大直径人工挖孔桩施工工法

'大直径人工挖孔桩施工工法1前言随着大跨度桥梁技术的发展和勘探技术、施工技术的进步，大孔径桩基础近几年得到了广泛应用，大孔径人工挖孔桩（直径2.5m~6.5m）作为高层或巨大竖向荷载结构的基础形式，在结构受力和经济等方面均比较合理。2工法特点桩基的施工工艺和施工设备发展迅速，人工挖孔桩为一种施工工艺简单、设备简便的桩基形式，在施工质量的直观性、入岩能力、单桩承载能力、对地下障碍物的识别和排除能力等方面有一定的优势，施工方便、工艺成熟。本工法基本介绍了大直径人工挖孔桩的材料、零件、施工机械及施工方法。3适用范围3.1桩基孔径≥2500mm的孔径，陆地竖向承重桩的施工。3.2无地下水或地下水很少的密实土层或岩层。4工艺原理结合工程及地质条件，用人工辅以轻微爆破配合简单机具设备下井挖掘成孔、下放钢筋笼、水下灌注或在无水条件下振捣灌注成桩，从而实现成桩达到竖向承重的目的。5工艺流程及其操作要点5.1施工工艺流程第12页共12页 孔口护圈浇筑开挖第一节桩孔土方桩基中心位置检测浇筑第一节护壁混凝土安装运输架安装电动葫芦（卷扬机）安装活底吊桶照明灯、通风机、水泵等放置附加钢筋、支护壁模板桩基中心位置检测浇筑第二节护壁混凝土依次往下循环作业开挖扩底部土方检查验收桩孔钢筋笼加工、安装测量放样及定桩位开挖、吊运第二节桩孔土方放置附加钢筋、支护壁模板安装混凝土导管或串筒浇筑水下或普通混凝土桩基成品检测、验收第12页共12页 5.2施工操作要点对于大孔径人工挖孔桩由于其自身的特殊性，大孔径人工挖孔桩具有以下特点：（1）超大孔径使得每节施工时间的延长，在复杂土层施工时孔壁更易坍塌或出现流砂现象；（2）孔径过大，孔壁土体更易出现平面应力不均匀现象使得护壁由于受力不平衡而变形；（3）护壁抵抗土侧压力的能力与孔径大小成反比，故护壁厚度随桩径增大而增大，使得护壁沿孔径周长每延米重量加大，而土体对护壁单位面积摩阻力却随孔径的增大而减小。这一增一减直接导致护壁在软散土层中的整体稳定性更差、更易产生塌落事故；（4）孔径大，工程量大，施工工期将延长，导致孔内总出水量增大，既增大了降低地下水位对周边建筑物地基的变形影响，也给成孔和混凝土的浇灌带来了困难；Å（5）孔径大，持力层面积亦大（扩底时尤其如此），持力层易出现地质不均匀现象如多种性质岩土层、破碎及裂隙岩土层、不等高岩土面岩土层等，给桩身承载能力和桩身综合质量带来影响；（6）桩径过大，桩身大体积混凝土温变控制的有效性将直接影响桩身质量。在施工实践中，结合实际情况，总结出了大直径挖孔桩的施工措施，较有效地解决上述六个方面的难题。（1）当遇局部软土层，如桩身的一半或局部遇流塑~软塑状淤泥时，采用垂直土钉与土工编织物及水泥砂浆组合，对局部软土层加固处理；（2）当桩孔太深，而土质过差，护壁有下坠坍塌危险时，设置多层孔壁斜向土钉，增加土壁与钢筋混凝土护壁的联结，确保护壁的稳定性；（3）当孔径过大，孔内水量过大，又遇松软复杂土层（如流砂层或淤泥层）时，可采用“井中井”方法施工。（4）孔壁出水量过大时，为避免上段孔壁出水影响下段成孔或桩身混凝土的施工采取分段排水法进行孔内抽排水。（5）采取对应性加压回灌法解决因降水造成周边地基下沉的问题。（6）采取压浆技术解决持力岩土层出现的力学性能不均匀问题。（7）解决桩身大体积混凝土温变问题，主要从混凝土制作材料的使用、施工方法和混凝土养护入手，减少和延缓水化热在混凝土内部形成的温升和温降作用。