分析巖溶地區(qū)人工挖孔樁的施工工藝 ,建筑工程管理論文 摘要： 從人工挖孔樁的歷史發(fā)展出發(fā)， 介紹了人工挖孔樁的內(nèi)涵和、 特征及其技 術(shù)發(fā)展情況， 本文重點分析巖溶地區(qū)人工挖孔樁的施工工藝： 包括施工組織、 保 障措施以及施工中問題的應(yīng)對策略等。 一、人工挖孔樁的發(fā)展 1．人工挖孔樁概念的提出 1893 年，人工挖孔樁在美國問世。當(dāng)時美國芝加哥、 底特律等大城市由于土地緊張， 建筑物層數(shù)不斷增加， 但這些城市地表以下存在 著厚度很大的軟土或僅中等強度的粘土層， 建造高層建筑， 必然會產(chǎn)生很大的沉 降。 于是工程師不得不考慮把樁設(shè)在很深的持力層， 并且為滿足承載力要求， 還 必須把其截面設(shè)計得很大。 于是， 借鑒人類自古相傳的掘井技術(shù)， 人工挖孔樁試 驗成功，解決了上述難題。這種樁后來就被稱為“芝加哥式挖孔樁”，因其工藝 簡單，且不需特殊機械，不久即不脛而走，為世界各地得城市建設(shè)所應(yīng)用。我國 應(yīng)用人工挖孔樁始于本世紀 60 年代初。 最先在沿海地區(qū)一帶使用， 自 70 年代中 期后， 又陸續(xù)在北京、 廣州、 武漢、 沈陽、 成都、 福州等大城市應(yīng)用于高層建筑、 橋梁和重型建（構(gòu)）筑物，至 80 年代末 90 年代初，隨著改革開放步伐加快，大 直徑挖孔樁迅猛發(fā)展， 僅數(shù)年間已普及全國二十幾個大、 中城市及各新興開發(fā)區(qū)， 應(yīng)用于包括軟土、黃土、膨脹土等特殊土在內(nèi)的各類地基。據(jù)估計，近年我國應(yīng) 用挖孔樁數(shù)量之多已堪稱世界各國之最， 可謂起步雖晚而發(fā)展迅猛。 隨著建筑規(guī) 模的不斷擴大， 樁徑也在不斷擴大， 且現(xiàn)在設(shè)計的挖孔樁多進行人工擴底， 有些 樁徑（開口直徑）已達到2.5m.擴大端直徑更大，有些已經(jīng)超過 3.5m,個別甚至 達到了 5.0m。 2．人工挖孔樁的內(nèi)涵及其特征分析人工挖孔灌注樁是采用人工直接挖孔成孔的 一種施工方法， 由于它具有工程造價低廉、 施工現(xiàn)場無噪聲干擾、 孔徑不受施工 機具的限制可隨需要控制、 成孔質(zhì)量可直接觀測、 施工時與其它施工方法相比可 以縮短工期、 混凝土灌注質(zhì)量容易保證等優(yōu)點， 因此， 在國內(nèi)工程建設(shè)中得到廣 泛的應(yīng)用。在適合挖孔樁施工的條件下，挖孔樁比鉆孔樁有更多的優(yōu)點：（ 1） 施工工藝和設(shè)備比較簡單，只有護筒、套筒或簡單模板，簡單起吊設(shè)備如絞車， 必要時設(shè)潛水泵等備用，自上而下，人工或機械開挖：（ 2）質(zhì)量好，不卡鉆， 不斷樁，不塌孔，絕大多數(shù)情況下無須澆注水下混凝土，樁底無沉淀浮泥：易于 擴大樁尖，提高樁端支承力：（ 3）速度快，由于護筒內(nèi)挖土方量甚小，進尺比 鉆孔為快， 而且無須重大設(shè)備如鉆機等， 容易多孔平行施工， 加快施工進度； （ 4） 成本低，比鉆孔樁可降低 30-40%。人工挖孔樁不僅大量應(yīng)用于北方地下水位低 而土質(zhì)好的地區(qū)， 也被大量應(yīng)用于南方沿海地下水位甚高的軟土地區(qū)。 人工挖孔 樁在場地條件受限制的工程中有其獨特的優(yōu)越性。 它的突出優(yōu)點是施工可以完全 局限在凈空不大的筒拱內(nèi)進行， 避免了使用其它基礎(chǔ)形式所帶來的施工場地、 施 工機械、施工環(huán)境的不便。而且只要配備足夠勞力，幾根樁可以同時并進，施工 工期是有保證的， 進度有時比鉆孔樁還快。 有時還可用挖孔樁技術(shù)來處理鉆孔樁 施工過程發(fā)生的事故，甚為簡便可靠，挖孔樁法處理斷樁等， 3．