人工挖孔接桩施工技术探析

[摘要]结合某建设工程项目实例，阐述了采用人工挖孔、套筒护壁处理断桩施工技术的工艺及操作要点，并通过分析计算，对该施工技术的安全性作出了更深的探析。

[关键词]钻孔灌注桩;断桩;人工挖孔;接桩;安全性

Abstract: Combined with a project example, elaborated the using of artificial digging hole, the sleeve wall treatment of broken pile construction technology and operation points, through analysis and calculation, the construction technology of the safety made a deeper analysis.

Key words:bored pile;broken pile; artificial hole digging;pile extension;safety

中图分类号： U443.15+4 文献标识码： A 文章编号：

钻孔灌注桩作为建筑工程一种基础形式，以其适应性强（能在各种土层中成桩）、成本适中、施工简便、承载力大、以及低噪音，低振动等优点，广泛地被用于大型厂房，高层建筑，桥梁港口等建设。灌注桩作为地下隐蔽工程，在施工过程中影响质量因素较多，时常会遇到断桩等质量事故，断桩的处理不仅给施工单位带来经济上的损失，也往往会造成工期的延误，并对整个工程质量产生影响，因此必须采取有效的断桩处理措施，减少事故造成的损失。本文在分析某建设工程项目断桩特点的基础上，根据经济合理、技术可行的原则提出了人工挖孔接桩方法。

一、工程概况及工程地质条件

某建设工程项目共3幢楼，其中1#楼为二十二层框架-剪力墙结构，一层地下室，基础为钻孔灌注桩。基础施工在挖电梯井土方的过程中，基坑围护局部坍塌，造成边坡土方流动，致灌注桩挤断。按工程地质勘察报告：拟建场地地貌单元属第四纪海积平原，各土层见表1。

经超声波检测，结果显示断桩（桩径为0.7m）大致在设计桩顶以下4.0m～6.0m，由于该断桩位置相对于整个桩长（50.0m～60.0m）来说并不深，如果进行补桩需要重新设计钻孔及承台，重新开孔工期长且造价太高，经综合考虑，采用人工挖孔接桩施工方法。最终，该方法取得了较好的经济效益，最重要的是确保了桩身质量，也节省了时间。

二、工艺流程

桩身动测，确定断桩深度测量放样桩位定点，开挖桩位放置钢护筒人工开挖孔内土方，放置内径小一号的钢护筒，直至断桩截面下30cm左右检查成孔质量孔底清理工程桩二次动测检测封底焊接接筋安装接桩钢筋笼钢筋笼隐蔽验收分段依次安装加筋混凝土成品圈模圈模周围分段依次回填砂依次拔出钢护筒（从下往上）浇筑接桩桩身混凝土。

三、操作要点

1、施工测量

（1）按工程基准线引测各控制轴线，并按轴线测设桩位，确定桩中心点并放置钢护筒，钢护筒中心与桩中心重合，复核无误后方可进行孔内土方开挖。

（2）水平标高依据业主提供的标高基准点引测入场内，设若干个标高控制点，以控制场地标高，并依此测量场地自然地面标高，及施工中设计桩顶标高的控制，设置标高控制点应设于固定参照物并且不会因桩基施工，而产生下沉及上浮的位置，并且做好标志，便于施工中复核。

2、桩孔开挖

（1）采用人工挖孔并凿掉上部断桩，切除妨碍挖土的钢筋，直至桩断裂位置。在挖桩时边挖边在桩四周套上铁护筒进行护壁，直径大小为1.5m、1.4m、1.3m、1.2m、1.1m。每只护筒长度为1.0m，壁厚5mm，放护筒时按上大下小顺序逐个放置。

（2）挖孔达到标高后，进行孔底检查，必须做到平整，无松渣、污泥及沉淀等软层，深度应符合要求。验孔符合要求后应抽干孔内积水，然后随即进行动测，合格后砼封底。

（3）桩孔开挖过程中，应经常检测孔内有无毒害气体，和缺氧现象。

3、钢筋笼的制作与安装

（1）钢筋笼制作：钢筋笼应严格按施工图纸及有关规范规程制作。

（2）钢筋笼一次性点焊制成型后，沉入桩孔，注意应慢慢放下，不应过猛以防撞坏钢筋笼，钢筋笼下放时还应注意安放标高，安放时应校正无误后方可固定，同时钢筋笼同原桩上钢筋进行焊接。

