人工挖孔桩的应用分析

摘 要:随着建设施工水平的不断提高,机械化施工的日益兴旺,在灌注桩施工领域越来越多的大型设备得以使用,但出于地质条件的限制和经济型的考虑,人工挖孔桩施工方便、速度较快、不需要大型机械设备,挖孔桩要比木桩、混凝土打入桩抗震能力强,造价比冲锥冲孔、冲击锥冲孔、冲击钻机冲孔、回旋钻机钻孔节省。本文结合河南省郑州至石人山高速公路NO.19合同段大桥灌注桩采用人工挖孔成孔,借以探讨、总结。

1人工挖孔桩施工特点简介

在桥梁基础灌注桩施工中,对于相对较稳定一般为高塑限土层、坚岩,同时地形较复杂,采用大型设备无作业面,同时对于周边环境缺水、无法造浆以及减少泥浆污染等情况而采用小型机具人工挖孔进行护壁而成孔的施工工艺。

(1)特点:①施工操作工艺简单,施工方便。②单桩承载力高,可直接检查桩外形尺寸和持力层情况,受力性能可靠,抗震能力强。③可多桩同时进行,施工速度相对快,节省设备投资,降低工程造价。④井下作业条件差,环境恶劣,劳动强度大,安全和质量特别重要。

(2)适用范围:人工挖孔桩适用于桩直径800mm以上,无地下水或地下水较少的黏土、粉质黏土,含少量砂、砂卵石、姜结石的黏土采用,特别适于黄土层采用,深度一般20m左右,对有流沙,地下水位较高、涌水量大的冲积地带及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层不宜使用,结合本项目特点处于平原微丘区,并考虑岩石层嵌岩,无水,较适宜挖孔成孔。

2施工工艺

(1)放线、定桩位及高程:依据施工坐标控制点和水准点,测定桩位高程基准点,确定好桩位中心,以桩位中心为圆心,以桩身半径加护壁厚度为半径画出上部圆周,撒石灰线作为桩孔开挖尺寸线,桩位线定好后,经监理复查合格后方可开挖。

(2)采用孔口护筒法:松散覆盖层比较厚的(粘土、砂土、砂砾)每个孔开挖前均要埋设护筒,护筒用3mm～5mm厚钢板制作,直径比孔径大10cm,埋深根据现场水文地质情况确定,有渗水的都要嵌入岩面10cm并在底部用水泥砂浆抹三角带止水,渗水量大的,挖坑时考虑集水坑位置,用水泵排水,排干了水才能抹砂浆带,无水处护筒只落到岩面即可;护筒顶部高出地面10cm,周围用原土回填夯实,倾斜度＜0.5%,中心偏位小于5cm,水中桩基要提前筑岛,用草袋或编织袋围堰,中部填土,围堰要考虑水流冲刷引起的下沉和倾覆。

(3)开挖:松散覆盖层用铁锹,镐头即可开挖;进入强风化层可用风镐剥离;进入弱风化层需打眼爆破,采用浅孔,小药量松动爆破,打眼须配备空压机、风管、钻杆;爆破后有大块,用风镐解小,便于清运出孔。爆破挖孔,孔壁参差不齐,要做适当休整,使孔径符合设计要求。开挖桩孔应从上到下逐层开挖,先挖中间部分的土方,然后向周边扩挖,有效控制桩孔的截面尺寸,每节的开挖高度应根据土质和设计而定,一般以0.9m～1.2m为宜。

