南宁中心(西塔)超大直径人工挖孔桩施工技术

摘要：超高层建筑塔楼单体面积较小，但是竖向荷载很大，桩基往往设计为超大直径的桩基，南宁中心（西塔）工程塔楼采用53根大直径桩基作持力基础。根据地质勘查报告，岩层中存在溶洞，增加了人工挖孔桩施工的难度，同时，岩层埋置较深，桩基较深，施工安全也是控制要点，本文主要阐述岩溶区超大直径人工挖孔桩的施工控制。

关键词： 人工挖孔桩；溶洞；施工；开挖；制作；吊装

中图分类号：TU74文献标识码： A

1 工程概况

1.1设计概况

南宁中心（西塔）基础采用人工挖孔灌筑桩，桩基布置呈同心圆辐射形。设计±0.00相当于绝对标高101.00米。塔楼共布置有52条桩，其中16条沿布置，桩顶标高-22.8米；另外36条桩桩顶标高-27.0米，桩长从15～20m不等。桩基布置如图1-1所示。

图1-1 西塔酒店桩基布置图

人工挖孔灌筑桩设计有两种桩型，编号分别是ZH-01a(桩径为2700mm)、ZH-03（桩径为3800mm,其中ZH-01a有32条，ZH-03有20条。桩底均设置扩头。桩身混凝土强度等级为C50，护壁混凝土强度等级为C30。

1.2工程地质概况

南宁中心（西塔）工程人工挖孔桩桩顶绝对标高分别为76.6m、74m，根据《南宁中心项目岩土工程勘察报告》，西塔桩基桩顶标高以下分别为黏土②层、灰岩③层、灰岩④层，局部有溶洞，详见图1-2。岩土层的工程特性：

1.黏土②（Q3dl）：棕红色、黄色，硬塑。含黑色铁锰质和砂砾等，局部为粉质黏土、砾质黏性土。土质相对较均匀，黏性一般。

2.灰岩③(D3L)：灰色、灰白色，角砾状结构，强风化，巨厚层状构造，岩层分布不稳定，厚度变化大，局部呈透镜状产出。岩石较硬，岩体破碎，裂隙充填较多黏性土。

3.灰岩④ (D3L)：灰色、灰白色，角砾状结构，中风化，巨厚层状构造，岩层分布不稳定，厚度变化大。岩石较硬，岩体较破碎，局部裂隙充填少量黏性土。

4.溶洞⑤：分布于整个场地的灰岩中，多数充填硬塑黏性土，少数角砾和含砾黏性土等。

图1-2 典型工程地质剖面图

2 施工工艺流程

3 施工重点和难点分析及应对措施

人工挖孔桩施工过程中，桩基与边坡支护交叉施工、人工挖孔桩成孔、钢筋笼制安、桩芯砼浇灌和安全防护及特殊环境作业是本工程质量、安全管理的重点，也是难点。为此，我司将针对挖孔桩施工的特点，对挖孔桩施工队和边坡支护施工队做好安全交底和技术交底工作，并制定相应的对策。从钢筋原材的进场检验到制作安装，桩芯砼浇筑工艺严格按照施工工艺要求施工，并要求做好桩孔口的安全防护设施，孔桩不施工时，孔口必须及时正确安放防护井盖；送风设施必须配备到位，并且随孔桩挖掘深度的延伸，及时调整送风管长度，保证新风输入井下作业部位；挖孔桩井内上、下的施工爬梯或吊笼配备到位，井内上、下不能使用装土桶；弃土坑口，合理组织倒渣，坑口非倒渣部位必须进行安全防护。

此外，项目部将统筹依据各项安全生产法规、标准规范的具体要求，制定切实可行、又可操作的安全控制管理措施，确保施工过程中的人员、设备和消防安全；并督促挖孔桩施工队加强安全生产管理，建立有效的安全生产保障体系，加强各项安全生产管理工作，保证安全设施措施到位，确保不发生重大安全事故。

