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人工挖孔桩及清水灌注技术
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　　（中铁二十三局集团第七工程有限公司，广东 深圳 518172） 中国论文网 /8/view-2308874.htm　　摘要：文章主要结合桥梁施工实例，对人工挖孔桩的施工技术进行了阐述和探讨，分析了钻孔灌注桩与挖孔桩灌注桩水下混凝土灌注的不同之处，探讨和提出了人工挖孔桩在清水条件下灌注水下混凝土的技术和方法。 　　关键词：挖孔桩；清水灌注；桩基成孔；混泥土护壁浇筑 　　中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：（2-04 　　一、概述 　　人工挖孔灌注桩适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层。人工挖孔具有如下优点：（1）施工简单方便，不需要大型机械设备，投入少，施工速度快；（2）施工场地的要求低，对低洼、高低不平大型设备难以进入的场地亦可顺利施工；（3）施工中地质条件可随时直观地进行观察和验证，孔径，孔位中心也可随时校正，保证成孔质量；（4）施工中噪音和振动较小，因无泥浆污染比较小，同时扰民也比较小；（5）施工中相邻孔挖孔过程中相互干扰小，可多人多根桩同时施工，提高工作效率；（6）造价比冲击类钻机成孔、回旋钻机成孔等成孔方式低。 　　因而在公路、铁路、民用建筑中现在仍被广泛的应用。我公司承建的某高速公路50%以上桩基采用了这种成孔方式。但是在该标段内某大桥施工中，灌注混凝土时，却连续多次出现断桩事故。虽然人工挖孔桩施工技术和经验已比较成熟，但是施工中仍有很多新问题，仍有必要对人工挖孔桩进行再认识和探讨，不断丰富和扩展挖孔桩施工经验和技术，做出合格的桥梁桩基。 　　二、工程概况 　　某桥梁工程，全桥17跨，其中只两跨位于河道中，有15跨均在岸边或陆地上，岸边及陆上桩基长为17m～29m，桥墩桩基直径均为2m，该桥所处地质条件相对比较简单，地质情况良好，土质自上而下分别为粉质粘土、卵石、碎块状炭质粉砂岩、中风化炭质粉砂岩，地下水位为地表以下10m左右，地下水在雨季时比较丰富，秋冬季相对较小。 　　三、施工准备 　　（一）机具准备 　　每个挖孔作业组（单孔）配备：空压机1台（网电方便时使用电动，网电不便时使用柴油动力，同时配若干米高压风管），短锹、短镐各1把，钢钎1根，风镐3只，提土机具1副（配备卷扬机，钢丝绳，减速机，三相异步电动机各1台），提土桶1只，手推车1台，潜水泵1台，鼓风机1台。 　　（二）场地平整 　　人工挖孔桩对场地要求比较简单，只需要清除表面虚土、软土、集水，用含水量合适的普通土垫平，能满足提土机具的安装即可。 　　（三）桩位测量 　　在平整好的场地上测定好桩位，用木桩准确标识好桩的平面位置及高程，同时埋设2根护桩，并准确量出中心桩到各护桩的距离并做好记录，作为施工中桩位校核的依据和标准。 　　四、桩基成孔 　　（一）开挖 　　按照测量定出的桩位，采取自上而下逐层开挖的方法进行开挖。每层开挖的形状按上小下大的圆台形进行开挖，开挖厚度较好地层按1m控制，流砂层、淤泥层等不良地质按0.5m控制，本桥所处地质条件相对较好，开挖中每层均按1m控制。上部粘土、卵石层采用短锹、短镐开挖，遇到局部孤石或较硬土体时辅以风镐开挖。下部碎块状风化岩，主要以风镐开挖为主，辅以松动爆破进行开挖。到中风后层后采用松动爆破结合风镐进行开挖。 　　开挖过程中，相邻孔宜交叉进行。开挖到地下水位以下时，水量不大时，可边抽水边开挖，开挖完成后及时浇筑相应段护壁混凝土，然后进行下一层施工。