人工挖孔桩施工中遇到特殊问题的处理

人工挖孔桩施工中遇到特殊问题的处理撰稿人：编写单位：时间：年月人工挖孔桩施工遇到特殊问题的处理人工挖孔桩具有许多优点：桩身成型直观；桩的施工质量宜保证；桩承载力大；施工方法简单，不需要使用打桩机械；一个工程上可同时进行多桩施工等等，但由于地质土层分布的不均匀，在人工挖孔桩施工中常常会遇到许多特殊的问题，处理不及时会给工程带来较大的麻烦。遇到坚硬的孤石而无法掘进人工挖孔桩一旦遇到坚硬的孤石而无法掘进问题非常棘手，一般在一个工程中，人工挖孔桩多数为一柱一桩，而且桩位要求准确，这基本上排除了变更设计桩位的可能性。如果对岩层进行人工开凿，速度慢，工效底，劳动强度大且费用高。比较有效的处理方法是采用爆破排除法，但在采用爆破排除法时需要处理好以下几个问题：爆破能量不能对现有人工挖孔的井壁产生破坏；爆破能量不能对周围正在施工的人工挖孔桩的已完成的井壁产生影响；爆破能量不能对周围已有的建筑物的安全使用产生影响。微差爆破法能够较好地解决好上述三个问题。1.1微差爆破的概念在相邻炮孔中应用毫秒延时雷管，以毫秒级时差按预先设计的间隔顺序起爆各个药包，由于各组钻孔起爆的时间间隔很短（一般在几毫秒到几十毫秒之间），为每个药包创造了多面临空条件，使被爆岩石体内存在着利于破碎的相互作用。其主要优点是可将总炸药能量分割为多数较小的能量，减小对桩孔周边建筑的震动影响，保护上部桩孔井壁，且爆炸后岩石的石块大小均匀，大块率小，清渣容易。1.2微差爆破法的总的要求（1）爆破掘进需要分层进行，不可一次布孔过深（2）一次装药量不宜过大，以免造成爆破能量过大对上部已成孔壁产生破坏，一般每次爆破的深度控制在300~500mm。（3）采用预裂爆破保护开挖周围岩石和孔壁稳定，起减震和保护周围岩体的作用。1.3微差爆破的施工（1）爆破准备。爆破是项非常危险的工作，每次爆破之前必须首先做好安全防护工作，开设临空面，用竹脚手板或竹席覆盖井口，控制震动和飞石，将爆破震动和碎石块飞散控制在允许范围内，设置警戒线，保证施工过程中所有人员处于安全的位置。（2）布孔方式。炮孔有三种类型，即掏槽孔、辅助孔和周边孔。起爆时由于处于圆心的掏槽孔首先起爆，在圆心处形成自由面，使随后起爆的辅助孔、周边孔的爆破破坏方向指向圆心，从而保证了桩的护壁及持力层等不会受到破坏。布孔是沿桩的四周均匀布置炮孔，凿孔是采用手持式气动凿岩机械人工操作，微差爆破的炮眼直径一般为30~40mm，按梅花形布置（见图1）。炮孔的布孔数量、深度和最佳装药量等要根据桩井的开挖直径、所爆岩石风化程度及裂隙发育等情况精确计算，并进行现场调整，以免桩孔破坏严重。（3）施工程序见图2第二次爆渣处理桩底清理、检查验收第三次爆破第三次钻孔第二次爆破第二次钻孔爆渣处理时间间隔为20~30ms中间孔起爆掏槽孔、预裂孔起爆装药布线钻孔炮眼布孔位置确定爆破准备第二次爆渣处理桩底清理、检查验收第三次爆破第三次钻孔第二次爆破第二次钻孔爆渣处理时间间隔为20~30ms中间孔起爆掏槽孔、预裂孔起爆装药布线钻孔炮眼布孔位置确定爆破准备（4）爆破后的处理与检测。爆破后要注意对现场情况进行检查，特别是要对哑炮进行排除。由于地质情况的复杂性，遇到孤石并经爆破排除后的桩井孔要请地质勘察单位对持力层逐个鉴定验收，并采用多种探测手段确保其下无溶洞和夹层存在。桩基工程完成后对遇到特殊地质或孤石并经处理的成桩要进行桩基承载力的检测。1.4人工挖孔桩采用微差爆破法的施工实例（1）工程概况。