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人工挖孔灌注桩的质量通病及防治 摘要：通过各种条件下人工挖孔混凝土灌注桩施工中出现的问题，提出防治措施。 0 前言 桩基础是公路桥梁和其它建筑物重要的基础形式之一，桩是埋入土中的柱状体，它与承台一起组成桩基础，一个承台下可以是单桩也可是多桩。桩即承受竖向荷载，也承受水平荷载，它将上部结构荷载传递到地下深层，从而支撑上部结构的各个方向的所有受力。实践证明，它是一种极为有效、安全可靠的基础形式。 桩基础按成桩方法可分为打入桩、灌注桩。灌注桩又可分为非挤土灌入桩、部分挤土灌入桩、挤土灌入桩三类，非挤土灌入桩按成孔方法可分为机械成孔与人工挖孔两种。本文主要介绍人工挖孔灌注桩在施工中出现的质量问题与防治措施。 1 人工挖孔桩的优越性 由于人工挖孔灌注桩具有设备简单，劳动力便宜，造价低廉；人工挖孔能避免由机械成孔时产生的振动需跳跃式施工的弊端，故可多孔同时作业，可大大提高成孔速度；同排桩可同时施工，为下道工序施工提供便利；无振动、无噪声，有利环保；适于埸地狭窄，钻机不易到位的工程；孔形易于检查，孔底虚土易于清除干净，还可视土质随意改变孔深，并可任意扩大孔底，能保证成孔质量，提高单桩承载力；人工成孔灌注桩上部混凝土可采用振捣方法，能提高混凝土的密实性和强度，有效避免因浇注桩顶混凝土落差小，易造成桩上部缩径、混凝土强度低等弊端。由于人工挖孔有以上优越性，在具备人工挖孔条件的施工现场，人工挖孔较为普遍。 人工挖孔灌注桩宜在无地下水层，或有水，但能用一台水泵就能抽干的情况下采用此种成孔方法，或在不便使用机械成孔时采用。近几年，一些施工单位在较好的地层情况下采用人工挖孔；或浅层采用人工挖孔，深层采用机械成孔；在处理断桩时采用人工挖孔也是一种好的方法。有时由于施工原因造成断桩，不采用原桩位成桩属工程事故，经技术方案和经济比较，采用人工成孔方法进行接桩是一个有效途径。 2 人工挖孔易出现的问题 由于各种原因，人工挖孔灌注桩存在许多通病，应引起各方应有重视。现就以下几方面谈谈我们的粗浅看法。 ⑴护壁混凝土强度直接影响着桩基础的承载能力 一般施工单位认为护壁的作用仅仅是保护孔壁不坍，对护壁混凝土不做严格的配比设计，而且在施工中又不做严格的振捣造成护壁混凝土强度极低。从作用力角度考虑，对摩擦桩来说，上部荷载的传递是通过护壁砼来传递到地基上的，虽然护壁混凝土在计算桩径范围外，但是桩的所有荷载都是通过护壁混凝土来传递的。这样如果遇强度较大的土层，如砂砾石层、岩层等将造成两硬夹一软的情况，嵌岩桩或摩擦桩基础受到横向推力产生弯矩时，极易将低强度混凝土的护壁混凝土挤碎，摩擦桩基础受到竖向力时，也有可能将护壁混凝土剪切成碎块。这就会由于护壁混疑土强度低而降低桩的承载力。 ⑵护壁混凝土与周边土层的密贴程度直接影响灌注桩的承载能力 因为桩的荷载是通过护壁混凝土传递到土层上的，所以护壁混凝工与周边土基的密贴程度——护壁混凝土的荷载传递能力是必须考虑的。人工挖孔在遇到地下水渗流严重的土层，易造成护壁崩塌，或土体失稳塌方；挖孔时遇有流砂层或地下水压较大时，护壁底部土层易突然失去稳定，泥土随水急速涌出，产生井涌，使护壁与土体脱空，或形成不规则孔形。在护壁混凝土与周边土基之间造成空洞时，此时摩擦桩已经极大地降低了桩的摩阻系数，必然降低挖孔灌注桩的承载能力。 ⑶护壁混凝土遭破坏影响桩身质量和侧阻力的发挥 人工挖孔如遇地下水，需边挖边抽水，致使地下水下降，护壁易受到下沉土层产生的负摩阻力作用，使护壁产生拉力，可使护壁产生环向裂缝。