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摘要：人工挖孔桩是采用人工挖掘成孔，在孔内吊放钢筋笼，浇筑混凝土而成的灌注桩。本文结合潍日高速三合同人工挖孔桩施工，对人工挖孔桩施工过程中的要点及重点进行了详细研究。本文对类似工程具有较高参考价值。
一、概述
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。当挖孔内的空气污染物超过《环境空气质量标准》（GB3095-2012）规定的各项污染物的浓度限值三级标准时，如没有安全可靠的通风措施，不得采用人工挖孔作业。人工挖孔深度超过10m时，应采用机械通风。人工挖孔深不宜大于15m。如果设计桩长大于15m，必须采用人工施工时，应加强机械通风和安全措施或采用机械挖掘，确保施工安全。
根据潍日三标设计工程地质纵断面图可知，本合同段桩基处于强风化和中风化片麻状花岗岩中且桩基深度大部分不超过20米，结合实施性施工组织设计安排，加快施工进度，本段部分桩基拟采用人工挖孔“水钻取芯”成孔方式。
二、施工技术方案
一）、“水钻取芯”成孔法
1、施工准备
1.1 技术准备
① 掌握场地的工程地质和水文地质资料；
②读懂桩基设计图纸和技术要求，编写施工方案，进行技术交底、 原材料送检和混凝土配比申请。
③ 准备施工用的各种报表、规范。
1.2现场准备
（1）平整场地，铲除松软土层并夯实；
（2）测量放样，定出桩孔准确位置；开挖土方，施工护壁至施工岩层；安装支架、卷扬机及出渣吊篮，布设出渣路径；安装“水钻”水箱；最后调试“水钻”钻机。
1.3 主要机具设备配备
根据本段桩基实际情况，水钻取芯成孔，钢筋笼采用钢筋加工场集中加工，汽车吊分节吊装，砼采用拌合站拌制，罐车运输，导管法灌注水下砼。主要机械设备配备见下表：
2.2 施工方法
2.2.1施工准备工作
（1）平整场地，铲除松软土层并夯实；
（2）测量放样，定出桩孔准确位置；开挖土方，施工护壁至施工岩层；安装支架、卷扬机及出渣吊篮，布设出渣路径；安装“水钻”水箱；最后调试“水钻”钻机。
2.2.2 施工顺序
（1）布置取芯点
以桩径1.3m为例，子桩孔内壁布置24个直径为150mm柱体岩芯取芯点，主体岩芯于桩孔内壁成一定倾斜角或相切布置。柱体岩芯质检相切布置，柱体岩芯与桩基内壁相切（图3）。
布置取芯点：
1.根据桩径及钻芯的大小计算取芯点；
2.布置取芯点
（4）在小孔内打入钢楔，用大锤锤击钢楔使岩体获得一个水平的冲击力，在水平冲击力作用下岩石沿铅锤面被拉裂，岩芯底部发生水平剪切破坏。依次分裂岩体，直至该层桩基岩芯底部全部破裂为止（图6）。
分裂桩基岩芯：
1.将钢楔插入小孔内；
2.用大锤分别锤击钢楔至桩基岩芯开裂破碎
（7）循环作业至成孔
在锤击钢楔挤压岩石时，由于岩石纹理不同，导致桩基岩芯破裂程度不同，待同层正平后，再进入下一作业循环。依次按照布置取芯点、钻取柱体岩芯、桩基岩芯打孔布点、分裂桩基岩芯、出渣、桩孔修整的循环工序作业，最终至成孔。
桩基成孔图
（8）孔底碎渣清理干净后，检查孔径，孔深、倾斜度是否符合规范及设计要求。
2.3操作要点
2.3.1 空心钻头并加水旋转取芯，钻机沿桩基础设计圆周取出若干个高约600mm的圆体岩芯时，一般高度只取500～580mm，以便更好的保护钻机。
2.3.2 用电钻沿桩基岩芯半径等分钻成一排小孔，钻孔数量根据桩基岩石抗拉、抗剪强度而定，小桩径一般只需沿直径3等分即可。
2.3.3 在小孔内锥入钢楔子，锤击钢楔挤压岩石，至岩石发生破裂。
2.3.4 对桩孔进行修正，敲掉侵占桩基空间的岩石锯齿，保证桩基整体平整度。
2.3.5 依次按照分层取芯、破裂、取岩块、修正桩孔的循环工序作业。