铁新煤矿产品装车仓（2Ø18.0m）工程，建筑体积15216m3，周围地质环境比较复杂，工程基础采用人工挖孔桩，桩径为1.2m和1.8m，桩长12m，扩大头直径1.8m和2.4m，设计要求桩底进入中风化岩层长度不少于2m。本工程地质情况比较复杂，土层中夹有大量的坚硬微风化砂砾岩，砂砾岩层硬度较大，试验数据表明其抗压强度平均值达到了37.6MPa，如果采用传统的空气压缩机配合风镐掘进将严重地影响工程进度，若采用爆破作业，如何保证周边原有建筑安全，以及保证人工挖孔桩的护壁完整性是施工的难点。工程现场采用了微差爆破技术解决了施工难题，并按照工期要求顺利完成了桩基础施工。（2）微差爆破技术参数的计算。以直径1.8m人工挖孔桩进行爆破参数选择和装药量计算，桩的设计护壁厚度为100mm，爆破直径为2m。炮孔布置见图3。周边孔单孔装药量计算。周边孔数n=13个，间距460mm，排距400mm，孔深900mm，单耗2.5kg/m3。Kh(R2-r2)nKh(R2-r2)n2.5×3.14×2.5×3.14×0.9×(0.952-0.552)13=0.326kg取0.3kg②掏槽孔单孔装药量计算（0.4+0.6η3）qw3（0.4+0.6×（0.4+0.6η3）qw3（0.4+0.6×13）×2.5×13=0.50kg5nQ掏槽孔===0.50kg5n式中W——最小抵抗线。辅助边孔单孔装药量计算。孔数n=7个，间距490mm，排距350mm，孔深1m，单耗2.5kg/m32.5×2.5×3.14×（0.552-0.22）7Kg=0.29kgQ辅助孔7Kg=0.29kg取0.3kg每茬爆破总装药量：Q总=Q掏槽孔×5+Q辅助孔×7+Q周边孔×13=0.5×5+0.3×7+0.3+13=8.5kg(3)微差爆破安全计算。①飞石安全距离计算公式。R飞=20KAη12W式中R飞——飞石安全距离（m）KA——安全系数；η1——爆破作用指数，取1；W——最小抵抗线。经计算：R飞=20×1.0×12×1.0m=20m从计算结果可知，爆破会产生个别飞石，飞石的直线飞行距离可达到20m，由于爆破的工作面是位于桩井内距离地面约5m以下的位置，因此对飞石的飞行进行水平方向的分解，分解后的水平距离为通过结算可以得到，碎石的分解水平飞行距离在10m以内，在爆破前对井口进行有效的覆盖，就可以控制飞石飞不出井口。爆破振动计算。起爆药量的最大限额按下式计算：式中V——被保护目标允许的抗振速度，取4.0cm/s;K——岩石介质系数，取160；a——波的衰减系数，取1.6；Q——起爆炸的药量（kg）；R——爆源中心至目标的距离。将各参数代入上式，可以计算出安全装药量与影响半径之间的关系，见表1。表1安全装药量与影响半径关系表R/m5101517192030Q/kg0.1230.993.344.866.797.9226.76(4)微差爆破施工控制飞石的现场措施。经过计算，爆破所产生的碎石的分解水平飞行距离在10m以内，因此，现场对爆破飞石的控制主要措施是对井口进行有效覆盖。井口覆盖物主要分为两部分，一是采用钢筋网或者铁皮等将井口盖严，保证爆破的飞石不能飞出井口；二是采用适当配重，如泥包等重物将井口的覆盖物压住。2．遭遇流沙地层人工挖孔在开挖时，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，影响施工进度，造成质量事故。针对不同的流砂情况采用不同的对策。（1）从桩井开挖施工先后顺序上采取对策。