浅谈人工挖孔灌注桩在嘉祥地区

摘要：本文介绍了山东嘉祥地区首次使用人工挖孔桩的实例，分析对比嘉祥地区采用人工挖孔桩比普遍采用的水下钻孔灌注桩的实用性及经济性，同时强调了人工挖孔桩保证施工质量的前提，是要有健全的施工现场质量保证体系，材料质量要保证，施工机具性能要佳，各种制度要完善。

关键词：人工挖孔灌注桩 实用性 经济性 施工质量控制体系

1 、前言

嘉祥县位于山东省西南部，京杭运河之西，济宁市辖县。地理坐标东经116o06′－116 o 29′,北纬35o11′－35 o37′，东西宽22公里，南北长47.5公里，总面积97.16万平方公里。地形大致可分为三部分：北部平原属黄泛冲积区；中部、南部属低山丘陵区，梁宝寺镇桐庄经济开发区、大张楼镇红运经济开发区及马集乡、军屯镇的东部属滨洼地。平原部分绝对高程36.5m-38.0m,第四系覆盖层厚度30m-80m不等。

特别近年来经济发展，嘉祥县城市建设力度加大，老城区改造，高层建筑兴建，对于场地狭窄，老建筑的毛石基础清除难度大等诸多因素，给多层建筑及高层建筑的地基处理带来不少困难。

嘉祥县商业步行街位于县城中部，中心街南侧10m，青年路西20m,是嘉祥县的商业中心，绝对高程36.80m-37.50m。2003-2006年间共建成6栋商业住宅楼，高6层 ，一、二层均为框架结构，上部储藏室和住宅楼为砖混结构。

场地地层结构自上而下依次为：①层杂填土：灰色，以块石为主，松散，普遍分布，厚度：0.60-2.50m，平均1.4m，层底埋深：0.60-2.50m；②层素填土，灰黄色，以粉质粘土为主，湿，中密，普遍分布，厚度：0.5-3.1m，平均2.0m，层底埋深：0.50-3.10m；③层粉质粘土：灰褐色，可塑，普遍分布，厚度：1.00-2.40m，平均1.70，层底埋深：3.80-5.00m；④层粉土：灰黄色，湿-很湿，中密-密实，普遍分布，0.5-1.20m，平均0.90m，层底埋深：4.50-5.80m；⑤层粉质粘土：灰黄色，可塑-硬塑，普遍分布，厚度：1.80-2.90m，平均2.40m，层底埋深：1.80-2.90m；⑥层粉质粘土：灰绿色，硬塑-坚硬，姜石含量10-20%，粒径d=10-20mm，普遍分布，厚度2.00-2.60m，平均2.30m，层底埋深：9.50-10.10m；⑦层粉土：灰黄色，湿，密实，普遍分布，厚度：3.20-4.20m，平均3.60m；层底埋深：12.30-13.00m；⑧层粉质粘土：棕黄色，硬塑-坚硬，普遍分布，该层未穿透，据当地工程勘察，该层厚度至基岩顶面。

2、地基处理方案分析

场地经现场勘察及物理力学指标分析，②层素填土工程性质及均匀性差，未经处理不宜直接作为多层建筑物天然地基持力层，勘察时，提出3种地基处理方案，a、换土垫层（全部挖除填土采用级配砂石进行换土垫层处理，并分层夯实至设计标高）；b、深层搅拌桩（清除场地原有毛石基础及杂填土）；c、人工挖孔桩。

经分析a、换土垫层土方运出及砂石的运进量太大，由于该地段于商业繁华地段，施工现场距相邻建筑物较近，白天土方不能外运，只有晚上运出，但晚上施工噪音大，影响周围居民休息。b、采用深层搅拌桩，需清除场地原有的毛石基础及杂填土后，超过基底设计标高部位，再次采用素土回填夯实后方可进行深层搅拌桩的施工。通过分析，以上两种方案工期较长并且费用太高，均不可取。

人工挖孔桩工艺简单，可全面开展施工，桩孔完成后可随时灌注，缩短了工期，经业主、勘察及设计部门协商，采用人工挖孔灌注桩。初步设计桩长7.0m，桩径Ф800mm-1200mm，桩顶埋深自然坪下1.0m，桩入土深度7.5m，以⑥层粉质粘土为桩端持力，设计单桩竖向承载力极限值1800KN-1900KN，扩大头宽1400mm-1900mm，高1000mm-1800mm。

