大直径人工挖孔桩施工工法

大直径人工挖孔桩施工工法

大直径人工挖孔桩施工工法

1 前言

随着大跨度桥梁技术的发展和勘探技术、施工技术的进步，大孔径桩基础近几年得到了广泛应用，大孔径人工挖孔桩（直径2.5m~6.5m）作为高层或巨大竖向荷载结构的基础形式，在结构受力和经济等方面均比较合理。

2工法特点

桩基的施工工艺和施工设备发展迅速，人工挖孔桩为一种施工工艺简单、设备简便的桩基形式，在施工质量的直观性、入岩能力、单桩承载能力、对地下障碍物的识别和排除能力等方面有一定的优势，施工方便、工艺成熟。

本工法基本介绍了大直径人工挖孔桩的材料、零件、施工机械及施工方法。

3 适用范围

3.1 桩基孔径≥2500mm的孔径，陆地竖向承重桩的施工。

3.2 无地下水或地下水很少的密实土层或岩层。

4 工艺原理

结合工程及地质条件，用人工辅以轻微爆破配合简单机具设备下井挖掘成孔、下放钢筋笼、水下灌注或在无水条件下振捣灌注成桩，从而实现成桩达到竖向承重的目的。

5 工艺流程及其操作要点

5.1 施工工艺流程

5.2 施工操作要点

对于大孔径人工挖孔桩由于其自身的特殊性，大孔径人工挖孔桩具有以下特点：（1）超大孔径使得每节施工时间的延长，在复杂土层施工时孔壁更易坍塌或出现流砂现象；

（2）孔径过大，孔壁土体更易出现平面应力不均匀现象使得护壁由于受力不平衡而变形；

（3）护壁抵抗土侧压力的能力与孔径大小成反比，故护壁厚度随桩径增大而增大，使得护壁沿孔径周长每延米重量加大，而土体对护壁单位面积摩阻力却随孔径的增大而减小。这一增一减直接导致护壁在软散土层中的整体稳定性更差、更易产生塌落事故；

（4）孔径大，工程量大，施工工期将延长，导致孔内总出水量增大，既增大了降低地下水位对周边建筑物地基的变形影响，也给成孔和混凝土的浇灌带来了困难；

（5）孔径大，持力层面积亦大（扩底时尤其如此），持力层易出现地质不均匀现象如多种性质岩土层、破碎及裂隙岩土层、不等高岩土面岩土层等，给桩身承载能力和桩身综合质量带来影响；

（6）桩径过大，桩身大体积混凝土温变控制的有效性将直接影响桩身质量。

在施工实践中，结合实际情况，总结出了大直径挖孔桩的施工措施，较有效地解决上述六个方面的难题。

（1）当遇局部软土层，如桩身的一半或局部遇流塑~软塑状淤泥时，采用垂直土钉与土工编织物及水泥砂浆组合，对局部软土层加固处理；

（2）当桩孔太深，而土质过差，护壁有下坠坍塌危险时，设置多层孔壁斜向土钉，增加土壁与钢筋混凝土护壁的联结，确保护壁的稳定性；

（3）当孔径过大，孔内水量过大，又遇松软复杂土层（如流砂层或淤泥层）时，可采用“井中井”方法施工。

（4）孔壁出水量过大时，为避免上段孔壁出水影响下段成孔或桩身混凝土的施工采取分段排水法进行孔内抽排水。

（5）采取对应性加压回灌法解决因降水造成周边地基下沉的问题。

（6）采取压浆技术解决持力岩土层出现的力学性能不均匀问题。

（7）解决桩身大体积混凝土温变问题，主要从混凝土制作材料的使用、施工方法和混凝土养护入手，减少和延缓水化热在混凝土内部形成的温升和温降作用。由于桩芯混凝土处于地下养护环境较好故温控手段主要放在混凝土制作和浇灌方式方面，