人工挖孔樁的技術(shù)發(fā)展目前，人工挖孔擴底灌注樁與其它的樁型相比，是人 工挖孔樁的技術(shù)發(fā)展的一個重要方向，它具有以下優(yōu)點：（ 1）挖孔擴底樁屬于 非擠土或少擠土樁，施工時基本無噪音，無振動，無地面隆起或側(cè)移，也無泥漿 污染，因而對環(huán)境影響小，對周圍建筑物、路面或地下設(shè)施等危害小，施工現(xiàn)場 文明。 （ 2） 該樁型可采用大直徑， 且入土深。 迄今挖孔樁的最大直徑己達 3.0m， 入土深度逾40.0m。（3）擴底樁由于采用擴大底部的型式，因而更能發(fā)揮樁端 土的作用，這是其它樁型所不易做到的。 （ 4）人工挖孔擴底樁的單樁承載力高， 視地質(zhì)條件、 樁身尺寸和硅強度等級不同， ?？稍O(shè)計成一樁一柱， 不需要樁項承 臺，簡化了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。（ 5）該樁型由于其樁身剛度大，除能承受較大的豎向荷 載外，還能承受較大的橫向荷載，增強建 . 筑物的抗震力。 （ 6）采用該樁型通常 布樁間距大，群樁效應(yīng)小，設(shè)計中無需為此進行繁瑣的計算。（ 7）采用該樁型 不需要搬運吊裝， 不必承受打擊。 因而可采用較低的配筋率， 并可視建筑物的重 要性和荷載條件，僅在樁身上段配筋或沿深度作變截面配筋。（ 8）人工挖孔擴 底樁施工機具簡單，施工速度快。通常只用鎬、鍬，簡單人力卷筒提升和裝土工 具，必要時采用風(fēng)鎬、通風(fēng)機，同時可分組同時作業(yè)，多孔同時進行，綜合施工 速度快。（ 9）人工挖孔擴底樁質(zhì)量易保證。采用人工挖孔，可直接檢查孔底部 持力層的性質(zhì)， 保證樁端放在良好的持力層上。 人工清底可保證樁底與持力層接 觸緊密，不存在沉渣現(xiàn)象。 （ 10）采用擴底型式使樁長減短，施工量減少，施工 難度降低。 二、巖溶地區(qū)人工挖孔樁的施工工藝 1．巖溶地區(qū)人工挖孔樁的施工組織巖溶地區(qū)人工挖孔樁的施工工藝流程主要包 括： 地面平整——測量定位——人工挖孔——基巖爆破——鋼筋籠制作及測量控 制——混凝土灌注等步驟，如下：（ 1）地面平整：根據(jù)地形進行對地面進行平 整處理。 （ 2）測量定位：根據(jù)設(shè)計圖紙放線，準確的測定樁位。 （ 3）開挖土方： 采取分段開挖， 每段高度決定于土壁直立狀態(tài)的能力， 以 0.8~1.0m 為一施工段。 開挖面積的范圍為設(shè)計樁徑加護壁厚度。 挖土由人工從上到下逐段進行， 同一段 內(nèi)挖土次序先中間后周邊； 擴底部分應(yīng)采取先挖樁身圓柱體， 再按擴底尺寸從上 到下削土修成擴底形。 在地下水位以下施工時， 要及時用吊桶將泥水吊出， 當(dāng)遇 大量滲水時，在孔底一側(cè)挖集水坑，用高揚程潛水泵將水排出。 （ 4）基巖爆破： 根據(jù)樁位以及地下基巖的對應(yīng)分布情況，進行定量的基巖爆破。（ 5）鋼筋籠制 作及測量控制： 制作鋼筋籠及并進行測量控制。 樁位軸線采取在地面設(shè)十字控制 網(wǎng)、基準點。安裝提升設(shè)備時，使吊桶的鋼絲繩中心與樁孔中心一致，以做挖土 時粗略控制中心線用。（ 6）設(shè)置操作平臺：用來臨時放置混凝土拌合料和灌注 混凝土用，逐步進行混凝土灌注。（ 7）拆除模板繼續(xù)下一段施工：混凝土達到 一定強度后（常溫下 24 小時）便可拆模，再開挖下一段土方，然后繼續(xù)支模灌 注混凝土，如此循環(huán)，直到挖至設(shè)計要求的深度。 2．巖溶地區(qū)人工挖孔樁施工中的保證措施（ 1）每根樁都做超前鉆探，以保證樁 落在穩(wěn)定的灰?guī)r上（穩(wěn)定厚度》3.0m） o （2）以經(jīng)緯儀測量，對樁孔定位，并 在樁孔挖掘過程中經(jīng)常校正孔位， 以保證施工樁不偏離設(shè)計位置， 最終保證樁落 在穩(wěn)定的灰?guī)r上。 （ 3 ）設(shè)置降水井，降低地下水位以利挖孔。 （ 4 ）對直立性很 差的流沙和流塑土， 施工中采取兩大措施解決， 效果良好。 ①鋼筋網(wǎng)和稻草齊用： 每挖掘50cm,就在樁孔四周插筋20~26根（①12mm，間距為20cm,鋼筋外塞 滿稻草，以阻止流沙和流塑土流入孔內(nèi)；后用① 8mnffi筋做箍筋，間距為20cm； 再把主筋和其上的護壁焊接為一體。②減小每節(jié)護壁的高度，即加大支護頻度。 在填土和其它直立性較好的地層中，每開挖 1.0m 做一節(jié)護壁，在流沙和流塑土 中，每0.5m做一節(jié)護壁。（5）溶洞的處理：設(shè)計的持力層灰?guī)r穩(wěn)定厚度》3.0m, 對溶洞頂板厚度 溶洞， 采用高壓固結(jié)灌漿， 待充填物基本固結(jié)后再實施開挖， 方法和正常地層一 樣。②對空洞和半充填溶洞，先回填粗砂，再采用固結(jié)灌漿。粗砂層可采取自流 灌漿；充填物采用高壓灌漿固結(jié)。 三、巖溶地區(qū)人工挖孔樁的施工問題及應(yīng)對策略 1． “流泥” 的問題流泥一般是從孔底新開挖處的一個方向或幾個方向同時涌入， 多為流塑狀粘土， 夾有大小不均的石塊， 從孔底可以明顯地看見孔壁上有裂隙和 孔洞，流泥量很大，有時有些樁孔一連幾天都沒有進尺。此種情況下，經(jīng)計算后 可采用重錘打入數(shù)量較多的軌道鋼至底部巖面， 并間隔一定距離用鋼筋或角鋼焊 接固定，再澆灌混凝土，以軌道鋼承重。 2．樁底巖石起伏不平樁的上部荷載要可靠地傳到樁端地基上，樁端宜平整或呈 鍋底狀。但在施工中，由于樁端巖石堅硬，要鑿平很困難，或樁已挖掘較深，涌 水量較大， 繼續(xù)進行爆破易造成孔壁跨塌等原因， 經(jīng)常出現(xiàn)樁底巖石起伏較大的 問題， 但若不進行處理， 將降低樁的抗剪能力及造成樁的受力面積減小而降低承 載力。 3．樁底的巖溶發(fā)育由于巖溶地區(qū)巖石多為可溶性巖，巖溶發(fā)育存在復(fù)雜性及隱 伏性、 無規(guī)律性， 有時， 一柱一孔的勘察手段并不能完全揭示該孔樁的實際情況。 因此， 在巖溶地區(qū)的孔樁施工中， 經(jīng)常發(fā)現(xiàn)孔底巖溶以各種各樣的型式發(fā)育， 有 時要找到完整的持力層難度較大， 且浪費了資金、 延誤了工期。 根據(jù)長期積累的 經(jīng)驗， 實際上， 大部分巖溶現(xiàn)象均可采取一定的措施處理， 既保證了建筑物的安 全，又大大降低了費用、節(jié)約了工期。 4．嵌巖段經(jīng)爆破后存在缺陷一般挖孔樁的嵌巖均要求嵌入中風(fēng)化或微風(fēng)化巖石 中， 以提高挖孔樁的承載力和防止樁身的側(cè)向滑移。 但多數(shù)施工單位為縮短工期 及減輕勞動強度， 常采用爆破施工， 這樣的方式易造成孔壁垮塌、 破壞巖石強度 而降低承載能力。因此，嵌巖段應(yīng)合理布置炮眼位置，采用多炮眼、少炸藥、微 差雷管爆破技術(shù)，或直接采用風(fēng)鎬鑿出嵌巖段。人工挖孔樁由于機具設(shè)備簡單， 操作技術(shù)易掌握，質(zhì)量可靠，成本低，加之可以全面施工，有利于縮短整個工程 的工期，但是在巖溶地區(qū)，由于石灰?guī)r裂隙、溶洞較發(fā)育，有些溶洞相互貫通， 洞內(nèi)充填淤泥、 粘土或未完全風(fēng)化的巖石碎塊， 而有些溶洞以空洞形式存在， 這 就可能增加施工難度，延誤工期，甚至?xí)＜熬鹿と说纳踩?，所以，? 具體施工中一定要具體問題具體分析， 以彌補不足， 提高工作效率， 順利解決施 工中出現(xiàn)的問題。 參考文獻 [1] 劉金礪，李大展，張雁 . 樁基設(shè)計施工及檢測 .[M]. 北京：中國建材工業(yè)出版 社.2001.5. 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