若水量较大，可采取对临近孔同时抽水，以减少开挖孔的涌水量，并采取交替循环施工方法进行施工。 　　开挖到岩层后，应按爆破设计参数，布置好炮眼，控制好爆破深度（每次以0.5m为宜）和装药量，爆破时采用电雷管进行引爆。爆破后进行人工凿补和清渣，以形成理想的井孔。岩层较好且稳定的地层段可不浇筑护壁混凝土。 　　开挖深度6～10m时每天送风1次，深度超过10m每天送风两次，若孔中有害气体超标时要常通风。爆破后通风排烟15min，检查无有害气体后，方可下人进行人工凿补和清渣。 　　每一开挖循环都应校正孔的中心位置，发现地质与设计不符时及时向有关部门联系，以保证成孔质量。 　　（二）混凝土护壁浇筑 　　混凝土护壁采用定型钢模板，钢模板由若干块曲面扇形模板组成，每块由3mm钢板背后焊以L4cm×4cm角钢制成，模板垂直高1m。为防止流砂淤泥等不良地层，宜配备一组高0.3m～0.5m模板。 　　护壁混凝土采用C20混凝土。护壁混凝土宜加入适量的速凝剂，由于用量小一般采用现场拌制，提土桶运送到位的方法施工。浇筑时采用敲击模板，木棒或钢筋插捣的方法进行混凝土捣实。在地质条件较好时，护壁可以不配筋，若地质条件较差可配置φ8钢筋网，并保证上下段护壁间钢筋有一定搭接，以使护壁形成整体并保证质量，确保流砂淤泥层等不良地层开挖时孔壁稳定，保证成孔质量和施工安全。 　　五、吊放钢筋笼 　　钢筋笼应严格按照设计图纸进行制作加工。制作时宜分段制作，分段存放，并保证钢筋笼长度、直径。钢筋笼吊放过程中应按图纸和规范要求数量和尺寸焊牢保护层垫块。吊放中按照钢筋笼分节，顺序逐节吊放。吊放过程中应使钢筋笼与孔口对正，以防止钢筋笼因不正而挤压变形、保护层垫块被挤掉。从地上或车上起吊钢筋笼时，吊车应用双钩起吊，待钢筋笼起到空中后，慢慢下放下部吊钩使钢筋笼在不受挤压外力的情况下垂直吊起，防止钢筋笼因起吊使下部受挤压而产生弯曲变形。在每节钢筋笼连接时，焊接连接时应保证焊缝长度和质量，机械连接时保证机械接头连接质量。吊放最后1节钢筋笼时，应准确计算和焊接吊筋长度，保证钢筋笼标高。 　　六、混凝土灌注 　　（一）一般灌注方法 　　当桩孔无积水及孔壁渗水较小时，可用一般方法进行混凝土灌注。灌注混凝土时要抽干孔内积水，抽水的潜水泵应设置逆流阀，防止提出水泵时管中残留水流入孔内。若有少量水不能抽干可用干水泥或小部分干拌混凝土铺底后浇筑混凝土。 　　混凝土一般采用串流筒下料分层浇筑，插入式振捣棒捣固密实的方法浇筑。浇筑过程中应尽可能短地缩短浇筑时间提高浇筑速度，这样可以利用混凝土自身的重量压住水流的渗入，减小孔壁渗水的积累保证灌注混凝土质量。用串流筒浇筑时，防止渗水过多造成混凝土过稀而离析，可适当减小混凝土用水量，减小混凝土坍落度。 　　无水条件下，混凝土也可采用导管法下料。当水抽干后下入导管，导管底离孔底50cm为宜。用导管法灌注混凝土，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动性。此种方法可利用混凝土自身的重量使混凝土密实，同时也可减小渗水的影响。导管的埋深控制在2～6m左右，灌注过程中及时测量混凝土表面高度并及时拆卸导管。 　　当临近孔出现多孔渗水时，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，积水孔最后采取水下混凝土灌注施工。 　　（二）清水条件下灌注水下混凝土 　　当地下水比较大，水无法抽干，或抽干后很快水面又上涨，或集中抽水灌注后剩余一孔抽水困难时，这时应考虑进行水下混凝土灌注。由于人工挖孔桩无泥浆、同时又有护壁，孔内几乎无沉淀，水质近似于清水，因而此情况称为清水条件下灌注水下混凝土。 　　1．泥浆条件下水下混凝土灌注方法。冲击成孔，回旋钻成孔灌注水下混凝土的主要施工要求和方法：（1）导管内径200～350mm，导管底离孔底0.3 ～0.5m；（2）混凝土应有良好的和易性，在运输过程中无显著离析、泌水现象，灌注时有足够的流动性，其坍落度宜为180～220mm；（3）首批混凝土满足导管首次埋深≥1.0m，并填充导管底部，首批混凝土后，应连续灌注混凝土；（4）灌注过程中，导管埋深宜控制在2～6m。