2.3.6 当桩径大于2.5m时施工同小桩径一样，先形成一圈外周临空面；对桩基岩芯进行分块劈裂，先沿桩基岩芯半径用“水钻”继续钻取柱体岩芯，柱体岩芯直径可以更换成小孔径空心钻，使桩基岩芯等分成4-6块，分块形成内部临空面；在分块的岩芯上手持电钻钻取一排小孔，最后在小孔内锥入钢楔，锤击钢楔挤压岩芯至破裂。
2.4注意事项
2.4.1 挖孔桩上部土层及中风化岩土采用人工开挖并浇筑护壁，每次进尺以不大于1m为宜，并需及时浇筑20cm厚的强度不低于C20混凝土护壁（护壁钢筋见下图），护壁顶面高程必须高出地面30cm。每两个循环进行一次孔中心、直径等偏心率检查，确保成孔后桩体垂直偏差不超过设计规范要求。
2.4.2 由于采用提升架，提升架的基座要求牢固稳定，孔口周边的挖孔平台需采用钢筋混凝土浇筑，以确保安全，做好提升架性能的检查，钢丝绳、挂钩、电动卷扬机、支架等均要考虑足够的安全系数。
2.4.3 用小型电钻沿桩基岩芯半径的分钻去小孔，钻孔数量根据桩基岩石强度而定。
取芯点布置个数=π×（桩基直径-“水钻”直径）÷“水钻”直径
实际挖孔过程中，由于“水钻”钻机型号不同，如果电机直径及支架过大，开挖过程中就需要“水钻”钻取柱体岩芯时要倾斜，但为了保证不缩孔就必须倾斜一定角度。如果采用小直径电机及小型支架或手持式”水钻”，便可以不需”水钻”钻机倾斜开挖，可以竖直开挖，使开挖尺寸更精确，无需扩孔。
二）、挖孔桩质量检验基本要求
挖孔桩检查项目
三）、钢筋笼制作与安装
①钢筋笼制作
钢筋笼由钢筋加工场分段制作，桩基钢筋笼采用滚焊机分段制作，对钢筋笼进行分别编号并标识。主筋在制作前必须调直，没有局部的弯折。主筋在钢筋加工场内采用套筒连接，接头相互错开，保证同一截面内的接头数目不超过主筋总数的50%。钢筋笼加强筋采用双面搭接焊，搭接长度为11cm，焊接时采用焊架固定。钢筋笼主筋采用直螺纹套筒连接，接头错开间距不小于35d（d为钢筋直径），且不得小于50cm。为确保钢筋笼加工精度和美观，采用滚焊机进行钢筋笼制作。钢筋加工安装质量标准见下表所示。声测管埋设：当桩径D≦1.5m，3根声测管；当桩径D>1.5m，4根声测管，检测结束后每根钢管采用压浆封实。
钢筋笼制作和安装质量标准
②钢筋笼的安装
桩身钢筋笼分段制作完成后，按照编号采用平板车运至现场，用吊车将钢筋骨架吊入桩孔内，每下完一节钢筋笼后用钢管或方木固定，再用吊车吊住另一节钢筋笼进行焊接。钢筋笼在吊装前，报监理工程师进行检验，监理工程师检查合格后方可进行下步工序。顶节钢筋笼顶端根据孔顶标高设置吊筋。起吊时，吊点栓牢并布置于直径方向，起吊过程中必须防止钢筋笼变形，使钢筋笼吊起后呈自然铅直状态。钢筋笼接长时，两段钢筋笼必须保持垂直和对位良好。吊入钢筋笼时对准孔位轻放慢放。若遇阻碍，随起随落和正反旋转使之下放。不高起猛落，强行下放，以防碰坏孔壁而引起塌孔。下放过程中，时刻注意观察孔内水位情况，如发现异常现象，马上停放，检查是否塌孔。钢筋笼骨架的保护层厚度根据设计要求采用焊接定位钢筋控制，设置密度按竖向每隔2m设置一道，每道沿圆周布置4个。钢筋笼下放至标高后，要检查钢筋笼是否中心偏位，使之满足规范要求，并用4根Φ16钢筋将其与钢护筒焊接，以防止钢筋笼在混凝土灌注过程中下沉或上浮。
四）、安装导管
导管采用直径φ300mm、壁厚6mm的无缝钢管。导管的连接采用法兰盘连接。并在两法兰盘之间垫有4～5mm厚的橡胶止水垫圈。 在下导管前，采用水密承压和接头抗拉试验，检查其是否损坏，密封圈、卡口是否完好，内壁是否光滑圆顺，接头是否严密。进行水密试验的水压以不小于孔内水深1.3倍的压力，且不小于导管壁和焊缝可能承受灌注砼时最大压力的1.3倍。以实际孔底标高和孔口架之间的距离来配置需要导管长度，并预留40cm的悬空高度。拼装时要严格检查导管内壁和法兰盘表面，确保干净无杂物，变形和磨损严重的导管严禁使用，导管的吊放用吊车，要确保其居于孔的中心位置，下放速度要慢，防止卡挂钢筋笼骨架。
