人工挖孔和挖孔扩底灌筑桩.docx
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人工挖孔和挖孔扩底灌筑桩
人工挖孔和挖孔扩底灌筑桩
人工挖孔灌筑桩系用人工挖土成孔，浇筑混凝土成桩；挖孔扩底灌筑桩，系在挖孔灌筑桩的基础上，扩大桩底尺寸而成。
这类桩由于其受力性能可靠，不需大型机具设备，施工操作工艺简单，在各地应用较为普遍，已成为大直径灌筑桩施工的一种主要工艺方式。
挖孔及挖孔扩底灌筑桩的特点是：
单桩承载力高，结构传力明确，沉降量小，可一柱一桩，不需承台，不需凿桩头；可作支撑、抗滑、锚拉、挡土等用；可直接检查桩直径、垂直度和持力土层情况，桩质量可靠；施工机具设备较简单，都为工地常规机具，施工工艺操作简便，占场地小；施工无振动、无噪声、无环境污染，对周围建筑物无影响；可多桩同时进行，施工速度快，节省设备费用，降低工程造价；但桩成孔工艺存在劳动强度较大，单桩施工速度较慢，安全性较差等问题，这些问题一般可通过采取技术措施加以克服。
挖孔及挖孔扩底灌筑桩适用于桩直径800mm以上，无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土，含少量的砂、砂卵石、姜结石的粘土层采用，特别适于黄土层使用，深度一般20m左右，可用于高层建筑、公用建筑、水工结构（如泵站、桥墩作支撑、抗滑、挡土、锚拉桩之用）。
对有流砂、地下水位较高、涌水量大的冲积地带及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层，不宜采用。
1．构造要求
挖孔桩直径（d）一般为800~2000mm，最大直径可达3500mm；桩埋置深度（桩长）一般在20m左右，最深可达40m。
当要求增大承载力、底部扩底时，扩底直径一般为1.3~3.0d．最大可达4.5d，扩底直径大小按（d1－d）/2：
h＝1：
4，h1≥（d1－d）/4进行控制/（图7-83a、b）。
一般采用一柱一桩，如采用一柱两桩时，两桩中心距不应小于3d，两桩扩大头净距不小于1m（图7-83c），上下设置不小于0.5m（图7-83d）桩底宜挖成锅底形，锅底中心比四周低200mm，根据试验，它比平底桩可提高承载力20%以上。
桩底应支撑在可靠的持力层上，支撑桩大多采用构造配筋，配筋率以0.4%为宜，配筋长度一般为1/2桩长，且不小于10m；用于作抗滑、锚固，挡土桩的配筋，按全长或2/3桩长配置，由计算确定。
箍筋采用螺旋箍筋或封闭箍筋，不小于φ8@200mm，在桩顶1.0m范围内间距加密一倍，以提高桩的抗剪强度。
当钢筋笼长度超过4.0m时，为加强其刚度和整体性，可每隔2.0m设一道φ16~20mm焊接加强筋。
钢筋笼长超过10m需分段拼接，拼接处应用焊接。
桩混凝土强度等级不应低于C20。
图7-83人工挖孔和挖孔扩底灌筑桩
（a）圆柱桩；（b）扩底桩；（c）、（d）扩底桩群布置
2．机具设备及材料要求
提升机具包括：
1t卷扬机配三木塔或1t以上单轨电动葫芦（链条式）配提升金属架与轨道，活底吊桶；挖孔工具包括：
短柄铁锹、镐、锤、钎。
水平运输工具包括：
双轮手推车或1t机动翻斗车；混凝土浇筑机具包括：
混凝土搅拌机（含计量设备）、小直径插入式振动器、插钎、串筒等。
当水下浇筑混凝土时，尚应配金属导管、吊斗、混凝土储料斗、提升装置（卷扬机或起重机等）、浇筑架、测锤。
以及钢筋笼吊放机械等。
其他机具设备包括：
钢筋加工机具、支护模板、支撑、电焊机、吊挂式软爬梯；36V低压变压器、井内外照明设施；桩孔深超过20m，另配鼓风机、输风管；有地下水应配潜水泵及胶皮软管等。
混凝土护壁和桩材料要求同钻孔灌筑桩。
3．施工工艺方法要点
（1）挖孔灌筑桩的施工程序是：
