人工挖孔桩施工技术应用

2010-08-22颜道勇庞天明

山西建筑 2010年18期

颜道勇庞天明

1 工程概况

案例一:青岛杭州支路—鞍山路高架桥工程(K3+528～K4+296)采用φ 1.5 m桩基础,路线跨越公园及居民区,并紧邻医院,原地面以下分布有素填土、亚黏土、中粗砂、花岗岩、煌斑岩、糜棱岩,桩长8 m～15 m,桩端嵌入中风化岩层2 m。

案例二:日照市游泳馆桩基础工程位于日照奥林匹克水上公园内,设计桩径为0.9 m,1.0 m,1.1 m,多为群桩,桩间距较小,原地面以下为回填风化砂、花岗岩、黄斑岩等,桩长10 m左右,桩端扩大且嵌入中风化岩层0.5 m～2 m不等。

2 方案比选

一般嵌岩桩采用冲击钻成孔,但是案例中的两个工程地理位置非常特殊,若采用冲击钻施工,冲击振动力及噪声影响居民生活,开挖泥浆池会对环境造成破坏,泥浆及沉渣处理费用较高,采用人工挖孔桩则可以避免上述问题。挖孔灌注桩适用于地下水位以上的黏性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。在挖孔过程中,能够清楚的了解地质变化情况,验证设计的科学性、准确性,做到发现问题及时解决。挖孔桩也存在缺点和局限性,当地下水位较高,有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的流塑状淤泥、淤泥质土层均不宜采用挖孔桩施工。人工挖孔桩孔径在0.8 m～2.5 m之间为宜,孔深不宜大于30 m。

3 施工方案

1)施工程序。平整场地→施工放样→准备施工机具→桩孔开挖→清理桩孔周壁→校核直径和垂直度→护壁混凝土施工→继续下挖→确定入岩高程及桩底高程→清理孔底→安装钢筋笼→隐蔽工程验收→灌注桩芯混凝土。

2)施工准备。平整场地,进场后确保施工现场“三通一平”。根据控制点利用全站仪放样,定出桩位。开挖前,清除桩基周围的一切不安全因素,在桩位四周做好临时防护措施及警示标志。检查人力绞车或电动葫芦,必须保证提升设备使用方便、灵活,吊绳、吊斗安全系数不小于3。

3)桩孔开挖。挖孔的顺序视地质情况及桩孔布置形式而定,当桩净距小于2.5 m时,应采用间隔开挖。相邻排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5 m。留好出土道路,弃土地点应离孔边1 m以外,出土数量影响施工作业时,组织人力机械及时清运。

在挖孔过程中,随时记录地质变化情况,与地质剖面图进行对比,如果与地质资料不符,应及时通知地质勘测单位,确定入岩高程及孔底高程。每进尺1 m,用孔规测量孔壁,以保证桩径。用垂球测量垂直度,保证桩孔垂直,挖孔的倾斜度不大于孔深的0.5%。

孔底遇到岩层须爆破时,须编制爆破专项方案。挖孔桩爆破是在一个自由面条件和一定圆形断面形状下进行,岩石夹制作用力大,需用分层、掏槽方式进行爆破,严格控制炸药用量并在炮眼附近加强支护。炮孔直径可选择40 mm～42 mm,孔距0.4 m～0.5 m,炮孔深度视需要确定。周边孔向孔壁外侧倾斜 3°～4°,掏槽孔沿孔面向圆心倾斜7°～8°,中心孔垂直于孔面。

挖孔至设计高程后,进行孔底处理,做到平整,无松渣、污泥等软层。如地质复杂,用钎探了解孔底以下地质情况是否满足设计要求,否则应与勘察、设计单位研究处理。

4)孔壁支护。为了保证操作安全,挖孔桩多采取分段挖土、分段护壁的方法施工。一般可安装木框架、竹篱、荆条、预制混凝土井圈支护,或采用现浇混凝土护壁,遇到超过2 m的流砂层时也可安装钢护筒支护。如果设计混凝土护壁作为桩身的一部分,其混凝土强度不得低于桩身混凝土强度。