第12页共12页 由于桩芯混凝土处于地下养护环境较好故温控手段主要放在混凝土制作和浇灌方式方面，为此在进行桩芯混凝土配制时应考虑以下措施：（1）选用优质粉煤灰作为掺合料取代部分水泥用量；（2）改善混凝土骨料级配，适度加大粗骨料直径。（3）当直径过大时，还可考虑采用纵向垂直分层浇捣法施工，即先浇捣桩身外圈混凝土，再浇捣桩身中心混凝土，视具体情况确定分层数以减小混凝土散热体积尺寸。具体施工控制要点如下：5.2.1测量放样及定桩位根据批复的附合测量成果，确定桩位中心，以中心圆，以桩基半径为半径，画出孔口护圈内径圆周，撒灰线，支模、浇筑或砌筑孔口护圈。桩基开挖前及在开挖过程中要对桩位进行复测。安装钢筋笼前对桩位进行复测，以保证钢筋位置的准确无误，为下一工序正常施工提供良好的施工条件。5.2.2孔口护圈浇筑或砌筑孔口护圈用混凝土浇筑、用砖砌护圈，孔口护圈施工完成后测量孔口护圈顶标高。根据孔口护圈标高及桩底标高确定挖孔深度。护圈砌筑完成后复测桩位，在护圈顶面定位十字护桩，在挖孔施工过程中，利用十字护桩检测桩孔中心偏位、桩径、桩孔垂直度等。5.2.3开挖桩孔土方桩孔开挖时，先开挖桩孔中间部分的土方，然后向周边扩挖，控制好桩孔截面尺寸，根据土质的不同，确定开挖节段高度，在土质好的情况下，约为1m为宜，当土层坚硬，不致坍陷时可加大到1.5m；当土层松软如细沙土或含水量大的粘土时，开挖节段高度可减小至0.4～0.8m为一施工节段。挖孔直径为：上口直径较桩径大10cm，下口直径较桩径大17cm，成圆台形。挖孔过程中做好原始录，发现地质情况有变化时，应立即汇报，从施工工艺及安全设施上采取措施。5.2.4放置附加钢筋、支护壁模板每一节段段挖孔完成后，在节与节之间必须安放附加钢筋。护壁模板通过拆上节、支下节的方式重复周转使用。模板采用三块钢模板拼接而成，模板必须有足够的刚度。模板用木桩加固支撑，其中轴线与桩中心在同条垂直线上，偏差不大于1cm第12页共12页 ，以保证桩基的垂直度符合规范要求。桩径不小于设计桩径。模板之间用卡具、扣件连接固定，可在多节模板的上、下端各设一道弧形的、用槽钢或角钢做成的内钢圈作为内支撑，防止模板受力变形。为操作方便，不设水平支撑。模板安装牢固后，检测模板的位置，以保证桩孔的平面位置及其垂直度。5.2.5浇筑第一节段护壁混凝土每挖完一节段后，应立即放置模板，浇注护壁混凝土，采用人工浇注、人工振捣，坍落度控制在10cm左右，混凝土护壁保证混凝土强度及其厚度，护壁混凝土根据气候条件，混凝土强度不小于1.2MPa、浇筑24h后方可拆模。5.2.6安装垂直运输架垂直运输架有提升钢框架作为承重结构，配置慢速卷扬机提升；门式工字钢梁架作为承重结构，配置电动葫芦提升及横移。第一节段桩孔浇筑完混凝土后，钢框架安装在桩孔旁，能过三角架的转动横移。门式工字钢梁架安装在桩孔正上方，能过电动葫芦提升，沿工字钢梁横向移动。此外常用的运输架还有：木塔、钢管吊架、木吊架等，无论哪一种支架形式，必须搭设稳定、牢固。5.2.7安装电动葫芦或卷扬机在垂直运输架上安装滑轮组和电动葫芦、穿上卷扬机钢丝绳，在适当的位置安装卷扬机，地面运土用手推车或小翻斗车。5.2.8安装活底吊桶、活动盖板、照明、水泵及通风机在安装滑轮组和吊桶时，保持吊桶与孔壁之间留有适当距离，防止施工过程中吊桶碰撞孔壁，预防安全事故，井底照明必须用低压电源（36V）、防破电线、带罩的防水、防爆照明灯。孔口四周设置围护栏。