场地整平→放线、定桩位→挖第一节桩孔土方→支模浇筑第一节混凝土护壁→在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线→安装活动井盖、垂直运输架、起重电动葫芦或卷扬机、活底吊土桶、排水，通风、照明设施等→第二节桩身挖土→清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径→拆上节模板，支第二节模板，浇筑第二节混凝土护壁→重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度→检查持力层后进行扩底→清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层→吊放钢筋笼就位→浇筑桩身混凝土。
当桩孔不设支护和不扩底时，则无此两道工序。
（2）为防止坍孔和保证操作安全，直径1.2m以上桩孔多设混凝土支护，每节高0.9~1.0m，厚8~15cm，或加配适量直径6~9mm光圆钢筋，混凝土用C20或C25；直径1.2m以下桩孔，井口1/4砖或1/2砖护圈高1.2m，下部遇有不良土体用半砖护砌。
（3）护壁施工采取一节组合式钢模板拼装而成，拆上节支下节，循环周转使用，模板用U形卡连接，上下设两半圆组成的钢圈顶紧，不另设支撑，混凝土用吊桶运输人工浇筑，上部留100mm高作浇筑口，拆模后用砌砖或混凝土堵塞，混凝土强度达1MPa即可拆模。
图7-84人工挖孔桩成孔工艺
1-三木搭；2-吊土桶；3-接卷扬机；4-混凝土护壁；5-定型组合钢模板；
6-活动安全盖板；7-枕木；8-活动井盖；9-角钢轨道
（4）挖孔由人工从自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层用锤、钎破碎；挖土次序为先挖中间部分后挖周边，允许尺寸误差＋5cm，扩底部分采取先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。
弃土装入活底吊桶或箩筐内。
垂直运输，在孔上口安支架、工字轨道、电葫芦或搭三木搭，用1~2t慢速卷扬机提升（图7-84），吊至地面上后，用机动翻斗车或手推车运出。
（5）桩中线控制是在第一节混凝土护壁上设十字控制点，每一节设横杆吊大线坠作中心线，用水平尺杆找圆周。
（6）直径1.2m内的桩，钢筋笼的制作与一般灌筑桩的方法相同，对直径和长度大的钢筋笼，一般在主筋内侧每隔2.5m加设一道直径25~30mm的加强箍，每隔一箍在箍内设一井字加强支撑，与主筋焊接牢固组成骨架（图7-85），为便于吊运，一般分两节制作，钢筋笼的主筋为通长钢筋，其接头采用对焊，主筋与箍筋间隔点焊固定，控制平整度误差不大于5cm，钢筋笼4侧主筋上每隔5m设置耳环，控制保护层为5~7cm，钢筋笼外形尺寸比孔小11~12cm。
图7-85钢筋笼的成型与加固
（a）钢筋笼加固成型；（b）耳环；（c）上下段钢筋笼主筋对焊连接
1-主筋32mm；2-箍筋φ12~16@150mm；
3-耳环φ20mm；4-加劲支撑30@5.0m；5-轻轨；6-枕木
钢筋笼就位用小型吊运机具（图7-86）或履带式起重机进行（图7-87），上下节主筋采用帮条双面焊接，整个钢筋笼用槽钢悬挂在井壁上，借自重保持垂直度正确。
图7-86小型钢筋笼吊放
（a）小型钢筋笼吊放；（b）三木搭移动
1-双轮架子车；2-0.5~1.0t卷扬机；3-三木搭；4-钢筋笼；5-桩孔
图7-87大直径灌筑桩钢筋笼的吊放
1-上节钢筋笼；2-下节钢筋笼；3-钢筋焊接接头；
4-15履带式或轮胎式起重机；5-混凝土护壁
（7）混凝土用粒径小于50mm石子，水泥用强度等级32.5普通水泥或矿渣水泥，坍落度4~8cm，用机械拌制。
混凝土用翻斗汽车、机动车或手推车向桩孔内浇筑。