3、水文地质条件

3.1地下水类型

勘察期间选取部分钻孔测量稳定水位，平均稳定水位2.4m(自然地坪下)，场区地下水类型为第四系孔隙潜水，以水平入渗、微量侧向径流为主要补给来源，以人工开采、微量侧向径流和地表蒸发为主要排泄途径。地下水位随季节及气象呈周期性变化，一般每年9月份至来年年初为丰水季节，年初到9月份为枯水季节，水位年变幅1m左右。动态类型主要为渗入、开采、径流型。

3.2地下水的腐蚀性

场区按Ⅱ类环境及干湿交替考虑，根据水质分析结果，地下水对混凝土结构具微腐蚀性，但对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性；按长期浸泡考虑，地下水对混凝土及钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性。采用灌注桩时，可不采取地下水对混凝土及混凝土中的钢筋防腐措施。

3.3降水

人工挖孔时需在干作业条件下进行，根据当地降水经验设置降水井，降水井设置密度一般为60―100m2/一眼，井深20米，桩孔放线前一周开始降水，24小时不间断，水位降低至13m左右（绝对高层24.5m左右）。

4施工质量控制体系及安全措施

人工挖孔桩在保证施工质量的前提下，要有健全的现场施工质量保证体系，材料质量要保证，施工机具性能要佳，各种制度要完善。

4.1质量控制措施

（1）测量放样

该工程是一柱一桩，桩位必须准确无误。

（2）桩孔中心控制

开孔前，以桩心为圆心，桩半径加护壁厚度为半径，用混凝土砌筑首节护壁，挖土深度应控制在700-800mm，护壁高于地面不少于200-300mm，厚度不少于100mm；自桩中心引十字交叉线，与护壁井圈相交处用钢钉做四点标记，并以红漆做醒目标示，以便控制桩位的准确性及垂直度。首节护壁拆模后在其内侧采用油漆标注本桩桩号，以上工作作为整个桩的首要工序必须严格控制精度。

（3）桩孔开挖、支模

桩孔护壁应严格按设计护壁厚度进行施工，每节护壁高度控制在950mm以内，保证上下护壁相互搭接不少于50mm，挖至预定深度后，利用井口十字点进行中心吊中，不符合要求时及时修正，然后支模，控制桩径符合设计要求后固定模板，确保成孔后桩孔垂直度控制在0.5%。该项工作必须由有施工经验的专人负责。

（4）护壁钢筋及混凝土浇注

护壁的构造钢筋要求：直径不小于8mm的构造钢筋，竖向筋应上下搭接或拉结。

护壁混凝土的要求：护壁厚度不少于100mm，强度不应低于桩身混凝土强度等级，石子5-10mm，坍落度160-200mm，且要有良好的和易性。浇注时，应振捣密实，保证在24小时后拆模时内壁光滑，无蜂窝麻片，拆模后再次对孔中心进行校正，对不合格部分进行修整直至满足设计要求。

（5）扩大头施工，清孔验收

该工程桩径为800m、900mm、1000mm，扩大头分别为1400mm、1600mm、1900mm。挖至持力层时，同时进行扩底，扩底完毕及时清理孔底虚土，由监理、勘察及设计等单位鉴定合格为止。

（6）钢筋笼子制作、安放

告钢筋原材料进场后，试验合格，方可进行钢筋笼的制作，焊接严格执行《钢筋焊接及验收规程》（JGJ8-96）、《建筑桩基技术规范》（ JGJ94-94）及设计要求。

钢筋笼制作验收合格后要堆放到指定位置，堆放位置应平整、不易被碰撞，且垫离地面，标注桩孔，确保使用时方便。

钢筋笼应慢吊轻放，徐徐入孔，直至井底，钢筋笼入孔后要保持垂直居中，在钢筋笼与孔壁之间垫设混凝土垫块，以确保保护层的厚度均匀，并及时浇注。

（7）桩身混凝土灌注

灌注前必须进行二次孔底清渣；保证桩身混凝土的密实性是该工序的重点。

本工程灌注采用串筒下料，串筒底距离孔底不大于2.0m，随着混凝土面的升高拆除，使得串筒底部距混凝土面高度始终保持在2.0m内，混凝土浇注时要连续，不得中断，坍落度控制在160-200mm。

混凝土振捣：无水时分层振捣，每段灌注高度应控制在0.5m左右，振动棒操作应做到“快插慢拔”每点振捣时间以20-30秒为宜。

停振标准：混凝土表面呈水平，不再显著下沉，不再冒泡、表面泛出水泥浆。

（8）桩顶混凝土养护

桩身混凝土浇注完毕后，桩顶及时用草帘等物进行覆盖，并由专人负责浇水养护，每日两次，避免因养护不到位造成混凝土面裂缝，影响桩身强度。

（9）桩身混过凝土的离析处理

产生离析位置距桩顶距离较小时，应凿出上部混凝土及离析层，重新浇筑混凝土接桩，若离析位置距桩顶距离较大时，用风钻沿桩身垂直钻孔，穿过离析层，然后以高压注浆填补离析空间。