当桩孔深度大于15m时，应进行井下机械通风，加强空气的流动，必要时向井下输送氧气，防止有毒气体对人体的危害，操作时上下人员轮流作业，桩孔上方人员必须密切观测桩孔下人员的情况，互相呼应，预防安全事故的发生。当地下渗水量不大时，随挖随将泥水用吊桶运出，当地下水量较大时，在桩孔底先挖集水坑，用高扬程水泵抽水，边降水边挖土，水泵的规格应按照抽水量选定。地下水位较高时，应先采用统一降水措施，然后再开挖。桩孔口安装水平推移的活动安全盖板，当桩孔内挖孔时，应掩好安全盖板，防止杂物掉下砸伤人。吊运土时，才打开安全活动盖板一定面积，留一定宽度作为挖孔人员的安全空间。5.2.9开挖、吊运第二节段桩孔土方第12页共12页 从第二节段开始，利用提升设备运土，桩孔内操作人员必须戴安全帽，地面人员应系好安全带。当吊桶在桩孔上方1.0m时，横移或转动，使吊桶离开桩孔上方，吊桶在小推车内卸土，用小推车运至孔口以外3m，平整现场或存放，然后统一弃土。若在孔口上方卸土石，吊桶在桩孔上方1.0m时，推动活动安全盖板，掩蔽孔口，防止卸渣土、石块等坠落孔内卸土后，再打开活动盖板，下放吊桶继续装土。桩孔挖至规定的深度后，用杆孔规检查孔的直径及井壁圆弧度，施工人员修整孔壁使上下垂直顺直。5.2.10在检查桩孔直径、圆弧度、中心位置合格后，拆除第一节护壁模板，并放置附加钢筋，护壁模板一般采用拆上节支下节的方式依次周转使用，模板上口留出高度为10cm的混凝土浇筑口。如为变截面桩孔，则应另配模板。5.2.11浇筑第二节护壁混凝土。模板支好后，检测模板的中心位置，支撑情况，当符合要求后浇筑第二节段护壁混凝土。混凝土用吊桶运送到孔内，人工入模、振捣密实。为加快工程进度，可以在混凝土中适当加入早强剂，加速混凝土的硬化。5.2.12逐节段往下循环操作，将桩孔挖至设计标高，用钢钎插探桩底地质情况是否与图纸相符，清除虚土，基底地质情况与设计不符时，应即时上报，签署验底记录。5.2.13开挖扩底部分土方。桩底分扩底和不扩底两种情况，挖扩底桩应先将扩底部位桩体的圆柱体挖好，再按设计要求自上而下削土，如设计无明确要求，扩底直径一般为1.5d～3.0d，扩底部位的变径尺寸为1：4。5.2.14检查验收:成孔后在自检的基础上，做好施工原始记录、办理隐蔽工程验收手续，对桩直径、标高、桩位、垂直度全面检查合格后，才进行吊放钢筋笼。5.2.15钢筋制作、安装钢筋在进场前，必须进行检验，检验合格后，方可大批量进场，钢材进场不得直接堆置在地面上，必须用垫木或其他方法垫起，工地临时保管钢筋时，选择地势高，地面干燥的露天场所，根据天气情况，在雨雪天气，必要时加盖雨棚布。钢筋笼制作按设计要求加工制作，钢筋下料时设计好下料尺寸，确保在钢筋笼制作过程中焊接接头错开1.5m以上，从而保证在同一断面上钢筋焊接面积小于等于整个断面钢筋总面积的50％，保证整个钢筋笼长度。钢筋搭接符合规范要求，Ⅰ级钢筋采用绑扎搭接，搭接时采用点焊。Ⅱ级钢筋采用焊接，焊接长度双面焊为5d（d为钢筋直径），单面焊为10d（d为钢筋直径）。焊接时先进行预热，不得在-15ºC以下焊接钢筋，焊接钢筋要自然冷却。焊缝饱满且不得烧伤主筋，焊接时用502焊条，同轴线焊接，及时清除焊缝表面的焊渣。第12页共12页 钢筋笼安装前应检查钢筋根数、直径、间距、钢筋笼是否变形，焊接点、焊接长度、宽度、厚度是否满足规范要求，并应控制主筋间距在±10mm以内，箍筋间距在－20mm以内，骨架外径在±10mm以内，骨架倾斜度在±5%以内，骨架保护层在±20mm以内，骨架顶端高程在±10mm以内，骨架底高程在±50mm以内。