混凝土下料采用串桶，深桩孔用混凝土溜管；如地下水大（孔中水位上升速度大于6mm/min）,应采用混凝土导管水中浇筑混凝土工艺（图7-88），混凝土要垂直灌人桩孔内，并应连续分层浇筑，每层厚不超过1.5m。
小直径桩孔，6m以下利用混凝土的大坍落度和下冲力使密实；6m以内分层捣实。
大直径桩应分层捣实，或用卷扬机吊导管上下插捣。
对直径小、深度大的桩，人工下井振捣有困难时，可在混凝土中掺水泥用量0.25%木钙减水剂，使混凝土坍落度增至13~18cm，利用混凝土大坍落度下沉力使之密实，但桩上部钢筋部位仍应用振捣器振捣密实。
图7-88混凝土浇筑工艺
1-大直径桩孔；2-钢筋笼；3-导管；4-下料漏斗；5-浇筑台架；6-卸料槽；
7-混凝土；8-泥浆水；9-泥浆溢流槽；10-钢承台；11-翻斗汽车；12-履带式起重机
（8）桩混凝土的养护：
当桩顶标高比自然场地标高低时，在混凝土浇筑12h后进行湿水养护，当桩顶标高比场地标高高时，混凝土浇筑12h后应覆盖草袋，并湿水养护，养护时间不少于7d。
4．地下水及流砂处理
桩挖孔时，如地下水丰富、渗水或涌水量较大时，可根据情况分别采取以下措施：
（1）少量渗水可在桩孔内挖小集水坑，随挖土随用吊桶，将泥水一起吊出；
（2）大量渗水，可在桩孔内先挖较深集水井，设小型潜水泵将地下水排出桩孔外，随挖土随加深集水井；（3）涌水量很大时，如桩较密集，可将一桩超前开挖，使附近地下水汇集于此桩孔内，用1~2台潜水泵将地下水抽出，起到深井降水的作用，将附近桩孔地下水位降低；（4）渗水量较大，井底地下水难以排干时，底部泥渣可用压缩空气清孔方法清孔。
桩孔内排水时，注意周围地下水位变化，否则由于土壤固结、地面下沉会给周围设施带来危害。
当挖孔时遇流砂层，一般可在井孔内设高1~2m，厚4mm钢套护筒，直径略小于混凝土护壁内径，利用混凝土支护作支点，用小型油压千斤顶将钢护筒逐渐压入土中，阻挡流砂，钢套筒可一个接一个下沉，压入一段，开挖一段桩孔，直至穿过流砂层0.5~1.0m，再转入正常挖土和设混凝土支护。
浇筑混凝土时，至该段，随浇混凝土随将钢护筒（上设吊环）吊出，也可不吊出。
5．护壁厚度计算
护壁厚度计算：
大直径人工挖孔桩大都采取分段挖土，分段护壁的方法施工，以保证操作安全。
分段现浇混凝土护壁厚度，一般取受力最大处，即地下最深段护壁所承受的土压力及地下水的侧压力（图7-89）确定其厚度。
施工过程中地面不均匀堆土产生偏压力的影响可不考虑。
图7-89护壁受力计算简图
1-护壁；2-地下水位线
混凝土护壁厚度t可按下式计算：
（7-19）
或
（7-20）
式中N——作用在混凝土护壁截面上的压力（N/m2），N=p×D/2
K——安全系数，一般取K=1.65；
fc——混凝土轴心抗压强度（MPa）；
P——土和地下水对护壁的最大侧压力（MPa）；
γ——土的重度（kN/m3）；
γw——水的重度（kN/m3）；
H——挖孔桩护壁深度（m）；
h——地面至地下水位深度（m）；
D——挖孔桩外直径（m）；
φ——土的内摩擦角（°）；
c——土的粘聚力（kN/m2）。
[例7-1]1.8m直径混凝土灌筑桩，深30m，用人工挖孔，混凝土护壁采用C20，每节高1.0m，地基土为粉质粘土，土的天然重度γ＝19.5kN/m3；内摩擦角φ＝20°，地面以下6m有地下水，不考虑粘聚作用（c＝0）,试计算混凝土护壁所需厚度。
[解]最深段的总压力为：
＝409.05N/m2
用C20混凝土，fc＝10N/mm2，D＝1.8m
由式（7-20）
＝6.1cm
一般护壁最小厚度为8cm，故采用8cm。
为安全计，再加适量φ6mm钢筋，间距200~300mm。
6．施工常遇问题及预防处理方法
施工常遇问题及预防处理方法参见表7-88。
挖孔及挖孔扩底桩常遇问题及预防、处理方法表7-88
常遇问题
产生原因
预防措施及处理方法