(4)浇筑第一节护壁砼:护壁模板支好后应立即浇注护壁砼,并振捣密实,砼强度到达1.2Mpa即可拆模,一般情况下浇灌完毕须经24H后可拆模。

(5)检查桩位、标高:在地面上设十字控制网、基准点,将桩控制轴线、高程测到第一节护壁上,每节以十字线对中,吊线锤作中心控制,用尺杆找圆周,以基准点测量孔深。

(6)架设垂直运输架:第一节桩孔成孔后,着手在桩孔口上架设垂直运输架,要求搭设稳定、牢固。安装提升设备、吊桶、活动盖板、水泵、通风机等。安装提升设备时,尽量使吊桶钢丝绳中心与桩孔中心重合,以便挖土时能直观控制桩位中心和支模中心,桩口上设围护栏,当桩孔深大于5m时,应向井下通风,加强空气对流,必要时输送氧气。孔上人员密切观察孔下人员情况互相呼应,桩口安装水平推移的活动盖板。当桩孔内有人挖土时,应掩盖好安全盖板,防止杂物掉下,吊运土时,再打开安全盖板。

(7)开挖第二节桩孔土方:从第二节开始利用提升设备运土,桩孔内人员应戴好安全帽,吊桶离开孔上方1.5m时,推动活动安全盖板,掩蔽孔口,防止卸的土块、石块等杂物坠落孔内伤人,吊桶卸土后,再打开活动盖板,下放吊桶装土,桩孔挖至规定深度后,检查桩孔的直径及井壁圆弧度,修整孔壁,使上下垂直平顺。

(8)先拆第一节、支第二节护壁模板、防附加钢筋:护壁模板采用拆上节支下节依次周转使用,模板上口留出高度为100mm的砼浇筑口。

(9)浇筑第二节护壁砼:砼用吊桶运送,人工浇筑,人工插捣密实。

(10)检查桩位轴线、标高: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,吊线锤向井底投设,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,保证桩孔轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。

(11)逐层往下循环作业:将桩孔挖至设计深度,检查土质情况,桩底应支承在设计规定的持力层上。

(12)排水:挖孔过程中孔内集水要及时排水。

(13)防水:孔口要做好防水设施 ,防止地面水进入,雨天孔口搭设防雨棚不影响作业。

(14)成孔质量:孔径、孔深不小于设计,孔位偏差不大于5cm,孔的斜度不大于0.5%桩长,且不大于20cm,孔底无松渣淤泥等扰动软土层,孔挖好后做好自检资料、拍好照片,报监理验收。

(15)安装钢筋笼:钢筋笼提前按照设计和规范要求加工好,用吊车垂直吊入孔内就位固定,就位偏差不大于2cm。

(16)浇筑混凝土:无水孔采用普通混凝土设计配合比,分层浇筑,插入式振捣器振捣,控制桩顶标高,这种桩不存在凿桩头问题。有水情况下须清除孔底积水,当高度超过3m时,应用串筒,串筒末端离孔底高度不大于2m,桩孔深度超过12m时,宜采用砼导管浇筑,浇筑砼时应连续进行,分层浇捣密实,砼浇筑12H后进行浸水养护。砼浇筑到桩顶时,应适当超过桩顶设计标高,以保证在剔除浮浆后,桩顶标高符合设计要求。有的孔渗水量较大,在下钢筋笼过程中集水较多,又无法排除的情况下,应按水下混凝土施工,按水下混凝土设计配合比,用导管法灌注。

(17)每根桩都要作好浇筑或灌注记录,做好混凝土试块妥善保管,标养室养护。

(18)组成混凝土的各种原材料及钢筋要提前做好原材料试验,连同配合比报监理审批签认。

3 人工挖孔桩经济型

单从造价分析,挖孔桩单位延米造价约400元,钻孔桩约200元,单位延米造价节省200元,全线灌注桩2560m,钻孔节省460800元,但从工期角度分析挖孔桩具备全面施工不浪费工作面的优势,从本项目上来讲2560m的桩基,挖孔设备共用30台套,30根灌注桩同时施工,钻孔设备上10台套,10根灌注桩同时施工,这样分析2560m灌注桩,挖孔桩耗时为2560h,钻孔桩耗时为6827h,工期节省4267h,合计178天,但就施工现场冲击钻机不可能上30台,一是工作面不允许,施工干扰厉害,不能保证质量,二是冲击钻机钻头磨损耗费大,施工难度高。单就时间性这一点人工挖孔相对冲击钻孔就具有相当的经济性。