人工挖孔桩施工质量控制及若干相关问题探讨

人工挖孔桩施工质量控制及若干相关问题探讨福建二建建设集团公司郑庆水摘 要：通过人工挖孔桩几个常见主要施工问题的原因分析，归纳总结了一些有效的处理方法及注意事项，并对人工挖孔桩的施工水患、成孔困难、吊放钢筋笼与浇筑混凝土、桩身砼强度不足及有承台人工挖孔桩与承台的连接等问题进行了探讨，提出相应的建议、对策及处理办法，供参考。关键词：人工挖孔桩；施工水患，施工质量问题；处理技术人工挖孔灌注桩简称人工挖孔桩，是采用人工挖掘的方法进行成孔，然后安装钢筋笼，浇筑混凝土成型经养护而成一种成桩工艺。人工挖孔桩因受地质条件的限制和安全要求，使用逐渐减少，不得用于软土或易发生流沙的场地,地下水位高的场地，应先降水后施工。但是，人工成孔灌注桩工程，其造价低、噪音小，尤其适用于场地狭小的场所。在黏土、粉质黏土、含少量砂石黏土层，且地下水位低的工业、民用建筑及市政工程中，使用人工挖孔桩工艺，具有明显的优势。由于我司原处南平山区，山区项目多，基础为人工挖孔桩工程屡见不鲜，所以对于人工挖孔桩施工工艺问题的研究依然是十分重要的。以下就人工挖孔桩的一些主要施工问题进行归纳总结，并对人工挖孔桩的施工水患、成孔困难、吊放钢筋笼与浇筑混凝土及桩身缺陷的检查与评定等问题进行简要的分析与探讨。1施工水患问题及分析处理 “水患”给人工挖孔灌注桩造成的安全质量事故和经济损失是屡见不鲜。如何解决人工挖孔灌注桩在施工过程中的截水、排水和堵水、及流砂等技术问题,是确保桩基施工安全和质量的关键。1.1应做好“水患”的事前控制。1.2应做好“水患”的事中控制。1.3人工挖孔在开挖时，如遇细砂，粉砂层地质时，再加上地下水的作用，极易形成流砂，严重时会发生井漏，造成质量事故，因此要采取有效可靠的措施。 （1）流砂情况较轻时有效的方法是缩短这一循环的开挖深度，将正常的1m左右一段，缩短为0.50.3m，以减少挖层孔壁的暴露时间，及时进行护壁混凝土灌注。当孔壁塌落，有泥砂流入而不能形成桩孔时，可用纺织袋土逐渐堆堵，形成桩孔的外壁，并控制保证内壁满足设计要求。 （2）流砂情况较严重时常用的办法是下钢套筒，与护壁用的钢膜板相似，以孔外径为直径，可分成46段圆弧，再加上适当的肋条，相互用螺栓或钢筋环扣连接，在开挖0.5m左右，即可分片将套筒装入，深入孔底不少于0.2m，插入上部混凝土护壁外侧不小于0.5m，装后即支模浇注护壁混凝土，若放入套筒后流砂仍上涌，可采取突出挖出后即用混凝土封闭孔底的方法，待混凝土凝结后，将孔心部位的混凝土清凿以形成桩孔。也可用此种方法，应用到已完成的混凝土护壁的最下段钻大，使孔位倾斜至下层护壁以外，打入浆管，压力浇注水泥浆，使下部土壤硬些，提高周围及底部土壤的不透水性，以解决流砂现象。本人在长期从事建筑技术和施工管理工作实践中结合具体案例工程，思索、研究、创新并总结出解决了人工挖孔桩施工过程中“水患”等一些特殊问题,取得了良好的效果，仅供参考（具体实例详第6点）。2成孔困难在人工挖孔过程中，由于种种原因，孔壁出现不稳定现象，甚至造成塌孔，不仅影响施工进度，而且危及人身安全。这是非常严重的工程质量问题，有时关系到施工人员的生命安全， 针对上述情况可制定以下防治措施。 （1）人工挖孔要有详细的工程地质与水文地质报告，对于直径较大、孔深较深的孔，必要时应当达到每孔都有详细的探孔报告，以便事先采取防治措施。