大直径人工挖孔桩施工质量控制探讨

邓 华 （厦门大学嘉庚学院土木工程系，福建 漳州363105）

颜冬良 （厦门市土地开发总公司，福建 厦门361000）

人工挖孔桩是通过人力挖掘地基成孔，然后在孔内放置钢筋笼，再浇筑混凝土而形成的桩。随着工程经验的积累和理论研究的深入，人工挖孔桩的设计、施工和成桩工艺日趋成熟。随着城市化进程的加快，全国各地兴建了许多高度超过100m的大楼，这些大型建筑物对桩基的直径要求不断提高，于是大直径的人工挖孔桩被大量运用于这些建筑工程，国内有记录的人工挖孔桩的直径为5m，其深度超过50m。随着大直径的人工挖孔桩桩的尺寸和深度的增加，其成桩质量控制比普通桩更加复杂［1］。为此，笔者对大直径人工挖孔桩施工质量控制进行了探讨。

1 大直径人工挖孔桩的特点

1.1 应用范围广

大直径的人工挖孔桩桩径可从2.0～5.0m及以上，单桩承载力可超过10×104kN以上，可用于体量和荷载庞大的高层或超高层建筑［2］。另外，由于桩径大、桩身刚度大，能承受较大的横向荷载，所以除了大量用作承重桩外，还被用作坡地抗滑桩和堤岸支护桩，所以人工挖孔桩的应用范围很广。

1.2 承载力大，布桩容易

在建筑施工中，当一些中小承载力的桩基无法布桩时，大直径人工挖孔桩可以做到一柱一桩，也可以根据设计要求挖到中风化或微风化岩层中，还可以做成扩大头。一般情况下，单桩荷载越大，采用大直径人工挖孔桩的优越性越大，如20世纪80年代深圳地区35层以上的高层建筑多采用大直径人工挖孔桩作为基础［2］。

1.3 可准确掌握桩身土层地质情况

在大直径人工挖孔桩施工过程中要人工开挖所穿过土层，所以土层和桩端持力层的岩土工程性质、地下水情可以直接暴露，这样可以直接取土样进行物理力学实验，同时大直径桩基提供的空间也方便进行原位测试，从而为施工质量控制提供准确资料。

1.4 造价相对低

人工挖孔桩以人力作业为主，采用的机械设备较少，所以综合造价相比其他桩型要低。

2 施工过程中的质量控制

2.1 成孔阶段

在大直径人工挖孔桩施工过程中，除了遵循普通灌注桩在桩孔开挖的施工规范外，尤其要注意地下水的处理。因为一般大直径人工挖孔桩的桩身长度都会穿越含水层，此外大直径人工挖孔桩一般可容纳多人同时在坑内作业，如果不处理地下水，可能会出现坑底突涌、流沙、管涌和水淹等现象，造成人员伤亡和财产损失，因而地下水控制是大直径人工挖孔桩施工中成孔阶段的关键所在。具体处理方法如下：当地下水水量较小时，选用小型潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑混凝土护壁，然后继续下一段的施工；当地下水较丰富时，应把整个工程的挖孔桩分成若干批次进行开挖，应将其中部分根桩开挖得深一些，使其起集水井的作用。当挖孔需穿越厚度较大且地下水丰富的粗砂层或砂砾石层时，可考虑采用井点降低地下水技术［3］；当地下水水压和渗水量很大时，可采用导管注浆处理孔壁，浆液为水泥－水玻璃双液浆等化学浆液，由此阻隔地下水向桩孔内的渗入［4］。在安全控制方面，在施工过程中必须配备专职安全监督人员，随时检查护壁的支撑情况、卷扬机和吊桶的固定情况等。孔内施工人员必须佩戴好劳保用品，且应随时和地面人员保持联系，如出现异常情况应立即停止施工，撤离安全区，待检查无危险后再进行施工。

2.2 桩身施工阶段

1）钢筋安装 大直径灌注桩钢筋笼尺寸超大，即使分节吊装，钢筋笼的重量也超过数吨，因而吊装时对吊车的要求高，需要多人协调配合。为此，可以先在桩孔内布置纵向箍筋，然后吊放和绑扎纵向钢筋，对钢筋连接可采用机械连接。