　　在实际施工中，当孔底沉淀，泥浆比重满足要求后，均按上述要求和方法进行水下混凝土灌注，只是在首批混凝土处理上有区别。一般直径在2m及以下的桩，混凝土料斗约1m3左右，依靠料斗中混凝土下放完成的时间差连续补充混凝土，以此保证首批混凝土的灌注数量。经实践证明，此操作方法能保证顺利地进行水下混凝土灌注，保证成桩质量。 　　2．断桩原因分析。某大桥挖孔后，灌注时间大多到了雨季，使地下水变大，桩孔内的积水可达10多米甚至20多米深，如再抽水灌注水下混凝土已相当困难，因而起初采用了钻孔灌注桩一样的要求和方法进行水下混凝土灌注，结果却出现连续多次断桩事故，很长一段时间找不到原因。现将断桩可能原因，清水条件下与泥浆条件下灌注桩的不同之处分析如下： 　　（1）混凝土和易性不好，出现离析、泌水现象，导致混凝土流动性差，混凝土堵住导管不能下流造成断桩。此情况两种条件下均存在。 　　（2）导管没做水密试验，导管漏水或导管连接处密封不严，塑料垫圈损害，导致导管漏水。当一批混凝土灌注完成后，混凝土运输车离开至下一辆混凝土运输车就位或拆导管的时间内，可能使导管内混凝土顶面产生积水，当下一批混凝土下放时，先到达的部分混凝土被导管内的积水淘洗与稀释，从而造成混凝土水泥浆与骨料分离，失去流动性堵住管道而断桩。此情况两种条件均有可能发生。但在泥浆情况下，泥浆本身具有一定粘度和很多细小颗粒物，对导管的微小渗漏有一定的封堵作用，清水则不然，因而同等条件下，有泥浆的危害比清水条件下小。 　　（3）导管底离孔底较高，使导管下部混凝土量变大，首批混凝土被淘洗稀释严重，失去流动性。第一批混凝土在灌注时由于连续灌注，混凝土依靠其自身惯性能继续流动，但当稍有停顿后，混凝土停止流动而失去流动性，形成阻力，使后续混凝土不能流动，造成断桩。在泥浆条件下，孔底或多或少有一部分泥浆沉淀物，此部分物质呈稀泥状，黏糊状，当首批混凝土到达后，该部分物质一部分被混凝土冲起覆盖在混凝土表面，起到一定保护膜作用，减轻混凝土被进一步淘洗和稀释。而清水条件下，要完全依靠混凝土本身形成封闭面，在封闭面的作用才能进行堵水。 　　（4）混凝土料斗小，首批混凝土不能起到封住导管≥1m的要求，虽然在首批混凝土下放的过程中，混凝土运输车仍在放料，但放料的速度远不能满足导管全断面下料的需要，不能较好地形成封闭面，造成水进入淘洗、稀释了大部分首批混凝土，使混凝土骨料与水泥浆分离，到最后第一车混凝土只剩小部分未被淘洗，形成封闭面，但被淘洗的部分混凝土已有足够的阻力阻止混凝土的继续流动。而泥浆条件下，泥浆和沉淀物的部分封堵保护作用，减缓解了混凝土被淘洗稀释速度，使得后续的混凝土能继续起到首批混凝土的作用，弥补了料斗小，首批混凝土不足的问题。 　　（5）孔内水头高度不够，造成导管内空气柱过长，首批混凝土下放时，由于空气阻力，使混凝土下流时不能充满整个导管形成封闭面，全断面下料，而是部分充满导管，这种情况会使导管内水无法被挤出或全部挤出，而造成混凝土被严重淘洗稀释而失去流动性造成断桩。钻孔灌注桩水头高度基本到孔口，导管内空气柱极短，因而阻力极小，使混凝土能全断面下流，形成封闭面挤出导管内泥浆，阻止了混凝土被淘洗稀释。 　　（6）拔导管时，混凝土面与导管埋深没测量好，因失误造成导管超拔，或拔导管时猛拔猛拉而使导管超拔，造成断桩，此情况两种条件下均有。 　　3．清水条件下水下混凝土灌注方法。 　　针对以上问题，清水条件下混凝土灌注要点如下： 　　（1）选择合适的配合比，提高混凝土质量，保证混凝土有良好的和易性，保证适宜的坍落度，使混凝土在灌注过程中能有较好的流动性。 　　