【摘 要】随着社会的发展及人们对快捷生活的不断追求，飞机及航空运输发挥着越来越重要的作用，而机场航站楼的建设，便是使之成为现实的开始和基础。桩基的施工，作为机场航站楼建设工程的关键和基础，在整个项目建设实施过程中都起着至关重要的作用。本文以人工挖孔灌注桩实施技术为研究对象，结合项目工程概况以及场地地质条件，综合对比分析了独立柱基、机械挖孔桩、人工挖孔桩、预制混凝土方桩四种施工技术，选择独立柱基和人工挖孔桩作为主要施工设计技术，分析验证了桩长大于16米的人工挖孔桩可行性设计。
【关键词】人工挖孔灌注桩；机场航站楼；施工技术；技术评价
0引言
人工挖孔灌注桩，也叫人工挖孔桩，是通过人工开挖的方式，产生井筒，灌注钢筋混凝土形成灌注桩的工艺技术。自1893年在美国出现至今，已有100多年的历史。为满足紧张的土地需求和不断增加的建筑层数，工程师将桩设在较深的持力层，由于建筑本身承载力的不断增大，对桩的要求也越来越高，桩的截面要增大，并且材质要为钢筋混凝土，综合当时施工条件，不具备先进的打桩设施，工程师便发现了人工挖孔灌注桩。20世纪60年代，这一技术逐渐引入我国。
1工程及岩土概况
某机场航站楼工程，总建筑面积约47万平方米，平面采用“海星”型布局，分为F区大厅及向心布置的A、B、C、D、E五根指廊。地上四层，地下局部两层。建筑结构设计使用年限为50年，地基基础的设计等级为甲级。
依据岩土工程勘察报告，场地地形整体较为平坦。地貌属于河流洪冲击平原，后经人工回填改造。场区土层主要由第四系全新统人工填土（Q4米l）、洪冲击层（Q4al+pl）组成，基岩主要为白垩系王氏群红土崖组泥质粉砂岩（KwH）。共揭示了5个标准层，1个亚层。按自上而下，由新到老的顺序各岩土层分别为：第1层素填土；第7层含姜石粉质粘土；第11层杂填土；第15层泥质粉砂岩全风化带，该带为极破碎的极软岩，岩体基本质量等级Ⅴ级；第16层泥质粉砂岩强风化带，该带为极破碎的极软岩，岩体基本质量等级Ⅴ级；第17层泥质粉砂岩中等风化带，该层岩石属于较完整的软岩，基本质量等级为Ⅳ级。
场地施工的地质条件较为简单，没有泥石流、塌陷、地面沉降、滑坡和裂缝等复杂地面情况。
2人工挖孔桩设计及施工
2.1 人工挖孔桩的设计
首先，在桩型的选择及布置方面，根据建筑的结构类型、载荷、岩土地质条件、穿越土层情况、桩端的持力层穿越的土层类型、施工环境、桩的材质等，对桩型进行比对选择。根据载荷以及地基土层的性质，确定桩长以及截面的尺寸。桩端的持力层一般为硬土层，根据建筑桩基技术规范，桩端进入持力层的深度，若为粘土或者粉土，一般进入大于2D的长度，若为砂土，一般进入大于1.5D，若为碎石土类，一般大于1D，若持力层含软弱下卧层时，桩基以下硬持力层的厚度一般要大于4D。
根据建筑桩基技术规范，桩基竖向的承载力计算方法如下，
Ra=uΣψsiqsialsi+ψpqpaAp
公式中，ψsi 为大直径灌注桩侧阻力尺寸效应系数，ψp 为端阻尺寸效应系数，qsia 为桩侧第i层土的侧阻力特征值（kPa），qpa 为桩径为800mm的桩端阻力特征值（kPa），lsi 为桩侧第i层土的厚度（米），Ap为桩端的面积（米2），u为桩身的周长（米）。
根据土的类别，分别得到侧阻力尺寸效应系数和端阻尺寸效应系数，其中，D为桩端直径。
根据场地土层情况，含姜石粉质粘土平均厚度约为2.5米；杂填土平均厚度约为1.7米；泥质粉砂岩全风化带平均厚度约为2.1米；泥质粉砂岩强风化带厚度约为2.2米，桩侧阻力500kPa，桩端阻力5500 kPa；泥质粉砂岩中等风化带厚度约为7.4米，桩侧阻力300kPa，桩端阻力2000 kPa，断桩深入中风化岩层3~5米。桩长设为17米，直径采用800mm，根据公式，计算桩基承载力为3.14*0.8*[（2.2*500+2.2*5500）+（5*300+5*2000）*3.14*0.82]=61369kN.