分段现浇混凝土护壁厚度,一般取受力最大处,即地下最深段护壁所承受的土压力及地下水的侧压力之和,设护壁厚度为t,可按下式计算(见图1):

无地下水时 p=γ Htg2(45°-φ/2)。

有地下水时 p=γ htg2(45°-φ/2)+(γ-γw)(H-h)tg2(45°-φ/2)+(H-h)γw。

其中,N为作用在护壁截面上的压力,N/m,N=pD/2;p为土和地下水对护壁的最大总压力,N/m2;γ为土的重度,kN/m3;φ为地基土内摩擦角;γw为水的容重,kN/m3;H为挖孔桩护壁深度,m;h为地面至地下水位深度,m;D为挖孔桩(或圆形构筑物)外径,m;fc为混凝土的轴心抗压强度设计值,M Pa;K为安全系数,取 1.65。

一般情况下,护壁混凝土厚度不小于10 cm,为安全考虑可配置直径不小于8 mm的构造钢筋,竖向筋应上下搭接。

5)挖孔桩的混凝土工程。a.护壁混凝土工程。在较稳定的土层中,护壁高度取1.0 m。当通过强透水层时,每段高度可控制在0.3 m～0.5 m左右,并随挖、随验、随灌注混凝土。如果含水量丰富、出现流砂时,需采取有效的降水措施,在钢筋外塞稻草以挡泥砂流出。护壁采用密实早强的1 cm细石混凝土,坍落度3 cm～5 cm。护壁模板拆除应在灌注混凝土24 h之后,发现护壁有蜂窝、漏水现象时,应及时补强。b.桩芯混凝土工程。浇灌桩芯混凝土前,把孔内积水抽干,以保证桩芯混凝土质量。通知监理进行隐蔽工程验收,并留取影像资料及岩样以备后查。

混凝土经过串筒而到达浇筑面,其自由落下的高度应不大于2 m,否则会造成混凝土离析,影响混凝土的质量。桩芯混凝土坍落度控制在10 cm左右,由孔下操作人员用插入式振动器分层振捣,分层厚度30 cm左右,插入下层混凝土50 mm～100 mm,移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍,并且做到“快插慢拔”,每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒。每个桩的桩芯混凝土必须一次连续浇灌完毕,不留设施工缝。桩芯混凝土一般应高出桩顶设计高程0.5 m左右,待检测时凿除。孔内积水较深时,也可采用灌注水下混凝土的方案施工。

6)桩基检测。桩基一般采取无破损法检测,案例一由青岛市勘察测绘研究院采用小应变检测,案例二由日照市质监站采用抽样取芯、超声波和小应变检测相结合的方式,桩基检测率均达到100%,桩基质量全部达到Ⅰ类桩标准。

4 安全措施

1)孔下人员必须佩戴安全帽、安全带、安全绳。孔内需设置应急软爬梯供人员上下,使用的电动葫芦、吊笼等需安全可靠,并配有自动卡紧保险装置,不得脚踏孔壁凸缘上下。孔口不得堆集土渣及沉重机具,机动车辆的通行不得对孔壁安全造成影响。相邻两孔中,一孔浇筑混凝土时,另一孔的挖孔人员应停止作业,并撤出井孔,以防在较大侧压力下土体失稳而坍塌。挖孔暂停施工时,孔口应设置标志及牢固的罩盖。

2)施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须遵守现行行业标准JGJ 46-2005施工现场临时用电安全技术规范规定。

3)孔内产生的空气污染物超过现行GB 3095-1996环境空气质量标准规定的三级标准浓度极限值时,必须采取通风措施。挖孔深度超过10 m时,应采用机械通风,风量应大于25 L/s。当使用风镐凿岩时,应加大送风量,吹排凿岩产生的石粉。

4)做好爆破试验工作,合理调整爆破参数,确保爆破质量和爆破安全。爆破前,应仔细检查周边设施,配合相关方做好保护。每次下孔作业前,应先将炮烟排净,孔壁支护完好、不出现塌方的情况下,方可下孔作业。孔内严禁带电作业,爆破时孔口用铁栅和炮被覆盖。设警戒范围和警戒点,指挥员、起爆员、警戒员用警哨协调配合,按信号起爆。