人工挖孔抗滑桩施工中的常见问题与预防措施

2021-04-01曾安怀汤立文韦兴标

西部探矿工程 2021年5期

曾安怀，汤立文，韦兴标

（广西水文地质工程地质勘察院，广西柳州545006）

人工挖孔灌注桩是指采用人工挖土、凿岩成孔，然后安放钢筋笼，灌注混凝土成桩。人工挖孔灌注桩具有单桩承载力高、结构受力明确、沉降量小；可直接检查桩直径、垂直度和持力层情况、桩质量可靠；施工机械设备简单，成孔工艺操作简便，占用场地小；施工无振动、无噪声、无泥浆污染环境，对周边建筑无影响等优点，因此在建筑施工设备高度机械化的时代仍有一席之地。而人工挖孔灌注桩用于基坑支护时称其为基坑支挡桩，人工挖孔灌注桩用于滑动边坡的支挡桩时则称其为抗滑桩，主要承受滑坡体上部滑动土体的水平推力，尤其是人工挖孔抗滑桩设计为方桩时，具有较好的抗剪能力和较大抵抗滑坡体水平推力。在滑坡治理工程施工中，人工挖孔抗滑桩多设置在山坡或台阶上且与当地村民住房近距离较近、施工现场狭窄，旋挖钻机等大型施工机械设备无法进场施工，仅依靠空压机提供动力，采用风镐掘进成孔，局部孔段基底岩石坚硬时，采用水磨桩掘进基底岩石成孔。我院自2003 年起承担滑坡地质灾害治理工程施工以来，相继完成南宁市城南生活垃圾卫生填埋场滑坡应急抢险工程（下称“项目1”）、梧州市狮卧山原铅笔厂后山地质灾害综合整治项目二期工程（下称“项目2”）等工程施工，完成了悬臂式或后锚式人工挖孔抗滑桩的施工，取得了良好经济效益和社会效益，结合工程生产实际情况，总结人工挖孔抗滑桩工程施工经验与教训，为开展今后人工挖孔抗滑桩工程施工中积累一些施工经验，同时为同仁在人工挖孔抗滑桩工程施工中提供借鉴。

1 人工挖孔成孔过程中常见的事故与预防措施

1.1 桩位偏差大及其预防处理措施

1.1.1 桩位偏差大的原因分析

（1）测量定桩位的原因：测量放样时，桩位偏差较大的原因是测量仪器未校正或校正过期，测量定桩位时，出现系统误差。

（2）桩孔施工过程中，因运输材料和设备的车辆碾压而造成桩位偏差大。

（3）开挖前没有拉线，引出控制点；或桩孔遭遇障碍物，造成控制点破坏，而测量未能及时校正第一模钢筋混凝土护壁。

（4）在支撑钢模时，未按照规定拉控制点的十字交叉线，吊线校正钢模，积重难返，造成桩孔倾斜度超标。

1.1.2 桩位偏差大的预防措施

（1）桩位偏差大的预防措施：测量工程师应使用校正后测量仪器施测，避免出现系统误差；同时应严格控制测量误差，测量误差应控制在20mm以内。

（2）桩孔开挖前，应设置桩位控制点，并确保桩位的准确；在桩孔开挖过程中，应注意保护控制点。

（3）在桩孔开挖过程中如遭遇浆砌石挡墙等障碍物时，开挖会造成桩位偏差大时，在第一模钢模时，应采用测量仪器校准桩位。

（4）在支撑钢模时，应按照规定拉控制点的十字交叉线，吊线校正钢模；由专人检查桩孔垂直度，避免出现“积重难返”的现象。

1.2 桩孔倾斜及其预防处理措施

1.2.1 桩孔倾斜的原因分析

（1）在挖孔过程中，作业人员未按照施工要求拉控制点的十字交叉线，洒线标明桩孔直径进行开挖，挖孔直径控制不严。

（2）虽拉线、洒线标明开挖桩直径，但桩孔开挖不垂直；支撑模板前，未拉控制点的十字交叉线、吊线校正桩孔的垂直度，也不吊线修整桩孔；支撑护壁混凝土模板时，未认真校正钢模，积重难返，造成桩孔倾斜度超标。