钢筋在钢筋加工场成型后，现场绑扎，检测管按照图纸要求，位置准确，焊接牢固，保证检测管不漏水。考虑到吊装入孔的困难，钢筋笼分段制作，在孔口焊接，采用搭接焊，确保其上、下两段成一直线，均匀入孔，并随时调整钢筋笼位置，避免碰挂孔壁及发生塌孔现象。吊放钢筋笼:在吊放钢筋笼前，用与桩基直径相同的钢筋笼检孔器检孔，以保证钢筋笼能顺利地安放在桩孔内。为防止钢筋笼变形，必须加焊加强筋。在钢筋笼主筋上每隔3m左右设一个φ20钢筋环，确保桩身钢筋保护层。钢筋笼用吨位适宜的吊车吊入孔内，要对准孔位、扶稳，缓慢下放，避免碰撞孔壁。为避免钢筋笼起吊过程中局部受力发生变形。在其顺直状态下加绑木杆，在钢筋笼入孔时，解除木杆的捆绑线，取出下次接着使用。钢筋笼达到设计位置时，应立即固定。当钢筋笼需要接长时，先将第一节钢筋笼利用架立筋临时固定在护圈部位，然后吊起第二节钢筋笼，对准位置后焊接或套接，接头数量必须按50%错开焊接或套接，如此接长到预定深度。5.2.16安装串筒或导管灌注混凝土分两种，当孔内无水时，用串筒浇筑空气环境中的普通混凝土，当高度超过3m时，应用串筒，串筒底部离孔底及混凝土面不宜超过2m，当孔深超过12m时，宜采用导管灌注，按照水下混凝土的方法灌注，导管离孔底距离不宜超过1.5～2.0m，在浇筑过程中及时拆除导管。当孔内渗入的地下水位上升速度较大时（一般指大于6mm/min），应视为水桩，按照水下混凝土灌注方法进行。先向桩孔中补水，至少补水至孔外稳定水位同样的高度。5.2.17灌注水下或普通混凝土A、灌注水下混凝土灌注水下混凝土使用的导管，在使用前先进行气密性试验，备有充足的顶丝及胶圈，必须密封绝不能漏水，导管底口距孔底距离不得大于40cm，水下灌注砼，孔深底面得到认可和导管下好后立即浇筑砼，连续作业不中断。第12页共12页 浇筑混凝土前检查水泥砂石料质量和数量，不合格的材料坚决不予使用。混凝土拌和严格按试验室提供配合比进行，混凝土拌和前检修拌和设备，检查计量系统的准确性，特别要经常检查用水计量系统，否则将会影响混凝土强度。同时混凝土拌和前精确测量骨料含水量，以调整拌和用水量。混凝土的出盘坍落度应控制在180～200mm之间。混凝土采用拌合站集中拌和，气温较低时，采取保温措施，保持混凝土灌入温度控制在5℃～10℃，拌和时间适当延长，钻孔桩混凝土用罐车统一运输到现场，用吊车配合吊斗进行灌注混凝土。当现场条件允许时，混凝土可直接通过混凝土罐车将混凝土直接注入到导管口漏斗中进行灌注。浇筑混凝土随时测量并记录导管埋置深度和混凝土的表面高度。首批混凝土灌注时应注意导管下口至孔底的距离宜在25～40cm之间，储料斗容量应保证首批混凝土能使导管初次埋置≥1m和填充导管底间隙的需要。在“剪球”时罐车同时连续将砼送入储料斗，在首批混凝土灌注后，测量混凝土面标高。灌注时，采用钢板制作的外径略大于导管内径的饼状物（直径为30.0cm、厚度为1.0cm）用钢丝绳悬吊作合页型“剪球”装置。混凝土浇筑过程中，提升储料斗和导管的钢丝绳以及吊车的吊装能力，要满足导管和充满导管内的混凝土的总重力及导管壁与导管内外混凝土间的摩阻力，并有一定的安全储备。混凝土运送至灌注地点时，由试验人员对混凝土的均匀性、坍落度进行检测，符合要求后进行混凝土灌注，混凝土灌注开始后，应连续进行，并尽可能缩短，拆除导管的时间，当导管内混凝土不满时,应徐徐地灌注混凝土，防止在导管内形成高压空气囊。在灌注过程中拆卸导管时，用测深锤探测井孔内混凝土面位置，及时调整导管埋深，导管埋深一般不宜小于2m或大于6m。