4、孔桩圈模安装

钢筋笼安装后，开始安装孔桩圈模。圈模采用C20加筋混凝土预制，壁厚50mm，直径比桩径大10cm。圈模采用人工或葫芦架吊入孔内，每节之间用水泥砂浆连接固定，圈模顶标高应高出桩身桩顶标高300mm。

5、砼浇筑

（1）灌注混凝土前应将孔底的淤泥、残渣、积水等清除干净，清底干净后请监理、业主代表复检合格后方可浇筑。

（2）灌注时应采用串筒，并保证串筒口到混凝土面的距离＜2m，以免造成桩身混凝土的离析，混凝土浇筑时连续分层浇筑振捣。

（3）混凝土采用比原桩标号高一级的混凝土。

4、安全保证

在整个施工过程中，要在孔内进行人工挖土以及清理，存在很大的危险性，必须在确保安全的情况下才能进行。首先应经常检测孔内毒害气体及缺氧等现象，同时，钢护筒的安全性也是至关重要的，如果护筒壁厚不够，承受不了孔内土的水平自重应力，造成塌孔，后果将是不堪设想的，因此，钢护筒的安全性验算必不可少。

地基在自然形成过程中，由于本身的有效重量而产生的应力为自重应力，又分竖直自重应力和水平自重应力。天然地基因其地表形态、土层组成与分布以及整个地质所受到的各种自然力的作用，其初始应力场是比较复杂的。但是，如果把地基条件作简化即假定为半无限弹性体，则其自重应力状态属于相对较简单的应力状态，因而，其竖直自重应力（σzc）和水平自重应力（σxc、σyc）计算就比较容易（见图一）：

（式中n―地基中的土层数；γi―第i层土的重度，KN/m3；zi―第i层土的厚度；μ是土的泊松比，根据土的种类、密度不同而不同，可由试验确定。一般砂土可取0.2～0.25，粘性土可取0.25～0.42，淤泥质土接近0.5。）

钢护筒在孔下的受力情况是复杂且难以确定的，由于是人工挖孔，孔的形状会有差别，同时，土质及其均匀性、土的高度等都不尽相同，这会导致其四周所受的水平应力也不同，现选择一种相对不利但很容易出现的受力情况（图二）进行计算。

图二情况下，钢护筒的内力计算公式：

当0≤α≤θ时，；；

当θ≤α≤π-θ时，；；

（式中z=sinα;u=cosα;s=sinθ;e=cosθ。M、 M1―钢护筒在θ、α角度时所受的弯矩，N、V―钢护筒所受的轴力、剪力，q―受到土的自重水平应力，N/m；r―钢护筒半径）

根据钢结构的计算公式，钢护筒应满足以下公式：

；；

（式中Mx、My―绕x轴、y轴的弯矩，γxγy―截面塑性发展系数，f―钢材的抗弯、抗拉、抗压强度设计值， fv―钢材的抗剪强度设计值，V―计算截面沿护筒平面作用的剪力，S―计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩，I―毛截面惯性矩， tw―护筒厚度，N―轴心压力， A―构件的毛截面面积，Wnx、Wny―对x轴和y轴的净截面模量，计算时应注意b、h的取值）

最后，根据（1）（2）式计算的σxc、σyc值，代入（3）～（9）式，求出钢护筒所受的内力M、V、N，再代入公式（10）（11）（12），比较钢护筒抗弯、抗剪、抗压的设计值。（经计算，如钢护筒在孔下6m，采用Q235钢，一般钢护筒厚度不应少于5mm。）

5、结论

人工挖孔接桩施工技术是一种人为补救措施，本文所针对缺陷部位距桩顶距离较近的特点，很好地利用了较好的地层土质分布特点，采用套筒护壁开挖处理断桩的方法，不仅技术可行，而且经济费用上也得到了节省，最重要的是确保了桩身质量。但钻孔灌注桩受地质条件及操作人员熟练程度等因素影响，一旦形成断桩，处理得当与否非常重要。对于断桩的事后处理应首先分析断桩位置，再针对具体工程情况，分别对待，科学合理制定方案，采取有效措施进行处理。

参考文献：

[1]北京钢铁设计研究总院.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2008

[2]王成华.土力学[M].武汉：华中科技大学出版社，2010

[3]《建筑结构静力计算手册》编写组. 建筑结构静力计算手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2000

[4]关柯，刘长滨，罗兆烈，等.建筑施工手册（第四版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003

[作者简介]金崇正(1964-),男,本科,高级工程师,方远建设集团股份有限公司总工程师。