4.2安全措施

（1）孔内设置应急爬梯，供人员上下井；施工人员进入孔内必须戴安全帽；使用电葫芦、吊笼等应安全可靠并配置自动卡紧保险装置。

（2）每日开工前必须检测井下的有毒有害气体和是否缺氧，并应有足够的安全设施。若桩开挖深度超过10m时，应配有专门的送风设备向井下输送洁净空气。

（3）挖出土石方应及时运离井口，不得堆放在孔口四周1m范围内，机动车辆通行不得对井壁的安全造成影响。

（4）施工现场一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作；电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。严禁一闸多用。孔下照明应采用安全矿灯或12V以下的安全灯。

以上四条安全措施，施工时必须严格遵守外，施工单位必须编写危险源识别清单及重大危险源清单并发放给职工，以便提高安全意识，同时应编制事故应急方案，组织应急小组，以便及时处理突发事故。

5工程桩检测结果

以嘉祥县商业步行街A栋为例，整个场地设置3根工程桩，测试结果如下表:

试桩的静荷载试验结果

试桩号 桩长（m） 桩径

（mm） 扩大头

（mm） 单桩竖向承载

力极限值KN 相应最大沉

降量（mm）

1# 7.6 800 1.40 2300 8.56

2# 7.5 900 1.60 2620 7.28

3# 7.8 1000 1.90 2423 6.67

据工程桩的测试结果，表明以⑥层粉质粘土为持力层满足设计要求。

6桩的测试

为了检验桩身质量及单桩承载力是否满足设计要求，根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-94、《建筑桩基检测技术规程》JGJ106-2003规范要求，该工程对所有的桩进行了大应变和小应变测试。对部分桩进行了单桩竖向极限承载力试验。测试结果单桩竖向极限承载力2400-2800KN，桩身质量Ⅰ类87%，Ⅱ类13%，无Ⅲ桩。

7人工挖孔灌注桩在嘉祥地区可行性

7.1工程地质及水文地质条件可行性分析

嘉祥地区普遍地层结构条件:粉土，湿，中密-密实，承载力特征值（fak）110-130kpa，层底标高：粉质粘土呈可塑-硬塑状态，承载力特征值（fak）100-120kpa； 7m-10m，普遍存在一层富含姜石的粉质粘土，承载力特征值（fak）200kpa以上，10m-12m为密实的粉土，承载力特征值（fak）200kpa以上，12m-基岩顶面为粉质粘土，棕红色，坚硬，承载力特征值（fak）220kpa以上。

地下水类型为第四系孔隙潜水，无承压水，稳定水位2m-5m不等。

经对该地区的工程地质及水文地质，嘉祥福祥步行街的人工挖孔灌注桩数据单桩承载力分析，人工挖孔灌注桩是可行的。

7.2经济性及工期可行性分析

根据嘉祥县商业步行街商住楼单桩承载力测试，桩径Ф800mm，桩长7.5m的人工挖孔灌注桩单桩竖向承载力极限值，相当于当地桩径Ф500mm，桩长18m-19m、以⑧层粉质粘土持力层的水下钻孔灌注桩的单桩竖向承载力极限值。

该工程使用人工挖孔桩，设计时降低了基础的含钢量，比采用人工地基浅基础约节省18%左右钢筋，同时提高了建筑物的抗震能力。

总结嘉祥福祥步行街人工挖孔灌注桩经验，该地区10m以上的地层，1.2m的桩孔直径，两人一天可挖1.5-3.0m, 并可交差作业，同时可挖5根桩，还可大面积作业。

8结束语

人工挖孔灌注桩，以人力为主，很适合我国节能降耗的国情，劳动力成本低，降低了工程造价，对周围的环境几无影响，已成为我国一些地区小高层及高层的一种基础处理形式。

近年来嘉祥地区小高层大量兴建，普遍采用了水下灌注桩；嘉祥县福祥步行街商住楼采用的人工挖孔灌注桩是该地区首例，通过对现场施工管理、单桩试验数据及嘉祥地区工程地质及水文地质条件分析，用以点至面的形式分析了人工挖孔灌注桩，在该地区具有较高的代表性、实用性，经济性。

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