人工挖孔灌注桩基础施工专项方案.docx

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人工挖孔灌注桩基础施工专项方案

人工挖孔灌注桩基础施工专项方案

第一章概述

　　采用人工挖孔灌注桩做基础，具有机具设备简单，施工操作方便，占用施工场地小，对周围建筑物影响小，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低等优点。

因此得到广泛应用。

以我之前所在的实习工地为例，建成和在建的砖混、底框和框架建筑大部分采用人工挖孔灌注桩基础，这主要是该地域的地质条件等因素造成的。

人工挖孔灌注桩适用于土质较好、地下水位较低的黏土、亚黏土、含少量砂卵石的黏土层。

可用于高层建筑、公用建筑、水工建筑做桩基，作支承、抗滑、挡土之用。

对软土、流砂、地下水位较高、涌水量大的土层不宜采用。

　人工挖孔灌注桩是一种通过人工开挖而形成井筒的灌注桩成孔工艺，适用于旱地或少水且较密实的土质或岩石地层，因其占施工用场地少、成本较低、工艺简单、易于控制质量且施工时不易产生污染等优点而广泛应用于桥梁桩基工程的施工中                    

 第二章工程概况 

河南省道信阳至南洋段改建工程为河南省2004年路网建设重点项目，全长54.445公里。

而为了该工程而进行的民建项目就成了所必需的步骤。

该建筑工程为五层住宅楼，共三幢，建筑位置位于河南省北部境内，西倚太行山，地形多呈丘陵、盆地和河谷地形，起伏较大，基岩裸露，有稀疏植被，土质多为黄褐色、棕褐色亚粘土和灰黄色黄土，地下水主要靠大气降水供给，水位较低。

所以当时开挖基础时设计均为灌注桩基础，桩径有120cm和140cm两种。

在灌注桩的施工中全部采用了人工挖孔灌注桩的施工工艺，取得了理想的效果，现结合本工程对人工挖孔灌注桩施工工艺进行详细介绍，希望能对其他类似工程的施工提供借鉴。

  第三章 施工方法

3.1、挖孔及护壁

　　人工挖孔灌注桩需要进行人工开挖、扩壁、土石方外运和护壁，是与其他灌注桩类型最大的区别之处。

　　挖孔、护壁两道工序是紧密相连的也是挖孔桩施工的重要工序，为了保证成孔的安全，在每开挖一米深时，要及时浇注砼护壁。

在放线定位后，将桩周围用护栏打围，防止行人进入，确保施工安全，准备好手动葫芦、铅桶、手推运渣车及抽水泵（如地下水位高时要在桩周围打井点降水）。

　　所有准备工作就绪后进行第一米开挖，挖孔桩第一米开挖、护壁、锁口砼是整根挖孔桩的开始，也是护壁砼成功的关键，开挖到位后，马上埋设锁口钢筋，在每节护壁与下一节护壁之间要埋设连接钢筋（间距20cm），为了保证挖孔的可操作性，挖孔、护壁节与节之间采用锯齿形（锯齿形也能增加桩的摩擦力）。

挖孔桩每天只能挖一米，挖好后要及时安设护壁模板，并在当天浇注好砼，夜晚则是护壁砼养护时间；在开挖过程中要严格控制桩的中心线，以保证桩身尺寸满足设计要求；孔内排水一般采用明排，如渗水量过大，必须在孔周围打井点降水；在挖孔到一定深度时，土质情况会发生变化，会碰到岩层，对于坚硬的岩石，可采用风镐掘进，如开挖至设计标高仍未碰到岩层，要根据实际情况超挖。

　　3.2、成孔、浇注桩身砼

　　挖孔达到设计标高后，要及时对成孔的各项数据（桩径、偏差、桩底渗水量）进行分析，以便及时采取补救措施；桩身钢筋笼在预制场地上分段加工，在成孔前就要运至孔边，安放到位后要及时固定，以防止其上浮；浇注砼前，要安放好导筒，要再次检查孔底渗水量，渗水量过大，要采用水下砼浇注，如检测需要，可埋设声测管。

有了简单概述后现再关于人工挖孔灌注桩施工及质量控制要点简述如下，在此提出的施工及质量验收要点，应是确保整个工程质量与安全的关键。

　　3.2.1、收集资料：

　　在正式施工前应具备必要的下列工程资料：

（1）建筑物场地工程地质和必要的水位地质资料；

（2）桩基施工图及图纸会审纪要；

　　（3）建筑场地和邻近区域的地下管线（管道、电缆）资料；

　　（4）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料；

　　（5）桩基的施工组织设计或施工方案；

　　（6）桩基钢筋砼所用建材（水泥、砂、石、钢筋）的质检报告；

　　3.2.2、施工前质量管理措施：

　　1）施工平面图上应标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施的位置；

（2）制定施工作业计划和劳动力组织计划；

　　（3）制定机械设备、工具、材料供应计划；

　　（4）制定季节性（冬、雨季）施工的技术措施；

　　3.2.3、安全措施：

　　人工挖孔灌注桩应采取下列安全措施：

（1）人工挖孔灌注桩施工的重要因素是安全控制，施工操作面小，挖孔深度深，不确定因素多，地下水位过高，天气环境恶劣等等因素严重影响挖孔桩施工的安全，安全控制是重中之重；

（2）在开挖前，孔周围要用护栏隔离好，施工时孔口边缘不能摆放尖锐的施工用具，孔口处根据现场条件要安全安放网，防止物体落入孔底，如不施工时，护栏要封闭，要将孔口用盖板盖好

（3）挖孔时因孔内潮湿，照明灯电压不能超过36伏，在手动葫芦运渣及吊运护壁模板时，孔上孔内操作人员要密切联系，保持精神高度集中，孔口操作人员一定要将安全带与护栏连接，以防止跌入孔中；