人工挖孔桩在开挖过程中遇到流沙，可以先将附近无流沙的桩孔挖深，使其起集水井作用。对有沙层的挖桩孔集中抽水，集中开挖，并加快每次开挖的速度，争取尽快穿越沙层，这样既可以降低总抽水量，又能降低对沙层的扰动，避免大量的水土流失。（2）缩短每次护壁的高度。将原来的正常每次1m左右高的护壁缩短为300～500mm，以减少沙层孔壁的暴露时间，并及时进行护壁混凝土灌注。（3）采用刚柔相济维护材料堵塞。如果流沙比较严重，会由于泥沙流走使做好的护壁塌落，遇到这种情况，可采用直径大于14mm，长度在1.5m左右的钢筋竖向打入沙层。现场准备一些编织袋或将干稻草编织成辫状，一边掏沙土一边用干草编织绳或编织袋堵塞泥沙，稻草具有阻挡泥沙的作用，同时也能起到滤水的作用，降低水的压力。如果土的侧压力较大，用稻草难以堵塞流沙时，可将削好的1.5m长、30～50mm宽的毛竹片用锤子打入沙层，缝隙用稻草填塞。毛竹片有很好的韧性，同时也有一定的刚度，价格又很低廉，是一种很有效的围护材料，当与混凝土浇注成为一体后还能提高混凝土的抗弯能力。（4）下钢套筒。遇到流沙情况较严重时才采用下钢套筒的办法。钢套筒与护壁用的钢模板相似，以孔外径为直径，可分成4～6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500mm左右，即可分片将套筒装入，深入孔底不少于200mm，插入上部混凝土护壁外侧不小于500mm，装后即支模浇筑护壁混凝土，若放入套筒后流沙仍上涌，可采取突击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。3．地下水问题地下水是常遇到的问题，它给人工挖孔桩施工带来许多困难。含水层中的水在开挖时破坏了其平衡状态，使周围的静态水充入桩孔内，从而影响了人工挖孔桩的正常施工。如果遇到动态水压土层施工，不仅开挖困难，连护壁混凝土也易被水压冲刷穿透，发生桩身质量问题。如遇到了细砂、粉砂土层，在压力水的作用下，也极易发生流砂和井漏现象。处理方法：（1）地下水量不大时，可选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应段的混凝土护壁，然后继续下一段的施工。（2）遇到井内水量较大，当使用水泵进行抽水也不能满足正常施工要求时，可以采用另外一种措施，调整各桩的挖桩施工顺序，增加对周围桩孔的抽水频率，以降低流入开挖桩孔内的涌水量。合理安排挖井的次序，交替循环进行各个桩孔成孔开挖施工，满足安全桩孔开挖施工的需要。（3）可在场地四周合理布置统一的轻型管井降水分流，对基础平面占地较大时，也可增加降水管井的排数。（4）抽水时环境的影响。有时施工周围环境特殊，一是周围基础设施等影响较多，不允许无限制抽水；二是周围有河流、沼泽等，不可能无限制达到抽水目的。处理这类问题最有效的方法是截断水源，封闭水路。桩孔较浅时，可用板桩封闭；桩孔较深时，用钻孔压力灌浆形成帷幕挡水，以保证在正常抽水时，达到正常开挖。（5）根据实际情况合理安排人工挖孔桩的施工顺序。在可能条件下，先施工较浅的桩孔，后施工较深的桩孔。因为一般桩孔愈深，施工难度相对愈大。较浅的桩孔施工后，对上部土层的稳定起到加固作用，也减少了深孔施工时的压力。在含水层或有动水压力的土层中施工，应先施工外围（或迎水部位）的桩孔，这部分桩孔混凝土护壁完成后，可保留少量桩孔先不浇筑桩身混凝土，而作为排水井，以方便其他孔位施工，保证桩孔的施工速度和成孔质量。4.