2.2人工挖孔桩的施工
在工程实施之前，要做好充足的准备，人工挖孔桩在挖孔灌注施工之前，首先要充分考察场地的岩土情况，搜集场地的地质资料，从而确定好桩基的桩长、截面以及桩型；其次，要多渠道调查场地内及周围地下的管线及建筑物的分布情况，避免造成不必要的损害；最后要核实好准备施工的一系列设备以及原材料，例如检查水泥、钢筋等材料是否合格，要有材料的质量检测报告。施工的进行还要结合工程的特点，因地制宜，及时调整，做出最好的施工方案。
施工的过程则是整个工程项目的重中之重，是项目能够成功的关键。施工主要可以分为以下几个部分。
首先是挖孔注壁。挖孔是根本，孔如果挖不好，后面的一些列工作都将受到影响。首先就是要确定孔位的位置，为了保证位置精确，在挖孔之前就要校正核对挖孔桩的位置是否有倾斜或者偏移。之后，要灌注护壁，护壁一般采用混凝土材质，分节次，一节一节的循环灌注，一般情况下，第一节灌注深度约为1米，随后循环往复。注意，在灌注护壁之前，要检查护壁的模版，等脱模之后再检查一次护壁。因为护壁周围的泥沙易发生塌陷脱落现象，导致护壁在灌注混凝土之后产生倾斜或者偏移，需要随时检查并及时做出调整。
人工挖孔施工在挖掘的过程中，同样会遇到各种各样的情况和问题，土层的差异性是最常见的问题。由于场地的基岩主要为白垩系王氏群红土崖组泥质粉砂岩，粉砂岩层或者细砂岩层在地下水的作用影响下，容易形成流砂现象，因此，需要及时采取措施。流砂可以分为两种情况，流砂现象较轻的时候，可以通过缩短孔壁的暴露时间解决调整。将挖孔的深度缩短，正常循环的深度为1米一节，可以调整为一节0.5米，这样，孔壁的暴露时间可缩短一半，加快混凝土的灌注。有时孔壁会发生塌陷或者脱落，泥沙注入挖孔内，很难形成桩孔，需要在孔壁塌落的部位，用装满土的沙袋进行堆砌封堵，形成新的护壁。流砂现象较重的时候，只凭缩短孔壁暴露时间远远不够，这就需要下钢套筒。钢套筒与护壁用的钢模版类似，将挖孔的外径作为直径，整体分为4~6段圆弧，有肋条，用钢筋环扣或者螺栓连接起来。在开始挖孔0.5米的时候，将钢套筒装入孔内，深入孔底的深度要大于0.2米，上部插入混凝土护壁的深度要大于0.5米，安装完成之后需立即进行混凝土护壁的灌注。但是，下钢套筒也会出现下面的问题，流砂会从底部沿套筒上涌，需要对挖孔底部进行封堵。在套筒底部灌注混凝土，等混凝土冷却固结之后，在混凝土中心部位再开凿出一个新的桩孔。
其次是混凝土的灌注。在混凝土灌注过程中，要注意以下三个方面:第一，要消除孔底积水的影响；第二，要消除孔壁渗水的影响；第三，要确保桩身混凝土的均匀性和密实性。
灌注桩身混凝土一个最重要的要求，就是要保证桩身的质量，确保其符合设计的强度，使混凝土整体具有密实性和均匀性。首先，要确保挖孔内没有积水，积水会严重影响混凝土灌注后桩基的质量，因此，在灌注之前要将挖孔内的积水抽干，有些孔内积水无法 用水泵抽除，则需用水泥或者混凝土的混合料铺入孔底，将积水除去，然后再浇筑混凝土
3人工挖孔桩综合评价
综合分析，认为，人工挖空桩具有以下优势。首先，人工挖孔桩具有较高的承载力和较好的质量。其桩长、直径容易调控，直径最大可达8米，桩长进入土层厚度可达40米。当土层条件较为复杂时，人工挖空桩技术可以保障随时调整挖掘方案，直观反映挖掘情况。而且，灌注为后期现场浇灌，可以确保桩身的质量。其次，人工挖孔桩操作简易，方便，对环境影响小。人工挖空桩所需要的设备简单，一可以方便运输，二在施工过程中，可以多人同时进行，避免互相影响。而且，和预制混凝土方桩不同，人工挖空桩不会造成地层的挤压，对地面环境伤害较小。再次，人工挖空桩具有很好的经济效益。人工挖孔桩不需要承台，节约材料消耗，而且，其简易的操作仪器，既可以节约一定的人工费用，也可以减少机械本身的成本及维修维护开支。与预制混凝土方桩相比，大约可以节约20%的造价。
4结论
笔者通过对工程及岩土地质情况的分析，制定了人工挖孔桩的设计及施工方案，通过对比独立柱基及预制混凝土方桩，对人工挖孔桩进行综合评价，从承载力和桩身质量、操作和对环境的影响以及经济效益三个方面分析了人工挖孔桩的优势。
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[4]吴超凡,宫同星. 预制钢筋混凝土方桩施工质量通病与防治[J]. 建筑工人,2013,03:23-25.
论文作者:丁建华
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/9
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