大直径人工挖孔桩离析事故加固设计与施工技术

郭向东

摘 要：人工挖孔桩具有施工方便、承载性能好等一系列的优点，因此被广泛地应用到了工程中。然而在具有较高地下水位的时候，如果一旦施工措施不力就很容易导致桩身混凝土出现离析。在某工程的桩基工程中一共包括三类桩基，也就是抗压抗拔桩、抗拔桩、抗压桩等。在对其进行检验之后发现桩基的桩身出现离析的问题，为此，针对导致其离析事故的原因，采取有效措施对其进行加固设计，取得了较好的施工效果。

关键词：大直径人工挖孔桩；离析；加固设计

中图分类号： TU32.3 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）19-75-2

0 引言

现在各种增强和锚固等施工工艺和加固措施的水平变得越来越高，在处理大直径挖孔桩混凝土离析问题的时候，利用各种检测方法将工程的严重程度、缺陷位置、嵌岩深度和岩性、地质情况等确定下来。随后以桩的受力特性为根据实施桩基加固设计，加固方案除了要能够使桩的耐久性和承载力要求得到满足之外，还要对已施工基桩进行最大限度的利用，严格的控制由于事故而造成的经济损失。

1 工程简介

本工程为山西吕梁离石大土河100万吨焦化工程中的精煤大棚，该工程为一大型储煤设施，原设计结构形式条形基础上部设间距3m的框架柱，柱上部为球型网架结构。该工程于2005年投入使用。该工程东北部分坐落在深杂填土层上，原设计3：7灰土换填深度没有满足实际要求，最终导致该部位产生大面积不均匀沉降，使大棚产生了严重裂缝，影响了工程的正常使用，后经业主、设计院、勘探单位及我方共同研究讨论形成了一套切实可行的改造方案。即在条形基础的下部每一根柱的处置位置做人工挖孔灌注桩，人工挖孔桩的终端深度必须进入持力层1.5m，这样每根挖孔桩的深度将达到20m左右。桩径为1.2m，扩底桩径为2.5m。

2 离析的特点和导致离析事故的原因

2.1 离析的特点分析

首先，该工程事故的特点就是桩身底部离析，其主要与水下浇筑措施不力以及较高的地下水位等具有十分密切的关系。

其次，其中具有60%的桩基混凝土离析部位具有小于两米的厚度，而这一特征将地下水的主要影响范围反映了出来，在不断浇筑桩身混凝土的同时，比较容易保证中上部混凝土的质量[1]。

2.2 导致离析事故的原因分析

通过现场调查和取芯检测结果发现，有下面3个方面的原因导致了该挖孔桩的混凝土离析事故：

首先，过高的地下水位，以及比较落后的降水和排水手段：也就是说太低的排水速度会导致不能够进行半干孔或干孔作业，也无法采用浇注水下砼等工艺开展施工，只能够采用强行浇筑的方式，这样就很容易导致粗骨料和细骨料分离，最终引发严重的离析现象。

其次，混凝土下料口在浇灌的时候与浇筑面之间具有太远的距离，这样就很容易导致骨料与砂浆离析，同时如果没有很好的振捣部分桩身混凝土，也容易导致离析问题[2]。

再次，施工单位忽视了人工挖孔桩的施工质量，没有充分地认识到混凝土浇筑在具有较高地下水位情况下的施工技术，在施工现场没有具备丰富经验的技术人员，或者对工程进度进行片面追求等都是造成离析事故的重要原因。

3 加固思路

在计算和复核桩身出现离析的Ⅳ类基桩的抗拔承载力和抗压承载力之后，对比其设计承载力，最终决定选择如下思路对其实施加固。

首先，如果与原抗拔承载力设计值相比，桩身混凝土完整部分具有较小的抗拔承载力/1.2，这时候应通过桩体内增设抗拔锚杆的方式对其实施加固，以计算承载力特征值/1.2与抗拔承载力的设计值的差值大小为根据将抗拔锚杆的数量和形式确定下来。

其次，如果与原抗压承载力设计值相比，桩身混凝土完整部分具有较小的抗压承载力/1.2，这时候应通过桩体内增设微型钢管桩的方式对其实施加固。要使微型钢管桩在上部完整桩身混凝土、底部完整岩石中分别进入，这样就能够对抗压承载力和抗拔承载力进行有效增强。

最后，如果与原设计承载力设计值相比，桩身混凝土完整部分具有较小的承载力/1.2，这时候在原则上不对其进行处理，为了能够使桩底的密实性得以提升，可以选择高压注浆的方式加强其桩底部分。

4 大直径人工挖孔桩离析事故加固设计和施工

在具体的加固施工中，因为需要在桩内进行二次高压注浆、微型桩和抗拔锚杆施工，涉及较多的施工工艺，因此施工人员需要对加固的设计意图具有深刻领悟，严格按照相关标准进行操作，从而确保获得理想的加固效果。