五）、混凝土的灌注
砼灌注前，首先根据桩孔直径、导管内径等要素计算首批砼的需要量，确保首批砼灌注时能将导管埋置在1m以上。首批砼的数量按下式进行计算，1.2m钻孔桩（最长15米）首批混凝土方量经计算不得低于1.8m3，1.4m钻孔桩（最长15米）首批混凝土方量经计算不得低于2.3m3。，1.6m钻孔桩（最长12米）首批混凝土方量经计算不得低于2.8m3。，2.0m钻孔桩（最长23米）首批混凝土方量经计算不得低于4.5m3。为了确保桩基封底质量，要求修好便道使砼罐车能到达桩基附近，准备好首批砼后及时启动罐车保证连续浇筑。
V=πD2(H1+H2)/4+πd2h1/4 (式7.10)
式中：V-灌注首批混凝土所需数量(m3)；
D-桩孔直径(m)；
H1-桩孔底至导管底端间距(m)；
H2-导管初次埋置深度(m)；
d-导管内径(m)；
h1-桩孔内混凝土达到埋置深度时，导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度(m)；h1=Hw*γw/γc，式中Hw指桩孔内水或泥浆的深度(m)，γw指桩孔内水或泥浆的重度(kN/m3),γc指混凝土的重度，取24 kN/m3。
尽量缩短自砼搅拌至运输到现场的时间，以迅速、不间断为原则，防止在运输中产生砼离析，灌注前砼坍落度损失（比出罐时）不得超过2cm，如有离析或坍落度损失过大现象就要进行再次搅拌，严禁直接加水处理。砼灌注时间不得超过首批砼的初凝时间，当砼运至灌注地点时，检查其均匀性和塌落度，不符合要求时坚决不得使用。在灌注时，用吊车的主勾吊起储料斗，与导管相连接，把隔水栓堵放在其底部，向斗内注满砼后，用吊机副勾钢丝绳把隔水栓快速提出，使砼在很短的时间内降落到孔底，完成封底工作，之后连续、紧凑的进行灌注，严禁中途停工。在灌注砼的过程中，要注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况，每灌注一盘后，及时用测绳检测砼面的上升高度，计算出导管在砼中的埋深，正确指挥导管的提升和拆除，一般情况下导管的埋深控制在2～6m，即拆导管前埋深不大于6m，拆导管后埋深不小于2m。导管提升时要保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。为保证桩顶砼质量，要比桩顶设计标高超灌不小于0.5m作为保护桩头。
桩基施工在灌注砼时，必须根据试验检测规程进行现场砼的性能测试和制作试件，每根桩至少留取3组试件。
参考文献
[1]《潍日高速施工标准工艺指南——工地建设》（版本1.0）.
[2]本项目部编制的《实施性施工组织设计》、《总体施工进度计划》.
[3]《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005规定.
[4]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）.
[5]《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）.
[6]《公路工程施工安全技术规程》（JTJ-F90-2015）.
论文作者:王兴臣
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/8
标签：桩基论文; 钢筋论文; 导管论文; 水钻论文; 直径论文; 混凝土论文; 柱体论文; 《基层建设》2017年第23期论文;