（3）地层复杂或地下水原因：施工场地内存在粉砂且地下水丰富，桩孔开挖过程中，因不断抽排桩孔内积水，出现“流砂或流泥”现象，而造成桩孔坍塌，挖掘成孔困难，桩孔开挖不垂直。

1.2.2 桩孔倾斜的预防措施

（1）开挖桩孔前，应采用钢筋制作的圆环和十字架的定位圈放出桩孔开挖线，或在桩位以外设置定位龙门架，支撑护壁模板时，必须用桩中心校正模板位置，并由专人负责。

（2）桩孔中心线应与设计轴线保持一致，桩孔中心线与设计轴线偏差不得超过20mm。

（3）在桩孔开挖过程中，应经常采用吊锤吊线检查桩孔的垂直度，如发现桩孔开挖偏差过大时，应立即纠偏；每次支撑模板时要求以顶部中心的十字圆环为准吊线一次。

1.3 桩孔坍塌及其预防措施

1.3.1 桩孔坍塌的原因分析

（1）人工挖孔抗滑桩多设置在边坡失稳的中下部位，边坡变形严重，出现裂缝或崩塌现象，多为滑坡堆积层，地质条件复杂，如项目1中坡面出现大面积裂缝或崩塌现象。

（2）滑坡地质勘查时勘查钻孔少，出现突发情况，而人工挖孔抗滑桩施工方案考虑不周全，施工准备不足。

（3）场地内地下水丰富，预防措施不当，造成孔壁坍塌，成孔困难。

（4）桩孔遭遇流砂或流泥，预防措施不当，护壁不及时，造成孔壁坍塌，如项目2 中，桩孔遭遇流砂或流泥，前期准备不足，护壁困难。

（5）桩孔钢筋混凝土护壁坍塌的主要原因：在项目1 中，抗滑桩单号桩已全部开挖完毕，因浇筑桩身混凝土顺序由两端往中间进行浇筑，因中间桩孔所受滑坡体水平推力较集中，15#桩钢筋混凝土护壁损坏，发生桩孔坍塌。

1.3.2 桩孔坍塌的预防措施

（1）人工挖孔抗滑桩须有详细的工程地质勘察与水文地质报告，重点查明场地内滑坡堆积层厚度、滑带土分布、滑坡面潜在位置及场地内水文地质条件，以便事先采取有效预防桩孔坍塌措施。

（2）人工挖孔抗滑桩必须采取“隔桩跳挖法”进行开挖，能有效预防桩孔坍塌。

（3）当桩孔遭遇丰富上层滞水、地下水，出现流砂或流泥时，应在流砂或流泥等复杂地层中打入Ø16mm以上的短钢筋，保护孔壁；也可将每节护壁高度减少小到30～50cm，并随挖、随检、随灌注混凝土护壁。

（4）雨季施工，孔口应设置高出地面20～30cm 的钢筋混凝土护圈，预防雨水流入桩孔内，同时开挖明沟排水，保持施工场地无积水。

（5）对于地下水丰富、水量大、易坍塌的地层，除预防护壁横向坍塌外，还应防止竖向护壁脱节，上下相邻两节护壁应增加纵向钢筋的连接。

（6）桩孔遭遇坍塌严重时，还可采用预制混凝土管，采用沉管方式埋设、跟管挖掘成孔。

（7）保护钢筋混凝土护壁，避免桩孔坍塌：

①护壁的厚度、拉接钢筋、配筋和混凝土强度均须符合设计要求；

②发现护壁蜂窝、漏水现象时，应及时修复；

③合理安排桩身混凝土浇筑顺序，避免因滑坡水平推力集中而造成护壁钢筋混凝土出现损坏的现象，如从一端往另一端浇筑桩身混凝土；如出现护壁混凝土损坏时，应及时往桩孔内回填砂，回填到护壁损坏部位，清除损坏护壁，重新浇筑钢筋混凝土护壁，如项目1。

④因圆形桩护壁受力较方桩护壁受力好，为确保桩孔开挖安全，在复杂地质条件下人工挖孔抗滑桩的桩型应采用圆形桩。

1.4 桩底岩石完整、挖掘困难及其处理措施

1.4.1 桩底岩石完整、挖掘困难

抗滑桩嵌固段应嵌入滑床中，约为桩长的1/3～2/5；人工挖孔抗滑桩设计要求桩端嵌入完整基岩（中风化—微风化基岩）且嵌固段长度不小于桩长的1/3～2/5。因桩端基岩完整且坚硬，风镐掏挖困难。