如果护壁承受周边不均匀土压力的作用，可产生弯矩和剪力，护壁可能产生垂直裂缝。桩身混凝土浇注完成后，护壁和桩身混凝土形成一体，护壁是桩身的一部分，护壁裂缝和错位必将影响桩身质量和侧阻力的发挥。 ⑷混凝土灌注桩本身质量是影响桩承载能力的又一重要因素 机械成孔混凝土灌注桩采用导管浇注方法，混凝土通过管内与管外压差达到不离析，均匀密实的效果。在实际施工中，有的施工单位在浇注人工挖孔桩时往往不使用导管浇注混凝土，极易使浇注的混凝土产生离析，加之振捣不力，如采用的混凝土坍落度较小时，混凝土的密实性极差，必然降低桩身混凝土强度，影响桩基承载力。 ⑸安全生产隐患丛生 由于人工挖孔施工人员一般素质较低，安全生产意识淡簿，工作中怕麻烦，护壁施工不认真，护壁混凝土时做时不做，或只做上层的护壁，不做下层护壁，遇有砂层，或其它易坍塌土层孔壁极易坍塌产生涌砂，施工人员被埋入砂中不易抢救而死亡。还有的进孔前和施工中不注意往孔内输气，由于孔内缺氧，极易造成人员伤亡事故。 3 防治措施 为解决人工控孔混凝土灌注桩的施工质量问题和安全生产问题，应注意以下防范措施。 ⑴人工挖孔开工之前，必须制定详细施工方案，报批后方可开工。方案批准后，首先做好桩基中心放样工作，在每个桩基周围沿桥纵向和横向确定四个护桩，护桩位置以便于施工中对桩基位置复核为原则确定。护桩用混凝土固定保护，并经监理工程师复核签认，以确保桩位正确。 ⑵做好孔口围护很重要。对陆上桩首先要平整场地，清除地面或坡面危石浮士；桩基在山地坡面时，如有裂缝或坍塌迹象者，需加设必要的保护，铲除松软土层并夯实，孔口四周挖排水沟，及时排除地表水，搭好孔口雨棚，以防雨水流入孔内；安装提升设备，布好出渣道路；合理堆放材料和机具，保证不增加孔壁压力，不影响施工为原则。 对浅水桩必须先筑岛。筑岛前要先清除河床杂物，筑岛时自上游向下游填筑；筑岛尺寸视水位和现场地形而定，高度要高于施工水位，在岛的周围要堆放一圈装满河卵石的石袋做防护。 在孔口周围用混凝土做一框架，高度要高出地面20cm—30cm，防止土、石、杂物滚入孔内伤人；如孔口地层松软，须在孔口用混凝土护壁，高度不小于2m，以防孔口坍塌；如孔口地层有较大渗水量时，应用井点法降低地下水位；位于施工便道旁的桩基，应在孔口旁用木料或钢材做成护拦加以围护，并安设警示红灯。 ⑶做好支撑与护壁非常重要，特別是桩孔较深、地质条件复杂或地下水较大时，孔内应采用混凝土护壁。护壁混凝土必须从孔位开始，按地质稳定程度决定一次浇注护壁高度，地质条件好的，每挖深1m，做一层护壁，下挖一层。地层条件差的砂层、粉砂土层、砂砾层时，宜采用每挖0.3—0.5m为一掘进护壁段，连续抽水，快速掘进、快速护壁，并随时观察地下水及土层的沉降情况，发现下沉要停止抽水并采取应急措施。地质情况较好的护壁厚10―15cm，较差地层应采用20cm厚的钢筋混凝土护壁，一般纵筋采用42Ф14，环筋采用4Ф8。每掘进一段后，先挷轧钢筋，再安装钢模板，根据桩中心校正模板，确保桩径尺寸和桩位正确。浇注混凝土时，从四周均匀浇入，并用钢筋捣实，每节护壁必须在当日施工完毕，拆模后发现有漏水或不规整的部位，要及时补强修正。如遇弱化石层可不做护壁。如遇处理断桩而需采用人工挖孔，且需挖孔很深时，护壁混凝土的厚度可适当增加。护壁形状有外齿式和内齿式两种〔见下图〕，上下节护壁的搭接为50―75mm，外齿式的节间有一小台阶，可增加桩的侧阻力。护壁混凝土应采用与桩身混凝土相同强度配比。非稳定地层挖孔，可采用钢筒护壁，用超重、强力、高频振动冲击器，快速打入钢护筒突击挖孔。个別孔段可采用施喷注浆法，将不稳定层固结后再行掘进。 ⑷挖孔是人工成孔的主要工序，应视土层性质及桩孔布置而定。土层紧密，地下水不大者，一个墩台基础下所有桩孔可同时开挖，便于缩短工期；渗水量较大的孔，应超前开挖，集中抽水，降抵周围孔的水位。土层松软、地下水较大的孔位，宜对角开挖，采用成梅花形开挖宜先挖中孔，避免孔间间隔层太簿造成坍塌。 在挖孔掘进中如遇流砂层出现涌砂、坍塌时，可采用C15-C20砂浆或砂袋及时回填空虚地段，并加固护壁确保安全。 在挖孔过程中，须经常检查桩孔尺寸和平面位置，孔位、孔深必须符合设计要求。控孔时如有水渗入，应设法排出，并及时支护孔壁，防止水在孔壁浸泡、流淌，造成坍孔。 孔底达设计高程后，要清除孔底松土、沉渣、杂物；如地质复杂，应用钢钎探明以下地质情况，报经监理同意后才能浇注混凝土。 人之挖孔桩须及时填写人工挖孔记录，在土层变化处取士样，判明土层土质，以便与地质剖面图核对。 施工过程中加强监督，严格控制，避免偷工减料的事件发生，将各种质量事故和安全伤亡事故消灭在萌芽阶段。 ⑸人工挖孔如遇软、硬岩石或孤石，须在孔内爆破施工。孔内爆破必须打眼放炮，严禁祼露药包。软岩石炮眼深度不宜超过0.8m，硬岩石炮眼深度不宜超过0.5m。炮眼数目、位置和斜插方向，应按岩层断面方向确定，中间一组集中掏心，四周钭插挖边。 用药量以松工为主，严格控制。头包眼附近的支撑应加固或设防护措施，以免炸坏孔壁支撑引起坍孔。有水眼孔要用防水炸药，尽量避免瞎炮。孔内放炮后须迅速用高压风管或电动鼓风机从底吹风排烟，促进空气对流。当孔深大于12m时，每次放炮后立即测定孔内有毒气体浓度。无仪表检测时，可用政感性强的小动物吊入孔底验证，确认安全后人员方可下孔施工。 起爆体、起爆管和炸药包的保管、加工，一定远离生活区，加工操作一定符合安全条件。雷管检测工作台台面要铺设防静电的软垫，每个工作台的雷管数量不宜过多。压扁、破损或锈蚀的雷管不能使用。炸药均需用电雷管引爆。 每次爆破后，必须按规定认真检查爆区有无盲炮。如有盲炮发生或怀疑有盲炮时，立即报告并按安全规程处理。不能处理的盲炮，应在附近设立明显标志，并采取相应安全措施。确认为爆破网路引起的盲炮，可重新联线起爆；在盲炮孔附近投放裸药诱爆。 ⑹在挖孔达到设计要求深度后，对孔位、孔形、孔径、孔深及地质情况进行认真检查，如发现地质情况与设计不符时，应及时报告，各方确认桩基础承载力符合设计要求时，才算终孔。 ⑺在浇注混凝土之前，必须进行孔底处理，将放水浸泡的基底软层凿除。基底必须达到平整、无松渣、无污泥和沉淀等软层。 当孔内水量较大时，采用水下混凝土灌注法。当孔内无地下水时，采用干性混凝土灌注法；为保证桩身混凝土质量，浇注时务必使用导管进行浇注，导管底部距孔底不大于2m，每灌注0.5—0.6m用振捣棒振捣密实；混凝土一定要连续浇注。 ⑻施工中一定要抓好安全生产，经常检查挖孔护壁施工安全生产落实情况，人员下井前一定输气，保证孔中有足够的新鲜空气。要保证井下施工工作面有足够亮度，宜采用36V低压防水灯照明。对提取土碴吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具，要经常检查，保持良好状态。要求施工人员时刻注意土层变化，发现不稳定土层，及时汇报，提出安全措施后，再继续施工。 ⑼在特殊地质条件下〔如断桩处理〕采用人工挖孔施工方法，要控制施工进度，一是地下水不能降的太快，也不能因水影响施工；二是没有作好护壁，不能继续下挖，一点不能马虎，护壁内径要等于和稍大于原设计桩径；三是一定要将断桩凿到位，保证断桩头的混凝土见到新茬；四是断桩头要清除干净，保证新旧混凝土连接好。