4 施工要点控制

4.1 放线定桩位、高程

（1）根据所设置的桩位控制点、测定高程水准点，依照桩位图坐标施放桩位。

（2）检查复核控制桩各点，检查其建筑基线尺寸是否符合点位。

（3）根据有关坐标、水准点，测定各轴线的位置与场地标高。对各轴的位置，均设置轴线编号，并加以标记，且做好临时保护措施，不得随意破坏。

（4）用全站仪、经纬仪及钢尺依各轴线定出各桩位，用红漆标在垫层上，待第一节护壁施工完成后再引入孔壁上，用红油漆或水泥钉标志，作为挖孔依据。

（5）放好轴线后，及时报告监理或甲方验线，复核后方可开工。

（6）为了确保桩的垂直度达到设计与施工规范要求，井孔开挖时，应根据测量定位后的桩中引出“十”字线，在第一节井壁上作出标记，当挖孔完成拼装护壁钢模时，在“十”字线交点引吊桩中线，核校尺寸正确，没有偏位后，才浇注护壁砼。

4.2 混凝土防踢护壁

桩孔开孔第一节土方时，挖孔土方深度约1000mm，护壁模板高出地面200mm，外侧砌筑240mm厚的砖胎膜，护壁上口厚度400mm，下口厚度275mm，砼浇灌按设计要求施工，并间隔1200mm插入1根500mm长的直径为16mm的三级钢筋，作为安全栏杆立柱固定点（安全防护采用标准化工具防护栏）。如图4.2-1。该护壁同时起到防止护壁下滑的作用。

图4.2-1 混凝土防踢护壁做法图

4.3 土石方开挖

4.3.1 无溶洞时，土石方开挖

黏土及松散土石层由人工采用镐、铁锹从上至下逐层进行挖土，进入强（中）风化层后用采取爆破法破碎后掘进。

挖孔时需每节校正桩孔中心及几何尺寸，经检查合格后才能进行下一道工序。每节护壁的开挖深度一般为1000mm，如果遇到流砂不良土层时，每节开挖深度应小于500mm，特殊地质情况下视护壁的安全情况确定开挖深度。

挖土次序为先挖中间部分后周边，按设计桩直径加2倍护壁厚度控制截面，允许尺寸误差±3cm。扩底部分采取先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底成型。为保证桩的垂直度，每浇筑3节护壁混凝土后进行一次桩中心位置及垂直度的校核。

本工程桩设计要求扩底，当桩端开挖到设计要求的持力层时，取出岩样经有关部门鉴定无误后再进行扩孔。入岩扩底主要考虑用风镐施工，如风镐实在不能施工时，采用爆破方法施工，爆破作业由有资质的专业施工单位爆破。

扩大头施工，清底验收：本工程孔桩全部采用超前钻探，当桩孔挖至勘探标高时，则停止掘进，通知建设方(或监理单位)会同设计、勘察、质监等单位共同鉴定，持力层满足要求后迅速扩大桩头。

开挖扩底，挖扩底桩应先将扩底部位桩身的圆柱体挖好，再按扩底部位的尺寸、形状自上而下削土扩充成设计图纸的要求； 成孔以后必须对桩身直径、扩头尺寸、孔底标高、桩位中线、井壁垂直、虚土厚度进行全面测定。做好施工记录，办理隐蔽验收手续。验收后用高于桩芯混凝土设计一个等级的砼封底，封底混凝土塌落度控制50-70mm，防止岩石风化。

桩孔成型，首先经施工单位自检合格后，再会同建设、监理、质监部门、勘察、设计单位共同验孔，验收合格后应及时绑扎钢筋并浇筑桩身混凝土。

挖桩过程中的措施如下：

1）为了便于抽水，保证开挖速度，在孔桩中心位置，挖一个尺寸为1000mm*1000mm，深600mm的集水井，边抽水边进行孔桩开挖（示意图如图4.3-1所示）。

图4.3-1 人工挖孔时，集水井示意图

2）人工挖孔桩开挖时，以 6- 8 人/组进行开挖，其中在孔口设置 2 人吊土，4-6 人在下部开挖。每桩投入2台人工挖孔桩提运机，详见图4.3-2，图4.3-3。