（2）导管在使用前，应按要求严格做好水密试验，对漏水，接口不好的导管，损坏的密封垫应坚决换掉，在下放导管时现场技术人员应严格监督，保证接头严密不漏水。 　　（3）下放导管前，现场技术人员应准确测量孔深，准确计算并测量导管长度，外露位置，一般清水灌注桩取下限值0.3～0.4m为宜，灌注时严格按此高度和位置执行。 　　（4）采用较大料斗，保证料斗中的混凝土就能封住导管≥1m深度要求，并连续灌注混凝土，条件具备时可两车混凝土同时运到料斗位置，使头两车混凝土能连续不间断放料。 　　（5）当孔中水头不够高时，可向孔中放水，提高孔中水头高度，缩短空气柱长度，以使混凝土能沿导管全截面下流，形成封闭面挤出导管中的清水，防止混凝土被淘洗稀释。 　　（6）拔导管时应准确计算导管埋深和混凝土顶面标高，确定导管拆卸长度，拆管时要慢，不可提升过猛而断桩。 　　七、结语 　　人工挖孔桩虽然简单，钻孔灌注桩水下混凝土灌注技术也比较成熟，但是在我们的施工中，因某些微小的条件发生改变，其结果却发生根本性的变化。这就要求我们工程管理人员不但具备相关的施工施工经验和知识，还要具备严谨务实的科学态度，不能机械照搬照套。在施工时，要仔细全面熟悉图纸、规范、规程及施工工艺流程，认真分析，规范操作，不放过细节，才能发挥各种施工方法的作用，正确指导施工，建一流工程。 　　 　　参考文献 　　[1] 吕西方．挖孔桩施工浅析[J]．河南科技，2005，（7） 　　[2] 金鑫光，孙兴亮，金鑫全．人工挖孔在桥梁桩基施工中的应用[J]．西部煤矿工程，2003，（1）. 　　[3] 公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）[S]． 　　 　　作者简介：刘德福（1971-），黑龙江大庆人，中铁二十三局集团第七工程有限公司总经理助理，工程师。 　　 　　 　　（责任编辑：赵秀娟） 　　
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人工挖孔桩工程
编制说明……………………………………………………………………………………
第一章 工程概况 …………………………………………………………………………
一、工程设计与技术要求………………………………………………………………
二、场地地质条件……………………………………………………………………
第二章 施工方案…………………………………………………………………………
一、施工现场布置………………………………………………………………………
施工现场场总平面布置图见附录2－1…………………………………………
二、人工挖孔桩的施工工艺……………………………………………………………
三、主要部位施工方法，难点预测及工艺措施………………………………………
1、砂层施工工艺……………………………………………………………………
2、降、排水措施……………………………………………………………………
3、护壁工程质量通病及防治措施…………………………………………………
4、桩孔相邻间距较近防塌孔措施…………………………………………………
5、扩大头处施工安全技术措施…………………………………………………
四、组织体系……………………………………………………………………………
组织机构组成人员附录2－2……………………………………………………
五、质量保证体系………………………………………………………………………
质量保证体系图附录2－3………………………………………………………
技术计划附录2－4……………
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