为此在进行桩芯混凝土配制时应考虑以下措施：

（1）选用优质粉煤灰作为掺合料取代部分水泥用量；

（2）改善混凝土骨料级配，适度加大粗骨料直径。

（3）当直径过大时，还可考虑采用纵向垂直分层浇捣法施工，即先浇捣桩身外圈混凝土，再浇捣桩身中心混凝土，视具体情况确定分层数以减小混凝土散热体积尺寸。

具体施工控制要点如下：

5.2.1 测量放样及定桩位

根据批复的附合测量成果，确定桩位中心，以中心圆，以桩基半径为半径，画出孔口护圈内径圆周，撒灰线，支模、浇筑或砌筑孔口护圈。

桩基开挖前及在开挖过程中要对桩位进行复测。安装钢筋笼前对桩位进行复测，以保证钢筋位置的准确无误，为下一工序正常施工提供良好的施工条件。

5.2.2 孔口护圈浇筑或砌筑

孔口护圈用混凝土浇筑、用砖砌护圈，孔口护圈施工完成后测量孔口护圈顶标高。根据孔口护圈标高及桩底标高确定挖孔深度。

护圈砌筑完成后复测桩位，在护圈顶面定位十字护桩，在挖孔施工过程中，利用十字护桩检测桩孔中心偏位、桩径、桩孔垂直度等。

5.2.3 开挖桩孔土方

桩孔开挖时，先开挖桩孔中间部分的土方，然后向周边扩挖，控制好桩孔截面尺寸，根据土质的不同，确定开挖节段高度，在土质好的情况下，约为1m为宜，当土层坚硬，不致坍陷时可加大到1.5m；当土层松软如细沙土或含水量大的粘土时，开挖节段高度可减小至0.4～0.8m为一施工节段。挖孔直径为：上口直径较桩径大10 cm，下口直径较桩径大17 cm，成圆台形。

挖孔过程中做好原始录，发现地质情况有变化时，应立即汇报，从施工工艺及安全设施上采取措施。

5.2.4 放置附加钢筋、支护壁模板

每一节段段挖孔完成后，在节与节之间必须安放附加钢筋。护壁模板通过拆上节、支下节的方式重复周转使用。模板采用三块钢模板拼接而成，模板必须有足够的刚度。模板用木桩加固支撑，其中轴线与桩中心在同条垂直线上，偏差不大于1 cm，以保证桩基的垂直度符合规范要求。桩径不小于设计桩径。模板之间用卡具、扣件连接固定，可在多节模板的上、下端各设一道弧形的、用槽钢或角钢做成的内钢圈作为内支撑，

防止模板受力变形。为操作方便，不设水平支撑。

模板安装牢固后，检测模板的位置，以保证桩孔的平面位置及其垂直度。

5.2.5浇筑第一节段护壁混凝土

每挖完一节段后，应立即放置模板，浇注护壁混凝土，采用人工浇注、人工振捣，坍落度控制在10cm左右，混凝土护壁保证混凝土强度及其厚度，护壁混凝土根据气候条件，混凝土强度不小于1.2MPa、浇筑24h后方可拆模。

5.2.6 安装垂直运输架

垂直运输架有提升钢框架作为承重结构，配置慢速卷扬机提升；门式工字钢梁架作为承重结构，配置电动葫芦提升及横移。第一节段桩孔浇筑完混凝土后，钢框架安装在桩孔旁，能过三角架的转动横移。门式工字钢梁架安装在桩孔正上方，能过电动葫芦提升，沿工字钢梁横向移动。此外常用的运输架还有：木塔、钢管吊架、木吊架等，无论哪一种支架形式，必须搭设稳定、牢固。

5.2.7 安装电动葫芦或卷扬机

在垂直运输架上安装滑轮组和电动葫芦、穿上卷扬机钢丝绳，在适当的位置安装卷扬机，地面运土用手推车或小翻斗车。

5.2.8 安装活底吊桶、活动盖板、照明、水泵及通风机

在安装滑轮组和吊桶时，保持吊桶与孔壁之间留有适当距离，防止施工过程中吊桶碰撞孔壁，预防安全事故，井底照明必须用低压电源（36V）、防破电线、带罩的防水、防爆照明灯。孔口四周设置围护栏。当桩孔深度大于15m时，应进行井下机械通风，加强空气的流动，必要时向井下输送氧气，防止有毒气体对人体的危害，操作时上下人员轮流作业，桩孔上方人员必须密切观测桩孔下人员的情况，互相呼应，预防安全事故的发生。

当地下渗水量不大时，随挖随将泥水用吊桶运出，当地下水量较大时，在桩孔底先挖集水坑，用高扬程水泵抽水，边降水边挖土，水泵的规格应按照抽水量选定。地下水位较高时，应先采用统一降水措施，然后再开挖。

桩孔口安装水平推移的活动安全盖板，当桩孔内挖孔时，应掩好安全盖板，防止杂物掉下砸伤人。吊运土时，才打开安全活动盖板一定面积，留一定宽度作为挖孔人员的安全空间。

5.2.9开挖、吊运第二节段桩孔土方

从第二节段开始，利用提升设备运土，桩孔内操作人员必须戴安全帽，地面人员应系好安全带。当吊桶在桩孔上方1.0m时，横移或转动，