钢护筒穿越淤泥质夹层土挖孔桩在遇到流动性淤泥质土层等软弱土层时的成孔方法与处理流沙层的基本相同，对于淤泥层夹层的土质可采用钢护筒穿越的施工方法。具体可分为以下几个施工步骤：（1）将钢板（3mm左右厚）做成筒状，钢板缝焊满，为增加钢护筒的刚度，在钢护筒的外壁每隔500mm做钢筋加劲箍（钢筋直径可采用14mm左右），钢护筒的长度以穿越淤泥层后进入另一类土层500mm的长度为准。（2）钢护筒吊放下桩孔，校正位置和垂直度。（3）在钢护筒上平平放2~3条槽钢，在在槽钢中间间放一台平平板振动器器，并在旁旁边满堆沙沙袋做配重重（配重的的总重量可可根据淤泥泥层的厚度度考虑，配配重应尽可可能重一些些），沙袋袋最好进行行筒单的固固定，可采采用与钢护护筒加劲箍箍直径相同同的钢筋做做钢筋笼，沙沙袋放在钢钢筋笼内，而而钢筋笼的的竖向钢筋筋又刚好叉叉在护筒壁壁上。（4）开平板振动器器，在平板板振动器的的振动和沙沙袋重量的的共同作用用下，钢护护筒逐渐下下沉并穿越越淤泥层。（5）钢护筒下沉时时的注意要要点。①钢护筒在下沉过过程中一定定要保证垂垂直。②下沉的配重的重重量要均匀匀分布，即即沙袋一定定要均匀堆堆放。③钢护筒必须一次次穿越淤泥泥层，否则则钢护筒会会在淤泥层层的侧压力力的挤压作作用下不能能继续下沉沉。5.在地下水和淤泥泥土层中的的桩身混凝凝土的浇筑筑5.1孔底积水水在抽干孔底水时时，要在抽抽水的潜水水泵上装设设止回阀，保保证提出水水泵时，不不致使抽水水管中残留留水又流入入桩孔内。如果孔内由于地地下水不断断涌入而不不干，将水水泵提上后后，可用部部分干拌混混凝土混合合料或干水水泥铺入孔孔底，然后后再浇注混混凝土。如果孔底水量大大，确实无无法采取抽抽水的方法法解决，桩桩身混凝土土的施工就就应当采取取水下浇筑筑施工工艺艺了。5.2孔壁渗水水对孔壁渗水，不不容忽视，因因桩身混凝凝土浇筑时时间较长，如如果渗水过过多，将会会影响混凝凝土质量，降降低桩身混混凝土强度度，可在桩桩身混凝土土浇筑前采采用防水材材料封闭渗渗漏部位。对对于出水量量较大的孔孔可用木楔楔打入，周周围再用防防水材料封封闭，或在在集中漏水水部分嵌入入泄水管，装装上阀门，在在施工桩孔孔时打开阀阀门让水流流出，浇筑筑桩身混凝凝土时，再再关闭，这这样也可解解决其影响响桩身混凝凝土质量的的问题。6.采用冻结法处理理不利土层层冻结法处理地基基主要技术术内容是利利用人工制制冷的方法法把土壤中中的水冻结结成冰，形形成冻土帷帷幕，用人人工冻土帷帷幕结构体体来抵抗水水土压力，防防止桩孔壁壁的塌陷，以以保证人工工开挖工作作顺利进行行。对于地地下水位较较高，淤泥泥和淤泥质质等不利人人工挖孔桩桩成孔的地地质土层，采采用冻结法法是一个有有效地措施施。对于含含水量大于于10%的任何含含水、松散散、不稳定定地层均可可采用冻结结法施工技技术，土层层经过冻结结能够有效效隔绝地下下水渗入桩桩井孔内。6.1.人工挖挖孔桩冻结结法施工主主要技术内内容冻结法施施工技术核核心是确定定冻结深度度、冻结壁壁厚度、冻冻结方式、冻冻结孔布置置、冻结需需冷量计算算等关键要要素。（1）冻结深度的确确定。为确确保人工挖挖孔时的安安全，需要要采用桩基基全长冻结结。为确保保桩底冻结结止水垫封封水可靠，冻冻结深度需需要超过桩桩底。（2）冻结壁厚的确确定。冻结结壁厚度可可根据桩基基周围地压压值与冻土土抗压强度度按照无限限长厚壁圆圆筒理论进进行计算确确定。1）桩基周围地压压计算。