当灌注至桩顶时，适当用吊车提升导管（提升时必须保证导管在混凝土内埋深大于2m）。灌注到桩基顶标高预加0.8m，预加高度在开挖完承台基坑后凿除，凿除时防止损毁桩身。B、在空气中浇筑混凝土桩在空气中浇筑混凝土桩，混凝土的坍落度宜为7～9cm，可在导管中自由坠落，开始浇筑时，孔底积水不宜超过5cm，浇筑速度应尽可能加快，使混凝土对孔壁的压力大于渗水压力，防止水渗入孔内。桩顶2m第12页共12页 以下的混凝土，可依靠自由坠落捣实，在此线以上浇筑的混凝土必须用振捣棒振实。混凝土浇筑宜一次性浇筑完成，若在施工接缝不可避免时，应按技术规范规定进行处理，并一律插上下层锚固钢筋，其钢筋截面面积可在1%配筋面积内扣除，若钢筋骨架总面积超过桩截面积的1%，则可不设锚固钢筋。混凝土浇筑到桩基顶面20cm以后，应及时将表面已离析的混凝土混合物和水混浆等清除干净。5.2.18桩成品检测、验收在挖孔桩混凝土灌注完成后，复测桩中心和桩顶标高，在混凝土强度达到设计要求后进行桩身混凝土均匀性、承载力的检测。5.2.19挖孔爆破施工桩孔内遇到岩层时，需要进行挖孔爆破施工，当需要爆破施工时，应进行专门的设计，宜采用浅眼松动爆破。大直径挖孔桩爆破炮眼设置中间一组集中掏槽，四周斜插挖边，采用微差爆破，短段数雷管用于中间掏槽眼，爆破炸药用量计算如下：松动爆破的装药量Q松=k松W3式中：k松—松动爆破单位装药消耗量，Kg/m3,一般k松=（1/3~1/2）k；k—标准抛掷爆破的单位炸药消耗量，Kg/m3；W—最小抵抗线，m。确定装药单耗k值的方法有:（1）查表法。根据岩石的普氏系数f值的大小，并参考被爆岩体的节理、裂隙和风化程度，参照定额或有关资料数据表，合理选取。（2）类比法。参考若干条件相似的爆破实例来选取。（3）爆破漏斗试验法。在地质条件与被爆岩体相同的平坦地面，进行同类型的标准抛掷爆破漏斗试验，求得适合于岩体和爆破类型的单位装药消耗量。（4）试爆法。在爆区进行小规模的试爆，根据试爆效果调整炸药单耗。当采用挖孔爆破施工时，应注意的事项：1、严格控制炸药用量并在炮眼附近加强支护，采用电雷管引爆。2、严禁裸露爆破，打炮眼深度对软岩不超过80cm，对于硬岩石炮眼深度不超过50cm。炮眼位置、数量和斜插方向，中间一组集中掏心，四周斜插挖边。3、以松动爆破控制药量，一般中间炮炮眼装药1/2炮眼深度，边眼装药为炮眼深度的1/3～1/4。4、有水炮眼必须用防水炸药，尽量避免瞎炮，如有瞎炮按安全规程处理。5、孔内爆破后应先通风15min，并经检测无有害气体后，施工人员方可下井作业。6、当某个孔内进行爆破作业时，其他孔内的工作人员必须回到地面安全处。第12页共12页 7、当孔底岩层倾斜时，凿成水平或台阶。5.2.20季节性施工1、雨季施工应对现场做好排水工作，确保施工现场无积水，确保道路畅通。孔口周围有挡水措施，防止雨水流入孔内。加强施工现场的材料保护，避免因雨水浸泡而使材料变质。2、雨季施工期间，对现场供电线路、设备进行全面检查，预防触电事故发生。3、冬季混凝土施工时，混凝土的入孔温度不得低于5℃。做好桩顶混凝土保温防冻工作，在大雪天避免浇灌混凝土。4、当气温超过30℃时，应在混凝土中加入缓凝剂。6材料与设备6.1设备准备6.1.1挖掘设备：铁锹、镐、钢钎、手持式凿岩机、空压机、风镐。6.1.2提升设备：慢速卷扬机、提升钢框架；电动葫芦，门式梁架；活底吊桶等。6.1.3运输设备：手推车、小翻斗车、水泵等。