图4.3-2人工挖孔桩平面布置图

图4.3-3人工挖孔桩典型工况图

孔桩在开挖过程中，桩口用半圆形钢板+型钢覆盖一半，另外一半作为出土口，在爆破时用半圆形钢板+型钢覆盖。桩口周边设置1200高的安全防护栏杆，栏杆采用工具化制品搭设。钢板+型钢盖板做法如图4.3-4。桩内每隔3000mm设置一道半圆形防护网，采用φ8钢筋编制，大样图详见图4.3-5。

图4.3-4半圆形钢板+型钢覆盖 图4.3-5 半圆形防护网

需在桩内设置爬架（爬架顶部悬挂于混凝土防踢护壁上预埋的挂钩上）、低压照明灯（36V 下）、通风管、安全绳（绑于人工挖孔桩吊运机上）等设施，确保桩内作业人员的安全和施工。 挖深超过4米后，要用鼓风机连续向孔内送风，风管口距孔底2米左右，孔内照明采用36V安全电压（若孔内环境潮湿，应采用12V安全电压），防爆灯泡，灯泡距孔底2米。

爬架为钢爬梯，采用φ16（一级钢）钢筋制作，钢爬梯宽500mm，每步350mm，顶部往下一步的距离或底部往上一步的距离均要求小于150mm，钢爬梯每段2000mm，每段钢爬梯的顶部设置100mm长的弯钩，与每节护壁上埋设的钢筋头固定，大样图见图4.3-6。

图4.3-6 钢爬梯大样图

4.3.2 遇溶洞时，溶洞处理措施

根据钻探资料显示，本工程溶洞大多被黏性土、角砾充填；空洞为个别现象。

①、当填充土体为硬质粘土或角砾时，按在硬质粘土层作业方法每节1.0M深往下施工，直至穿过溶洞墩孔底全部见岩后扩底成孔。

②遇到空洞时，从空洞底往上分节施工，砖砌护壁厚度应不少于240mm，并采取灌浆砌法砌筑护壁砌体待下节护壁砌体砂浆凝结24小时候才能施工上一节。

4.4 土石方运输

挖出的土方由安装在桩孔上口的人工挖孔桩提运机提升吊桶到井口，用手推车或小型机动车倒运至基坑内北侧的临时堆土区，采用挖掘机倒运至坑外。

4.5 孔桩护壁的施工

孔桩护壁按设计要求采用钢筋混凝土护壁，护壁厚度为 275～200mm。

第一节护壁要求高出地坪200mm（护壁上口厚度400mm，下口厚度275mm，），便于挡土、挡水。外模采用砖胎模，再按设计要求绑扎钢筋，内模采用定型钢模，厚5mm，最后浇筑砼。桩位轴线和高程均应标定在第一节护壁上口，桩孔每挖完一节以后应立即浇筑混凝土护壁。每节桩孔护壁做好以后，必须将桩位十字轴线和标高测设在护壁的上口，然后用十字线对中，吊线坠向井底投设，以半径尺杆检查孔壁的垂直平整度。随之进行修整，井深必须以基准点为依据，进行引测。保证桩孔轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。

护壁混凝土坍落度控制在 30～50mm，确保孔壁稳定性。砼护壁模板，采取一节组合式钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用。

模板支撑：采用钢管与螺旋顶托相结合的支撑形式，布置4道立杆，两层横杆，每层X和Y方向各3道，采用φ22（三级钢）钢筋内撑，每道横杆两端各对应一根钢筋内撑。模板支撑图见图4.5-1。

图4.5-1 模板支撑图

浇筑护壁砼：设置操作平台，用来临时放置混凝土拌合料和灌注护壁混凝土用。护壁砼采用塔吊配合人工浇筑，浇灌护壁砼时，护壁砼要捣实，上下壁搭接50mm，避免出现流砂、淤泥而造成护壁因自重而沉裂的现象。