（2）在人工挖孔施工过程中，如果遇到上层滞水、地下水、流砂等情况时，应采取混凝土护壁的办法，如采用高度为3050cm模板、加上配筋，上下两节护壁搭接长度不得小于5cm，护壁混凝土的强度等级与桩身混凝土相同，并掺加适量的速凝剂，随挖土，随检验、随浇筑混凝土。（3）当在挖孔中临时遇到塌孔，还可采用预制水泥管、钢套管、沉管护壁等办法。（4）混凝土护壁的拆除模板时间应掌握好，在常温下一般应在24小时之后进行。对于塌孔严重的部位也可能采取不得拆模永久留在孔中的措施。（5）水量大、易塌孔的土层，除应当进行横向护壁，还要防止竖向护壁的滑脱。护壁间用纵向钢筋连接，并打设护壁锚筋。必要时也可用孔口吊梁方法进行护壁，在灌注桩身混凝土时拆除。（6）在雨季进行人工挖孔施工时，孔口应有尽有预告做好混凝土护圈，以防止雨水灌入孔内，或设排水沟进行曲抽热电厂水。（7）人工挖孔施工过程中，应当遵循“随挖随验随浇筑”的施工原则，不得挖好不验不及时浇筑，不得过夜。（8）对于直径和深度较大重要工程桩孔，正式开挖前要做试验挖桩，以校核地质、设计、工艺是否满足要求，及时制订出有关技术措施。（9）人工挖孔的顺序应采取跳挖法，特别是有扩底要求的挖孔桩，应考虑扩孔直径采取相应措施，以避免塌孔贯穿。（10）在扩底部施工遇到承压水时，可选用高压旋喷技术，进行人工固结方法处理后再进行扩挖。（11）当地下水位较高、水量较大时，应根据桩基施工的范围、挖孔深度、水位和水量等，经过计算采取地下人工降水措施，将地下水位降低至孔底高程0.51.0m以下，使人在干作业环境中施工。（12）扩大头部位若砂层较厚，地下水或承压水丰富，人工挖很难成孔时，可采用高压旋喷技术进行固结，然后再进行挖孔。3吊放钢筋笼与浇筑混凝土 人工挖孔成孔后，吊放钢筋笼很不顺利，造成钢筋笼的标高有误；或者浇筑的混凝土密实度很差，钢筋保护层不符合设计要求。这类工程质量缺陷不仅影响桩的施工进度和工程质量，而且还会引想钢筋笼卡住或变形，针对上述情况可制定以下防治措施。（1）人工挖孔在验收后，应立即吊放钢筋笼，发现标高不满足要求时，应重新测量孔深，把多余的孔底虚土、回落土清除掉，保证有效桩长。（2）吊放钢筋笼时要选择好吊点位置，在吊立时，要以均匀较慢的速度进行，若起吊较长的钢筋笼，要采取加固措施，避免钢筋笼出现过大的变形。（3）在孔内吊放钢筋笼时，要对准桩孔均匀、垂直慢放，不得出现撞孔、刮孔、猛放，如果遇到卡笼时，要查明原因，采取正确措施，正常放入，千万不可采取猛放、锤击等不正确的方法。（4）在吊放钢筋笼之前，要对于桩孔进行认真检查，特别是对于超偏的混凝土护壁要进行处理，以保证钢筋笼顺利吊放进孔内。在吊放钢筋笼前，还要放好孔口护孔漏斗。（5）混凝土配合比要计算准确，拌制中要材料合格、计量准确、搅拌均匀、坍落度相同。如果混凝土运输距离或时间过长，出现初凝的混凝土必须重新搅拌后再浇灌，但不得随意进行加水。（6）在浇筑混凝土前，要放置孔口漏斗，并再次测量孔内的虚土厚度。在浇筑混凝土时，必须通过溜槽进行，当高度较大时，应用插入式振捣器进行振实。当浇筑扩底混凝土时，第一次应把混凝土灌到扩底部位的顶面，并随即振捣实，特别是浇筑桩顶以下5m范围内的混凝土时，应随浇筑、随振捣，每次浇筑高度不得大于1.5m。