塌孔
1．地下水渗流比较严重
2．混凝土护壁养护期内，孔底积水，抽水后，孔壁周围土层内产生较大水压差，从而易于使孔壁土体失稳
3．土层变化部位挖孔深度大于土体稳定极限高度
4．孔底偏位或超挖，孔壁原状土体结构受到扰动、破坏或松软土层挖孔，未及时支护
有选择地先挖几个桩孔进行连续降水，使孔底不积水，周围桩土体粘聚力增强，并保持稳定；尽可能避免桩孔内产生较大水压差；挖孔深度控制不大于稳定极限高度；并防止偏位或超挖；在松软土层挖孔，及时进行支护
对塌方严重孔壁，用砂、石子填塞，并在护壁的相应部位设泄水孔，用以排除孔洞内积水
井涌
（流泥）
遇残积土、粉土、特别是均匀的粉细砂土层，当地下水位差很大时，使土颗粒悬浮在水中成流态泥土从井底上涌
遇有局部或厚度大于1.5m的流动性淤泥和可能出现涌土、涌砂时，可采取将每节护壁高度减小到300~500mm并随挖随验，随浇筑混凝土，或采用钢护筒作护壁，或采用有效的降水措施以减轻动水压力
护壁裂缝
1．护壁过厚，其自重大于土体的极限摩阻力，因而导致下滑，引起裂缝
2．过度抽水后，在桩孔周围造成地下水位大幅度下降，在护壁外产生负摩擦力
3．由于塌方使护壁失去部分支撑的土体下滑，使护壁某一部分受拉而产生环向水平裂缝，同时由于下滑不均匀和护壁四周压力不均，造成较大的弯矩和剪力作用，而导致垂直和斜向裂缝
护壁厚度不宜太大，尽量减轻自重，在护壁内适当配φ10@200mm竖向钢筋，上下节竖钢筋要连接牢靠，以减少环向拉力；桩孔口的护壁导槽要有良好的土体支撑，以保证其强度和稳固裂缝一般可不处理，但要加强施工监视、观测，发现问题，及时处理
淹井
1．井孔内遇较大泉眼或土渗透系数大的砂砾层
2．附近地下水在井孔集中
可在群桩孔中间钻孔，设量深井，用潜水泵降低水位，至桩孔挖完成，再停止抽水，填砂砾封堵深井
截面大小不一或扭曲
1．挖孔时未每节对中量测桩中心轴线及半径
2．土质松软或遇粉细砂层难以控制半径
3．孔壁支护未严格控制尺寸
挖孔时应按每节支护量测桩中心轴线及半径遇松软土层或粉细砂层加强支护严格认真控制支护尺寸
超量
1．挖孔时未每层控制截面，出现超挖
2．遇有地下土洞、落水洞，下水道或古墓、坑穴
3．孔壁坍落，或成孔后间歇时间过长，孔壁风干或浸水剥落
挖孔时每层每节严格控制截面尺寸，不使超挖；遇地下洞穴，用3：
7灰土填补、拍夯实；按坍孔一项防止孔壁坍落；成孔后在48h内浇筑桩混凝土，避免长期搁置
7-2-7-10质量要求及验收
1．灌筑桩在沉桩后的桩位偏差应符合表7-89规定，桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m；
灌筑桩的平面位置和垂直度的允许偏差表7-89
序
号
成孔方法
桩径允许偏差
（mm）
垂直度允许偏差（%）
桩位允许偏差（mm）
1~3根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩
条形桩基沿中心线方向和群基础的中间桩
1
泥浆护壁
钻孔桩
D≤1000mm
±50
＜1
D/6且不大于100
D/4且不大于150
D＞1000mm
±50
100＋0.01H
150＋0.01H
2
套管成孔
灌筑桩
D≤500mm
－20
＜1
＞0
150
D＞500mm
100
150
3
干成孔灌筑桩
－20
＜1
70
150
4
人工挖孔桩
混凝土护壁
＋50
＜0.5
50
150
钢套管护壁
＋50
＜1
100
200
注：
1．桩径允许偏差的负值是指个别断面。
2．采用复打、反擂法施工的桩径允许偏差不受上表限制。
3．H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离，D为设计桩径。
2．灌筑桩的沉渣厚度：