不得在桩孔水淹没模板的情况下灌注砼。发现护壁有蜂窝、漏水现象，及时加以堵塞和导流，防止孔外水通过护壁流入孔内，保证护壁砼强度及安全。

护壁砼的内模拆除，在24小时以后进行，砼强度达1.2Mpa 以上有一定强度能挡土即可拆模。为保证桩的垂直度，每浇灌完三节护壁，须校核桩中心位置及垂直度一次。桩孔内任何位置要有足够的照明，以便观察护壁的情况，一旦发现裂缝，须立即进行修补工作。

4.6 钢筋笼制作与吊装

4.6.1 桩外圈钢筋笼的制作

外圈钢筋笼采用在孔内进行钢筋绑扎的方式制作钢筋笼，为了保证施工安全，先在孔桩外搭设一个正六边行钢管架（具体如图4.6-1），再用塔吊转置孔桩中心位置处，然后再每隔3米间距在横杆上设置一道钢管，支撑到护壁上，以保架体的稳定，如图4.6-2。

外圈的螺旋箍绑扎前，制作一个圆盘，圆盘直径=桩直径-2×70mm，将箍筋在圆盘上加工完成后，吊入孔内，然后绑扎外圈纵筋，外圈的纵筋用钢管固定在孔内的钢管架上，便于钢筋绑扎。纵筋绑扎完成后，再绑扎螺旋箍筋。

图4.6-1 孔内绑扎钢筋操作架布置图

图4.6-2 孔内绑扎钢筋操作架剖面图

4.6.2桩内圈钢筋笼

桩内圈钢筋笼在钢筋房加工制作，利用加劲箍作为主筋定位及固定构件，主筋焊接完成后再绑扎螺旋箍筋。内圈钢筋笼采用塔吊或吊车吊装。吊放钢筋笼时，要对准孔位，直吊扶稳、缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼放到设计位置时，应在钢筋笼上口采取用短钢筋与三角支撑进行焊接固定用于控制其中心位置的精确度。

桩孔及钢筋笼分别验收合格后沿钢筋笼长度方向在其外侧（桩外圈钢筋笼）每 2000mm 绑扎一排预制混凝土垫块（垫块厚度为 70mm）或者在主筋上焊接垫铁。

灌注砼时，应采取措施，校正设计标高固定钢筋笼位置。

4.7 砼浇筑

浇灌封底混凝土时，当孔内渗水量较少，可先抽出孔底积水，在积水深度未超过 100mm 前按常规方法浇灌混凝土，若渗水量较大，孔底积水深度大于100mm 时，应采用水下混凝土施工方法浇灌。用常规方法浇灌封底及桩身混凝土时，必须使用导管或串筒。出料口离混凝土面不得大于2000mm，且应连续浇灌，分层灌捣，分层高度约1000～1500mm。

桩砼用商品砼，砼由地泵直接泵送至孔桩内，由于桩长较深，为保证灌注时的砼不产生离析，灌注桩基砼时必须用溜槽及串筒，控制浇筑口距砼面在2m以内，不准在桩口抛铲或倒车斜料，以免砼离析，影响砼整体强度。

串筒及溜槽做法：串筒采用PVC管，每3米一节，每浇筑一次串筒上提将最上面一节串筒拆除，再进行浇筑。溜槽用层板钉制钢管架支撑。

混凝土浇筑完成1周内，要对混凝土进行测温，及时掌握混凝土的内部温度，若内外温差超过25°时，要及时采取相应降温措施。

5 结语

超大直径人工挖孔桩施工，充分考虑了孔口的安全防护、人员在孔内的操作安全，同时，由于桩径大，钢筋笼无法现场加工，采用在孔内搭设操作架现场绑扎予以解决，为类似工程的施工提供宝贵的经验。

参考文献：

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〔2〕曾建南、袁雪东.吉峰3#高架桥人工挖孔桩溶洞处理施工方案.《城市建设：下旬》2011年第4期

〔3〕李慧莹. φ3800mm超大直径人工挖孔桩施工技术.《施工技术》2008年01期.

〔4〕郑钧.某大厦超深大直径人工挖孔桩施工.《黑龙江科技信息》2008年02期.