6.1.4安全设备：鼓风机、有害气体检测仪、氧气袋，低压、防爆照明灯、活动软梯、安全帽、安全带、安全活动盖板、隐体等。6.1.5护壁设备：模板、支撑架，钢筋混凝土套筒、钢套筒等。6.1.6钢筋加工、安装设备，钢筋笼成型成套设备,电焊机、对焊机、吊车等。6.2材料准备原材料：水泥、石子、砂、钢筋等按规定进行检测,确保原材料的质量符合质量标准要求。7质量要求7.1工程质量控制标准挖孔桩施工质量控制标准按《公路工程质量评定标准》（JTGF80/1—2004）执行。表7.1-1挖孔桩实测项目项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率权值1混凝土强度（MPa）在合格标准内按附录D检查32桩位（mm）群桩100全站仪或经纬仪：每桩检查2排架桩允许50极值100第12页共12页 3孔深（m）不小于设计值测绳量：每桩测量34孔径（m）不小于设计值探孔器：每桩测量35孔的倾斜度（mm）0.5%桩长，且不大于200垂线法：每桩检查16钢筋骨架地面高程（mm）±50水准仪测骨架顶面高程后反算：每桩检查17.2质量保证措施7.2.1建立质量保证体系。实行岗前培训制，持证上岗。进行详细的技术交底，按操作流程施工。7.2.2详细阅读图纸，体会设计意图，在地层揭露后实际情况可能与设计预估不一致时，应及时上报调整。7.2.3挖孔桩工程属隐蔽工程，做事力求精细，每道工序在施工过程中做好控制和工后进行检查，合格后方可进行下一道工序。8安全措施8.1严格遵守国家有关安全法规和相关制度，确立了安全第一，预防为主的方针，实行安全生产责任制，人人懂安全、管安全的意识，防范于未然。8.2进行岗前安全培训，实行安全持证上岗。8.3生产区和生活区应分开，且离待加固的边坡面有足够的安全距离。临建施工现场符合防火、防雨、防风、防触电等安全规定及安全施工要求进行场地布置，并完善各种安全标识。8.4机械的使用、现场用电等要符合相关要求和建立相应的安全作业指南。9环保措施9.1遵守国家相关的环保法律法规和地方的规章制度及业主对环保的要求。9.2加强环保学习，提高环保意识。成立环保机构，制订环保目标和落实环保目标的措施和制度。9.3对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾等的控制制定相应的流程，并严格按流程执行，环保不符合要求，不得进行施工。9.4设立专门的排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，然后做无害化处理。9.5弃渣及工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理的填埋或处治。9.6优先选用环保机械，防止漏油、降低噪声，及选用合适的施工时间进行施工，把噪声等污染降到最低。11效益分析第12页共12页 11.1大直径桩基采用机械成孔则需要成套的专用设备，进场困难，成本投入大；采用人工挖孔可以减少设备投入，降低成本，尤其在山区公路地形地理条件差的施工作用条件下更为显著。11.2大直径桩基截面面积大，施工中作业面可以增加挖孔人员，提高单班开挖效率、提升设备的使用效率；岩层地质孔桩提高爆破钻孔利用率，降低炸药单耗，提高爆破效率，降低施工成本。12工程实例某高速公路某大桥，该桥全长898m，为22*40m预制T型梁桥，8#~19#墩孔桩基础直径为3.2m，采用人工挖孔成孔，工程质量优良。第12页共12页'