（7）当孔内渗水量过大时，应采取有效措施，将孔内的水排出，不使灌注的混凝土与水混合在一起，避免混凝土的水灰比增大，以保证混凝土的浇筑质量。（8）人工挖孔不管孔的深度大小，在浇筑混凝土时一定要连续进行，不得出现中途停顿，更不能出现隔夜浇筑现象，否则会因为晾孔时间过长，造成局部塌孔，出现混凝土夹泥质量缺陷。4桩身砼强度不足砼遭受孔内水的危害，引起砂浆稀释，砂石下沉，严重破坏砼的强度。 （1）对于孔内有地下水，水位低、水量小的桩孔，在浇捣时把砼拌均，水抽干，可以采用串筒迅速浇捣，但是在水位以下部分，必须调整砼配合比，适当减少用水量并增加水泥用量等；（2）对于水位高、出水量大的桩孔，在水位下必须采用水下砼配合比与导管灌注法灌注，在水位之上，为了避免水下导管灌注通病桩身上部砼强度低，则可采用简单串筒浇捣，但是水必须抽干，泥浆、浮浆要清除干净，两种不同方法施工的交接层，用插捣器穿过反复插捣。5人工挖孔桩与承台连接上部结构与桩之间是通过承台连成整体的，因此承台与桩、承台与柱(墙)之间的连接要求必须同等，否则就形成结构整体的薄弱部位。从典型震害实例调查中可知，有不少桩基工程震害都是由于桩嵌入承台长度不足，且锚固抗拔能力不够所致。通常，大家对承台与柱(墙)之间的连接要求比较重视，设计图纸内容也很明确，而对承台与桩之间连接的重要性在认识上有所缺欠，表现为设计交代不十分明确，施工上存在一定程度的随意性。因此，承台与桩之间连接的重要性显而易见，工程有关技术管理人员应该加强这一环节的质量控制。对于有承台的桩基顶标高（特别是低承台桩基），由于承台与桩身混凝土不能一次性浇筑，个别施工单位在浇筑桩身混凝土时，浇灌高度比设计桩顶标高略低（有的比承台底标高还低），浮浆剔凿后桩顶标高比设计顶标高低很多，这一部分与承台混凝土一起浇筑。承台与桩头连接处必然产生断面突变，连接不好就会产生应力集中现象。规范要求大直径灌注桩顶嵌入承台内的长度不小于100mm，这个嵌固构造非常重要，不但能够有效抵抗桩与承台之间的水平剪切，而且还能避免桩基在承台以下出现薄弱环节。所以在确定有承台的基桩顶标高时应考虑浮浆剔除后应比承台底高100mm，而且在地震设防区有必要把桩嵌入承台的长度加长，且桩头的插筋长度也应加长及增加配筋量。桩顶嵌入承台实际是桩与承台连接构造的一个部分，桩与承台连接构造的另一个要求是桩身主筋在承台中的锚固长度。混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图第61页桩顶纵筋在承台内的锚固构造中规定桩顶钢筋伸入承台的长度取Lae与35d的较大值，笔者发现个别设计规定桩顶钢筋伸入承台的长度取Lae，而忽略了Lae与35d的比较。6 本人在施工过程中处理的具体实例 某综合楼工程:该工程建筑面积15026m2, 层数：11层,基础设计为人工挖孔灌注桩,混凝土设计强度等级:护壁为C15,桩芯为C30,基础持力层距地表面17m左右,地质资料表明:地下水丰富,水位在3.3-6.3m。桩基工程的施工期为4月3日至5月28日,正值雨水季节,工程开工前,本人根据地质勘探资料、设计文件和施工现场的实际情况,认真进行分析论证,并借鉴有关类似工程经验, 在方案制定和现场施工中有效控制了施工水患的问题。6.1做好“水患”的事前控制。在施工前组织有关工程技术人员深入现场,对工程的地理位置、自然环境并结合施工季节等因素进行详细的调查了解,对施工期地表水采取截流控制措施,从而达到减小桩孔涌水量的目的。