根根据地质水水文情况、土土壤的含水水量，地压压可参照地地质及各种种不利因素素，按悬浮浮理论由重重液公式计计算：P==r×h×A+RW或P=11.3H式中r=土的重重度（kN/mm3）;A=土土侧压力系系数，A=taan(445-φ/2)2H=深深度RW=水压压力取以上两个公式式计算值最最大者作为为最大地压压。2）冻结壁厚度计计算。根据据冻结壁弹弹塑性理论论，按无限限长厚壁圆圆筒计算冻冻结壁厚度度为E=RR{{（au）/[((au)-2pp]}1/22-1}式中R——冻结井壁半径；；（au）——冻土抗压强度；；E——冻结壁厚P——桩基周围地压（3）冻结方式。为为确保工作作面的温度度满足混凝凝土的养护护要求及减减少冻结孔孔的冷量损损失，可采采用局部冻冻结方式。（4）冻结孔的布置置。根据桩桩基开挖时时的孔径及及冻结壁厚厚度的要求求，将冻结结孔布置成成圆筒状，共共分为外圈圈、中圈和和内圈三种种，其中外外圈孔为主主排孔，中中圈及内圈圈孔为桩内内封底孔。现现场为了掌掌握实际的的冻结效果果，需要布布置测温孔孔，测温孔孔应视现场场情况布置置在冻结有有效发展范范围内，并并尽量布在在间距最大大的冻结孔孔附近。（5）冻结需冷量计计算。考虑虑施工期地地区的气候候条件，总总需冷量为为Q=11.15nnsHq式中n——冷冷冻管根数数；S——冷冻管直直径；H——冷冻深度度；q——冷冻管吸吸冷量；6.2施工工工艺流程根据冷冷冻法施工工要求，制制定冷冻法法人工挖孔孔施工工艺艺流程如下下：1）冻结孔施工（包包括冻结打打钻及冷冻冻管安装）。2）冷冻平台搭设设，冷冻机机组安装调调试。3）冷冻管道安装装并开始进进行冷冻期期冷冻。4）桩孔开挖并维维持冷冻。5）下放钢筋笼并并停止冷冻冻。6）浇筑桩基混凝凝土。7）成桩。6.3施工工监测为了了随时了解解冷冻法施施工效果，施施工过程中中应进行以以下几个方方面的检测测；1）冻结制冷系统统的检测，主主要包括盐盐水温度、压压力、运转转效率等几几个方面，根根据检测结结果，随时时调整指标标，以满足足冻结需要要。2）测温孔测温记记录，及时时掌握冻结结的发展情情况。3）桩孔开挖后，及及时检测冻冻结壁的变变形情况，要要求冻结壁壁的变形量量不大于55mm，如如出现意外外情况，必必须及时施施加临时支支护井圈背背板。4）桩基混凝土浇浇筑后，利利用浇筑混混凝土前在在桩内埋设设的温度传传感器，检检测混凝土土的养护温温度，并及及时绘制温温度变化曲曲线，着重重检测孔壁壁和桩底等等位置。5）在承台施工前前，对桩基基混凝土进进行钻芯取取样，根据据钻芯取样样结果最终终判定冻结结法施工桩桩基混凝土土的质量。6.4冻结法法人工挖孔孔法施工特特点1）冻结法施工技技术是利用用人工制冷冷的方法把把土壤中的的水冻结成成冰形成冻冻土帷幕，用用人工冻土土帷幕结构构来抵抗水水土压力，以以保证人工工开挖工作作顺利进行行。2）采用冻结法将将土壤冻结结后可有效效隔绝地下下水入侵，其其抗渗透性性是其他任任何方法不不能想比的的，对于含含水量大于于10%的任何含含水、松散散、不稳定定地层均可可采用冻结结法施工技技术。3）冻土帷幕的形形状和强度度可视施工工现场条件件、地质条条件灵活布布置和调整整，冻土强强度可达5~100MPa，能有效效提高工效效。4）冻结法施工对对周围环境境无污染，无无异物进入入土壤，噪噪声小，冻冻结结束后后，冻土墙墙融化，不不影响建筑筑物周围地地下结构。5）冻结法施工用用于桩基施施工或其他他工艺平行行作业，能能有效缩短短施工工期期。6）采用冻结法施施工，桩井井侧壁不需需下沉钢护护筒，降低低了施工难难度，而且且能有效地地隔绝地下下水，实现现干作业。