2）混凝土浇筑 由于混凝土凝结和硬化过程中水化反应产生的水化热会引起巨大的内应力，使混凝土产生裂缝，这对桩身的承载力和耐久性都有非常严重的影响［5］。因此，在大直径人工挖孔桩混凝土浇筑过程中，主要应解决大体积混凝土的水化热问题，具体处理方法如下：针对混凝土原材料，应选择水化热低的水泥，且适当添加外加剂，这样可从源头控制水化热的产生；在混凝土浇筑阶段，应选择适当的浇筑工艺，一般可采用在桩身内部安装冷凝水管的方式，即在桩中心预埋相互连通的镀锌钢管作为冷却系统，冷却水管和钢筋架绑扎固定，当测量桩中心、桩周边的砼温差达25℃时，马上启用循环水冷却系统，通过降低桩芯砼温度来有效避免温度裂缝的产生［6］。

3 应用实例

3.1 工程概况

厦门杏林湾11＃楼是高度超过200m的超高层建筑，施工场地地下水埋深为0.2～1m，埋藏较浅，属于潜水，对混凝土无腐蚀性，对钢筋在长期浸水条件下无腐蚀性，但在干湿条件下有一定腐蚀性。场地地层岩性分布概况表如表1所示。该工程主要特征如下：①桩径3～4m，属于超大直径，要求桩身达到微风化花岗岩持力层 （处于施工地面以下30～45m），属于超长危险性较大桩基分部；②单桩承载力高，最大达70000kN；③钢筋笼尺寸大，重量约15t；④地下水位高，受地下水影响大。

表1 土层分布概况表

3.2 施工质量控制措施

1）地下水控制 该工程在施工初期地下水不大，采用潜水泵抽水，随抽随挖，开挖一段后及时浇灌混凝土护壁。随着施工过程的进一步深入，地下水逐渐增大，此时采用井内潜水泵抽水、周围桩孔同时施工并采取交替循环施工的方法，最终减少孔内涌水量，使得桩孔顺利开挖。当开挖至桩底设标高时，为防止底部涌水，进行混凝土 （厚400mm）封底堵水施工。由于孔壁渗漏水影响桩芯混凝土的浇灌质量，对出水量较大的孔安装泄水管并装上阀门，在施工桩孔时打开阀门让水流出，再浇筑桩身混凝土时再关闭阀门。

2）钢筋笼安装 结合该工程的特点，对比分析孔内安装钢筋笼与基坑内安装再调运的方案后，认为孔内安装钢筋笼的方法更具有优势，其具体施工流程如图1所示。

图1 大直径钢筋笼安装流程图

3）混凝土浇筑 首先，采用专门配制的低水化热混凝土来解决水化热问题。其次，再浇筑作业中保证混凝土供应的连续性和浇筑过程的不间断性，由此保证桩身完整性。最后，在浇筑过程对混凝土应加强振捣以增强混凝土的密实度，从而达到防水的目的。此外，对混凝土的养护一般采用蓄水养护的方法。

3.3 施工质量检测

桩身混凝土浇筑养护完毕后，利用超声波和钻芯法检验桩芯混凝土的质量。采用超声波可以检测桩基的完整性和混凝土的均匀性。采用钻芯法可以检验桩基混凝土强度、桩底混凝土与基岩接触情况、沉渣厚度、持力层、施工桩长等是否满足设计要求。经超声波和钻芯法检验，该工程桩芯混凝土的质量全部合格，均为Ⅰ类桩，桩身成桩质量良好。

4 结 语

大直径人工挖孔桩由于直径大、桩身长、承载力高，可作为体量庞大的超高层建筑的基础，其有别于普通人工挖孔桩，所以在施工阶段应特别注重其质量控制过程：针对成孔阶段的地下水控制，提出在不同水量情况下的施工控制对策；针对钢筋笼施工质量控制，建议采用孔内安装的办法来控制钢筋笼安装质量；在混凝土浇筑阶段，应注意选用水化热低的混凝土以避免桩身出现裂缝的现象。此外，为保证桩身整体性，建议对桩身混凝土应一次不间断地浇筑成型。

［1］郭勇 .人工挖孔桩承载力影响因素及质量控制研究 ［D］.西安：西安建筑科技大学，2011.

［2］赵程勇 .人工挖孔灌注桩的质量控制和工程检测实践 ［D］.武汉：武汉理工大学，2010.

［3］《建筑施工手册》编写组 .建筑施工手册 ［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005.

［4］林志军 .浅谈大直径人工挖孔桩施工控制 ［J］.福建建筑，2010，17（6）：24－26.

［5］黎明 .人工挖孔桩施工过程中存在问题的处理方法 ［J］.山西建筑，2006，32（2）：123－124.

［6］李敏建，邵泉 .广州新电视塔3.8m大直径人工挖孔桩桩混凝土水化热分析 ［J］.广州建筑，2010，38（4）：37－40.