4.1 大直径人工挖孔桩离析事故加固设计

通过设置桩内抗拔锚杆的方式加固抗拔桩，以现场的施工条件和抗拔承载力差值为根据选择了两种形式：

第一种形式是就是利用直径36mm钢筋作为锚杆主体，其具110mm的成孔直径。以相应的建筑基础设计规范为根据计算其抗拔承载力特征值，也就是280kN。以其承载力差值大小为根据可以将一到两根锚杆设置在每棵桩内；

第二种形式就是选择5根Φs15.2 钢绞线作为锚杆主体，其具有220mm的成孔直径，确定为700kN的抗拔承载力特征值。

采用桩内增设微型钢管桩的方式加固抗拔抗压桩和抗压桩，微型桩具有127mm的钢管直径、10mm的壁厚以及220mm的微型桩成孔直径，其分别具有540kN和750kN设计抗拔、抗压承载力特征值。

4.2 大直径人工挖孔桩离析事故加固施工措施

采用增设抗拔锚杆对既有基桩进行加固的时候，可以对基桩中原钻芯检测孔进行充分的利用，同时以此为基础予以钻孔处理，直到不小于设计锚固长度入中风化岩深度为止。在完成抗拔锚杆成孔之后，将二次高压注浆管以及钢绞线或者主体钢筋放入孔内，直到钻芯孔底。将撑力环设置在抗拔锚杆主体钢筋周围，每个撑力环具有1.5-1.8m的水平间距；需要将对中装置设置在钢绞线上，每隔150cm的距离将一个扩张环设置出来，将导向锚设置在前端。在具体的注浆施工中，第一步要将普通注浆管下放到孔底，然后将微膨胀水泥砂浆灌注进去，直到灌满位置，采用0.2-0.5MPa的注浆压力。在完成低压注浆的24小时之后，选择二次高压注浆管实施高压注水泥浆的施工，采用2.0-3.0MPa的注浆压力。采用微型钢管桩对桩身进行加固的时候，需要在桩心的位置成孔，具有22cm的成孔直径，在达到中风化岩锚固长度后，继续进行20cm的成孔。在完成清孔之后，将碎石放入到底部的20cm的位置，将二次高压注浆管和直径 12.7cm的钢管同时放入进去，在碎石层的顶部放置钢管，在孔底伸入高压注浆管[3]。这样就能够有效的避免中风化岩由于受压作用下的钢管而被切割和破坏的现象。如果在桩身中部出现混凝土离析的问题，这时候就可以将微型钢管桩设置在桩身的上部，然后在承台50cm的部位深入微型钢管，将高强度法兰盘焊接在钢管顶部，这样就能够利用微型桩将上部荷载很好的传到下部完整的桩身上。如果基桩单纯的采用高压注浆进行加固，这时候通过原取芯孔将二次高压注浆管插入进去，使其达到孔底，完成注浆施工之后即可。与此同时，只需要通过低压注浆封堵取芯钻孔针对桩身完好的Ⅱ类基桩进行处理就能够取得较好的效果。

4.3 加固检验

为了对加固设计方案和施工质量进行检验，首先实施了加固试验桩的施工，分别施工了两颗具有220mm和110mm直径的微型钢管桩和抗拔锚杆。为了对是否达到要求的抗拔锚杆的锚固力进行验证，将封闭阀门设置在两种抗拔锚杆上，然后只针对其中的锚固段其施注浆施工，在经过28天的时间之后，对其实施单纯的锚杆抗拔试验，在完成抗拔实验之后再实施其余的注浆施工。直接按照设计方案针对微型桩抗压承载力加固进行施工，在其符合强度要求之后对其实施基桩的抗压静载试验。上述的检测结果显示施工质量和设计方案均符合承载力的要求。在完成全部的基桩加固施工之后，随机地在不同的加固方案中抽取若干实施验收试验，试验结果表明均符合相关要求。

5 结语

人工挖孔灌注桩在具有较高地下水位的时候很容易出现混凝土离析事故，本文提出的加固方案能够使抗拔抗压桩、抗压桩和抗拔桩的承载力不足的问题得到有效解决，而且通过科学合理的施工技术实现了设计思路，通过检验表明采用该加固设计方案具有较高的合理性和安全性，能够很好地解决离析问题，而且还可以对既有桩基进行充分利用，并且在合理的范围内控制加固施工费用。

参 考 文 献

[1] 王帅.浅述人工挖孔桩基础在开工前的组织和技术准备工作[J].黑龙江科学，2016（03）.

[2] 覃海凤.人工挖孔桩在琼中县上安乡什联村崩塌地质灾害治理工程中的运用[J].西部探矿工程，2016（04） .

[3] 王春旭.对建筑工程中人工挖孔桩施工技术的探讨[J].低碳世界，2016（08）.