出水量較大，無(wú)法直接排干，采用導(dǎo)管法進(jìn)行水下混凝土灌注，混凝土坍落度調(diào)整為180～220mm，導(dǎo)管直徑為300mm，導(dǎo)管安裝時(shí)應(yīng)做密閉性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格即可進(jìn)行安裝。導(dǎo)管下口與孔底的距離為0.3m，根據(jù)首灌計(jì)算公式可知料斗的容量為2m3，首灌成功后繼續(xù)進(jìn)行混凝土灌注，導(dǎo)管埋入混凝土深度控制在2～6m 范圍內(nèi)，根據(jù)導(dǎo)管的埋深合理地拆除管節(jié)，混凝土灌注速度為2m/h。水下混凝土的超灌高度為0.3m。

5 結(jié)束語(yǔ)

人工挖孔樁施工完成后按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行靜載、鉆孔取芯和動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐表明，存在淤泥、中砂層、厚度較大漂石和地下水等復(fù)雜地質(zhì)條件下，采取上述的人工挖孔樁施工技術(shù)能夠有效地保證樁基施工質(zhì)量和井下作業(yè)的安全性，值得在類似的項(xiàng)目進(jìn)行推廣。