1.4.2 桩端嵌固段开挖困难的处置措施

因桩端基岩完整且坚硬，采用风镐掏挖困难，为确保人工挖孔抗滑桩嵌固段长度满足设计要求，在旋挖桩机等大型机械设备无法进场施工的情况下，现场多采用水磨桩进行桩底完整基岩的钻掘与挖掘，其钻掘效率约0.6m/d，以解决大型桩机设备无法进场施工的难题。

1.5 桩底虚土过多及其预防措施

1.5.1 桩底虚土过多的原因分析

（1）通常情况下，人工挖孔桩桩底不会存在过多虚土，但桩底裂隙发育、地下水丰富，流砂随地下水流动而涌入桩孔内；或桩端嵌固段遇中风化—微风化基岩，可采用水磨桩钻掘方式开挖，而设计多在中风化—微风化基岩孔段未设置钢筋混凝土护壁，地层中的流砂等会沿裂隙流入桩孔内，造成桩底虚土过多。

（2）雨季施工，在桩孔前未开挖截排水沟，雨水携带砂土流入桩孔内。

（3）施工现场运输车辆碾压或孔口堆土多且孔口未盖好等。

1.5.2 桩底虚土过多的预防与处理措施

（1）施工现场应开挖截排水沟，并保持排水畅通，同时在孔口设置高出地面20～30cm的护孔圈，避免雨水携带砂土流入桩孔内；

（2）桩孔四周2m 范围内不得堆放渣土，如确实需要堆放，每天应将开挖上来的渣土及时清除场地；

（3）在无人作业时应采用方条和胶合板对孔口进行封盖；

（4）对于水磨桩钻掘方式挖掘的孔段，应按照施工要求浇筑钢筋混凝土护壁；

（5）封底：当桩孔开挖深度满足设计要求后，经业主、监理、勘查和设计单位检查验收合格后，应及时采用C30 混凝土进行封底（封底厚度20cm），能减少流砂随地下水涌入桩底，避免桩底虚土过多的现象。

1.6 钢筋笼不当及预防措施

1.6.1 钢筋笼不当的原因分析

（1）钢筋笼加工制作不当：将纵向受力钢筋的接头设置在潜在滑动面上、下孔段各3m 范围内，且同一截面内纵向钢筋接头数量超过50%。

（2）人工挖孔过程中，发现滑带土或滑动面与原勘查设计的潜在滑动面不一致，纵向加密钢筋长度与区域与原设计孔段有区别。

（3）桩孔垂直度局部孔段出现偏差较大，刮掉的箍筋或螺旋筋堆集，钢筋保护层不均匀，甚至钢筋笼无法吊装入桩孔内。

1.6.2 钢筋笼不当的预防与处理措施

（1）钢筋笼制作前，应对钢筋笼制作人员进行施工前交底工作；使之熟悉抗滑桩钢筋笼对纵向受力钢筋有严格的设计要求：在潜在滑动面上、下孔段各3m 范围内，纵向受力钢筋不得设置钢筋接头；且大部分抗滑桩在潜在滑动面上、下孔段各3m范围内设置加密纵向受力钢筋。

（2）当发现开挖情况与勘查时地层条件不一致时，及时与勘查设计人员沟通，确保纵向加密钢筋长度与加密区域真正放在滑带土或滑动面内，纵向加密钢筋不设置接头；同时纵向受力钢筋在潜在滑动面上、下孔段各3m范围内不设置钢筋接头。

（3）为避免纵向钢筋接头出现在潜在滑动面上、下孔段各3m 范围内，对于场地不受限制，钢筋笼最好整条加工制作，并采用大型吊车进行起吊、安放入桩孔内；如施工场地有限，地面下料时计算好长度和搭接区域，也可采用桩孔内焊接加长纵向钢筋，桩孔内绑扎钢筋笼。