7.人工挖孔孔桩混凝土土质量缺陷陷的修复人工挖孔桩桩身身混凝土的的密实性，是是保证混凝凝土达到设设计要求强强度的必要要条件。但但由于在桩桩身混凝土土浇筑施工工过程中会会遇到许多多意想不到到的麻烦，诸诸如遇到地地下水、流流沙、淤泥泥质等不利利土层；施施工过程中中对混凝土土水灰比控控制不严；；混凝土的的离析问题题；混凝土土在连续浇浇注过程中中由于城市市交通原因因引起浇筑筑中断等等等，这些原原因都会造造成桩身混混凝土出现现质量缺陷陷。为保证桩身混凝凝土浇筑的的密实性，在在混凝土施施工过程中中除了注意意采用串溜溜筒下料及及分层振捣捣浇筑、控控制浇筑速速度、在有有地下压力力水情况时时，集中足足够的混凝凝土短时间间浇入，以以便领先混混凝土自身身重量压住住水流的渗渗入等等措措施之外，对对于已经浇浇筑完成的的桩出现了了混凝土质质量缺陷，一一般应视桩桩身混凝土土缺陷位置置相对于基基坑底标高高的深度不不同而采取取相应的处处理办法。7.1桩身混混凝土缺陷陷位置相对对于基坑底底标高的深深度较浅所谓桩身混凝土土缺陷位置置相对于基基坑底标高高的深度较较浅是指桩桩身混凝土土缺陷的位位置至基坑坑土方开挖挖设计底标标高的垂直直距离在3~4m内。如如果土层的的土质优良良，这个距距离可以大大一些，如如果土质差差，这个距距离可能还还会小些。只要能沿着桩身身向下开挖挖土方，可可以将缺陷陷混凝土暴暴露出来，并并保证能有有工作面对对有缺陷桩桩身混凝土土进行凿除除，然后重重新浇筑混混凝土进行行接桩处理理，这种处处理方法是是比较有效效和简易的的。对缺陷桩身混凝凝土施工时时要注意几几点：1）对原桩身混凝凝土表面要要做凿毛，在在浇注混凝凝土前应涂涂刷结合剂剂，保证新新老混凝土土的结合质质量。2）接桩采用的混混凝土强度度等级要比比原设计桩桩身混凝土土高一个等等级。3）接桩施工尽量量迅速，在在新浇混凝凝土内适量量掺加早强强剂（水泥泥用量的2%左右）。7.2桩身身混凝土缺缺陷位置相相对于基坑坑底标高的的深度较深深实际上只要遇到到不利的土土层，沿着着桩身向下下开挖土方方后会造成成边坡的塌塌方，现场场条件不能能确保有工工作面进行行混凝土凿凿除和接桩桩施工的均均属这类情情况。如果果不考虑补补桩或在上上部结构上上增加措施施等方法，单单就处理桩桩身混凝土土缺陷的方方法而言，可可采取高压压注浆补强强的方法对对桩身混凝凝土缺陷进进行补强。（1）高压注浆补强强的方法，即即采用风钻钻沿桩身垂垂直钻孔，穿穿越离析层层，然后以以高压注浆浆添补离析析层的空间间。对桩身身混凝土进进行高压注注浆需要事事前确定以以下几个方方面的问题题。1）钻孔位置的确确定。一根根桩截面上上一般要设设三个注浆浆孔位，三三孔按圆内内正三角形形布位，每每个孔距离离圆周边垂垂直距离为为0.5R，（R为圆半径径）。2）高压注浆钻孔孔的孔径。为为了降低后后钻孔对原原结构的影影响，钻孔孔的孔径不不能太大，但但为了保证证水泥浆能能畅通地进进入桩体的的缺陷层，同同时要便于于施工操作作中注浆管管的插入和和进行注浆浆，钻孔的的孔径又不不能太小。如如果选择注注浆管的直直径为255mm，则则钻孔的直直径应该比比注浆管的的直径大55mm，既既采用300mm的钻钻头。3）钻孔深度的确确定。钻进进深度以穿穿越离析层层500mmm为准。4）水泥浆及外加加剂。为保保证高压注注浆能达到到加固补强强的效果，水水泥浆的水水灰比要求求与原混凝凝土的水灰灰比相同。为为了降低水水化热的影影响和减小小水泥