当以摩擦桩为主时，不得大于150mm当以端承力为主时，不得大于50mm；套管成孔的灌筑桩不得有沉渣。
3．灌筑桩每灌筑50m3应有一组试块，小于50m3的桩应每根桩有一组试块。
4．桩的静载荷载试验根数应不少于总桩数的1%，且不少于3根，当总桩数少于50根时，应不少于2根。
5．桩身质量应进行检验，检验数不应少于总数的20%，且每个柱子承台下不得少于1根。
6．对砂子、石子、钢材、水泥等原材料的质量，检验项目、批量和检验方法，应符合国家现行有关标准的规定。
7．施工中应对成孔、清渣、放置钢筋笼，灌筑混凝土等全过程检查；人工挖孔桩尚应复验孔底持力层土（岩）性。
嵌岩桩必须有桩端持力层的岩性报造。
8．施工结束后，应检查混凝土强度，并应做桩体质量及承载力检验。
9．混凝土灌筑桩的质量检验标准见表7-90和表7-91。
混凝土灌筑桩钢筋笼质量检验标准表7-90
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
主筋间距
mm
±10
用钢尺量
2
长度
mm
±100
用钢尺量
一般项目
1
钢筋材质检验
设计要求
抽样送检
2
箍筋间距
mm
±20
用钢尺量
3
直径
mm
±10
用钢尺量
混凝土灌筑桩质量检验标准表7-91
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
桩位
见表7-89
基坑开挖前量护筒，开挖后量桩中心
2
孔深
mm
＋300
只深不浅，用重锤测，或测钻杆、套管长度，嵌岩桩应确保进入设计要求的嵌岩深度
3
桩体质量检验
按基桩检测技术规范。
如岩芯取样，大直径嵌岩桩应钻至桩尖下50cm
按基桩检测技术规范
4
混凝土强度
设计要求
试块报告或钻芯取样送检
5
承载力
按基桩检测技术规范
按基桩检测技术规范
一般项目
1
垂直度
见表7-89
测套管或钻杆，或用超声波探测。
干施工时吊垂球
2
桩径
见表7-89
井径仪或超声波检测，干施工时用尺量，人工挖孔桩不包括内衬厚度
3
泥浆比重（粘土或砂性土中）
1.15~1.20
用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样
4
泥浆面标高（高于地下水位）
m
0.5~1.0
目测
5
混凝土坍落度（水下灌筑）
mm
160~220
坍落度仪
（干施工）
mm
70~100
6
钢筋笼安装深度
mm
±100
尺量
7
混凝土充盈系数
＞1
检查每根桩的实际灌筑量
8
桩顶标高
mm
＋30
－50
水准仪，需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体
9
沉渣厚度：
端承桩
mm
≤50
用沉渣仪或重锤测量
摩擦桩
mm
≤150
10．桩基工程桩位验收应按下列规定进行：
（1）当桩顶设计标高与施工场地标高相同时，或桩基施工结束后，有可能对桩位进行检查时，桩基工程的验收应在施工结束后进行。
（2）当桩顶设计标高低于施工场地标高时，可对护筒位置作中间验收，待承台或底板开挖到设计标高后，再作最终验收。
11．桩基工程验收时应提交下列资料：
（1）工程地质勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更及材料代用单等。
（2）经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况。
（3）桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单。
（4）成桩质量检查报告。
（5）单桩承载力检测报告。
（6）基坑挖至设计标高的基桩竣工平面图及桩顶标高图。
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