2 灌注成桩施工中的常见事故及其预防处理措施

2.1 桩底沉渣超标、桩底与混凝土胶结差及其预防处理措施

2.1.1 桩底沉渣超标、桩底与混凝土胶结差的原因分析

（1）现场施工不连续，因桩底未封底、桩底出现涌砂或流泥现象，特别是场地内地下水丰富的人工挖孔桩，易造成桩底沉渣超标；

（2）场地内地下水丰富的人工挖孔桩，无法采用水泵干就直接从孔口灌注桩身混凝土，混凝土经桩孔内积水离析、分散作用面落入桩底，形成桩底沉渣且沉渣易超标；

（3）桩底沉渣超标会造成桩底岩石与混凝土胶结差。

2.1.2 桩底沉渣超标、桩底与混凝土胶结差的预防与处理措施

（1）当桩底沉渣超标时，应采取二次清孔法将桩底沉渣清除干净，即在安放好钢筋笼和灌浆串筒后，将桩孔内积水抽干，作业人员下入桩底进行人工二次清底，保证桩底沉渣厚度满足设计及施工规范要求。

（2）对于地下水丰富、孔内积水无法抽干的桩孔，在桩孔开挖完工时应及时封底；在桩身混凝土灌注时，应采取“水下混凝土灌注工艺”进行灌注桩身混凝土，以确保桩身混凝土浇灌质量。

（3）对于现场具备利用商品混凝土进行混凝土浇灌的桩孔，应采用商品混凝土公司提供的商品混凝土、混凝土泵送方式进行浇灌桩身混凝土，确保桩身混凝土浇灌质量。

（4）发现桩底与混凝土胶结差，应采取灌浆补强措施进行补强。

2.2 断桩及其预防措施

2.2.1 断桩的原因分析

在桩身混凝土浇灌过程中，吊车或搅拌机等设备出现机械故障，或外部停电、停水等原因长时间停灌而造成断桩。

2.2.2 断桩的防治措施

（1）桩身浇灌前，应检查吊车、搅拌机、发电机组等设备，确保其在桩身混凝土浇灌过程中运行良好，并注意机械设备日常维护保养；

（2）施工现场配备柴油发电机组并确保其运行良好，一旦外部停电，立即启用柴油发电机组进行发电，供现场桩身混凝土搅拌、振动用，保证桩孔混凝土浇灌连续性，避免因外部停电而造成断桩。

2.3 桩身混凝土离析及其预防措施

2.3.1 桩身混凝土离析的主要原因

（1）混凝土的和易性差，或搅拌好的混凝土经运输产生离析、泌水现象。

（2）人工挖孔桩终孔深度通常情况下较大，而桩身混凝土现场浇灌时，混凝土大部分从孔口直接灌入，混凝土容易出现离析现象。

（3）桩孔内积水较多、且桩身混凝土浇灌时，未采用“水下混凝土灌注工艺”进行灌注，灌入桩孔内混凝土经积水产生离析现象。

（4）灌入桩孔内混凝土欠振动密实或未振动密实。

2.3.2 桩身混凝土离析预防措施

（1）严把混凝土质量关，保证混凝土的和易性良好，避免出现混凝土离析、泌水现象；

（2）桩身混凝土浇灌时，混凝土必须通过溜槽；当落距超过3m 时，应采用串筒，串筒底部与混凝土面之间距离应控制2.0m 以内；也可采用导管泵送；混凝土应采用插入振动棒机械振动密实；保证混凝土在浇灌过程中不产生离析现象；

（3）当孔内积水较多时，应先抽排干后再浇灌桩身混凝土；或因孔内积水与地下水存在水力联系、无法抽排干时，应采取“水下混凝土浇灌工艺”进行桩身混凝土浇灌，确保桩身混凝土浇灌质量。

2.4 其他工程质量问题及其预防措施

设计不当，抗滑桩的水平抗滑力不足：人工挖孔抗滑桩完工后，为减少坡面载荷对滑坡的影响，设计采取对完工后抗滑桩前缘进行削坡减载，将完工后抗滑桩部分桩长暴露出来，无形中削弱抗滑桩的水平抗滑力，如项目1 中，人工挖孔抗滑桩（1.20m×2.00m 方桩36根，嵌固段长6.0m），削坡后，其中主滑方向上15 根抗滑桩存在长0.5～1.5m桩露出地面，造成抗滑桩水平抗滑力不足，滑坡体发生滑动。

为确保该滑坡体的稳定，业主、勘查设计、监理与施工单位协商，采取被动回填方式将修好的蓝球场回填，并对抗滑桩前缘边坡进行锚杆挂网喷射混凝土护坡处理。