6.2做好事“水患”的中控制。首先,根据设计规范和施工技术要求,积极配合工程设计方面做好图纸会审和设计方案的修改工作,根据现场实际情况将原护壁混凝土标号C15提升为与桩身同强度等级的C30,增加首节护壁和流沙层护壁厚度,有效地增强桩护壁的刚度,从而控制护壁裂缝的产生,减少护壁的渗水量:对桩护壁渗水较严重的桩孔,采取了强制堵漏措施,把“水患”有效地控制在桩芯混凝土浇灌前。6.3特殊对待特殊桩孔(最后三个降水桩孔)。由于地下涌水相对集中,混凝土施工时无法将孔内积水排干,故决定将孔内积水控制在2m深以内,采取水下灌注不分散混凝土施工技术进行浇灌,确保施工质量符合设计要求。6.4排水措施（1）砌筑截水沟:桩孔放线定位后,首先在离建筑物轴线外侧3m处开挖和砌筑500mm700mm的环行截水沟(排水纵坡5),然后在桩基施工区域内砌筑250am350mm的井字排水沟(排水纵坡3),并与截水沟贯通。各桩孔中的水通过排水沟汇入截水沟,有效地截断和减少了地表水对桩孔的水患。 （2）利用井点法降低地下水位:选择建筑物四周渗水量大的桩孔和迎水面的桩孔先开挖,起到降水井点的作用。降水井用水泵抽水时,将桩孔和附近的地下水降至井底下,使其它开挖桩孔底部免除在水下状态下施工的弊端。 （3）排干桩孔底积水:人工挖孔过程中采取50mm高扬程潜水泵,设置逆流阀(防止抽水机停止工作时,使管内积水返回到桩孔底部)和安全电压,满足孔底排水的要求。6.5堵水措施 按混凝土护壁渗水的不同程度,分别采取不同的堵水措施; （1）当护壁表面只呈现湿润状态(手摸有湿润感)但无流水状况时,不作处理。（2）当护壁局部渗水(有流水且流量较大)时,将渗水部位(流水集中处)凿成中5080mm的小孔,用木楔打人,周围用快硬防水砂浆(砂浆内渗速凝剂和防水粉)封堵好。数分钟后,木楔遇水而膨胀,起到堵水作用。（3）当护壁成片成段或从裂缝中渗水且渗水量较大时,在渗水地段的下方凿开一个或多个50mm的小孔,清理干净后,装上止水阀门,打开阀门引水泄压,随即将阀门周边用快硬混凝土或防水砂浆堵密实,再抹”速凝型水不漏三遍,使面漏变成线漏,线漏变成点漏,最后将点漏封堵,再大面积(裂缝部位沿缝挂上500mm宽细密钢丝网片)抹氯化铁防水砂浆(水泥:水:中沙:防水剂=1:0.55:2.5:0.03)10-20mm厚,待防水层达到80%强度后,关闭阀门,起到堵水作用。6.6由于本工程正值雨水季节为此建议施工方法为桩芯混凝土施工采用水下混凝土浇灌方法。少数桩孔因护壁混凝土接缝或密实度不能满足防水要求,涌水量较大(大于1m3/n)且桩孔在浇灌混凝土前不能排干的桩孔(桩孔积水不超过2m),按照水下混凝土操作规程灌注不分散混凝土，本工程的桩芯混凝土浇筑除三个特殊桩孔采用泵送(商品不分散混凝土)法外,其余均采用导管(自制普通混凝土)法施工。本工程在桩基施工过程中有效地运用了“水患”处理的技术,其处理效果得到工程建设的各方领导及专家的好评，本工程80多根桩除3根(降水桩)采用泵送商品水下不分散混凝土外,其余均采用导管法灌注普通混凝土,仅此一项节约工程成本10余万元。使工程到达了优质、高效、节约、安全的整体目标。7 结语施工水患、成孔困难、吊放钢筋笼与浇筑混凝土、桩身砼强度不足及有承台人工挖孔桩与承台的连接等问题是当前人工挖孔桩在工程实际中