（4）挖孔到一定深度时，要经常探测孔底氧气含量及是否有毒气，如氧气含量过低或存在毒气，要在施工前进行通风换气；

（5）在排水时，孔底不能有操作人员，如孔底渗水量过大，要停止施工，及时采用井点降水，如碰到流沙等不良地质情况要另行处理，如遇上恶劣天气，要停止施工

3.3 人工挖孔扩底桩承载力实验研究

现场通过11根有埋设测试元件的现场试验，研究了软土地区人工挖孔扩底桩的荷载传递机理及侧阻力、端阻力的变化规律，文中统计和分析了300根人工挖孔桩的静载试验资料，提出了承载力的计算方法和桩端常用土层的极限承载力取值范围。

由于人工挖孔桩具有直径大、能扩底、单桩承载力高、造价便宜、施工质量易保证、施工机械简易、施工速度快以及对环境影响小等优点，被广泛运用于多层或高层建筑物的基础。

但从收集的300根桩静荷载试验资料看，有130根桩实测单桩承载力达不到设计要求，占总数的43%。

这说明河南地区人工挖孔桩不论在设计、施工和对该桩型适用性的认识上均存在问题，很有必要对人工挖孔桩的受力特性和承载力问题做进一步研究。

现就本工程土质及建筑的特点附上人工挖孔扩底桩承载力实验研究

3.3.1现场试验

本文通过对11根桩在桩侧主要土层的分界面和桩身开始扩大处埋设钢筋应力计的现场试验研究桩身荷载传递状况，探讨桩土之间相互作用关系；在桩底扩大头边缘和中心点位置埋设土压力盒，用于探讨桩端土压力的分布规律。

（1）桩身轴力分布

　　通过测量1、2、…、n等处应力计的应变值εi，换算各点的钢筋应力σi。

运用下式计算相应截面桩身轴力Qi：

Qi=Aσi（ε）　　　　　　　　　　　　　　　　

（1）

　　其中A为桩身横截面积。

　　各组试验的桩身轴力分布和桩顶荷载位移关系曲线Q～S

（2）桩侧阻力与桩端阻力

　　将外加荷载Q分为桩侧阻力Qs和桩端阻力Qp两部分考虑：

Q=Qs+Qp　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（2）

　　在试验测试中，桩端阻力为第n位置处桩身轴力，因此桩侧轴力：

Qs=Q-Pn　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）

　　　（3）土层桩侧摩阻力

　　试验中，由下面方法可以确定土层桩侧阻力与桩土相对位移关系。

　第i土层平均桩侧摩阻力由下式计算：

fi=（Qi-Qi+1）/Aci　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

　　Qi、Aci：

分别为第i测点桩身轴力和第i土层桩侧表面积。

　　对应相对位移s′i为：

　s:

为桩顶位移；hi、εi分别为第i土层厚度和第i测点应变值。

3.3.2结果分析和讨论

（1）受力机理分析

　　具有扩底的人工挖孔桩受力时，桩端土层受压挤密，扩大头两侧有侧挤；端角处发生应力集中而产生局部剪切，扩大头斜面上出现塌落松动区。

M.JTomlinson［1］认为由松动区引起的桩侧阻力减小的范围Ls在扩大头以上2d之间。

从本文的试验结果和有限元分析结果看，影响范围Ls在（2.0～3.0）（D－d）之间，

　河南地区人工挖孔桩的破坏过程视持力层不同而变化，因地下水较为丰富，发生刺入破坏或因土层挤密引起沉降过大两种。

两种类型其Q～s曲线分为陡降型和缓变型两种，

（2）桩侧阻力分析

　　a桩侧阻力与桩顶位移变化关系

　　人工挖孔扩底桩侧阻力与等截面的冲钻孔桩的桩侧阻力变化关系不相同：

当桩顶位移小于某一范围时，桩侧阻力随桩顶位移增大（相应的桩顶荷载增大）而增大；当桩顶位移继续增大，桩侧阻力随着桩顶位移增大迅速减小，最终接近于零，桩顶荷载主要由桩端土层承担，直至达到极限状况。

从试验分析看，桩侧阻力达到极限时桩顶位移范围在3～6mm之间，相应桩侧阻力占桩顶荷载的40～60%。

　　上述现象的主要原因在于扩大头上部出现松动区，降低桩侧阻力，最终完全散失，桩顶荷载只由桩端土层承担。

当桩端土层达到极限状态时，该桩的承载力也达到极限状态。

　　b桩侧摩阻力与桩土相对位移关系

　　桩侧摩阻力达到最大值后的软化现象非常明显。

从试验结果可得本段所研究的主要土层极限桩侧摩阻力取值与所对应的桩土相对位移范围，见表1所示

表1主要土层极限桩侧摩阻力取值和桩土相对位移

土层

粘土Ⅰ

淤泥

粉土

粉质粘土

砂质粘土

强风化岩

残积土

取值范围（kPa）

25～35

10～20

20～30

30～40

35～45

180～240

40～60

桩土相对位移（mm）

3～7

3～10

2～5

4～8

3～8

10～20

3～6

因此，人工挖孔极限桩侧摩阻力是相应冲钻孔桩的60～80%。

（3）桩端阻力分析

　　在同样的桩侧土层条件下，桩端持力层强度较高的桩其桩侧摩阻力要比桩端持力层强度较低的桩高，即桩端持力层强度越高，桩端阻力越大，桩端沉降越小，桩侧摩阻力就越高，反之亦然。

即悬底桩测出的桩侧摩阻力要比实底桩测出的桩侧摩阻力小。

　　从上述桩侧阻力分析可知，人工挖孔扩底桩受力形式是以端承力为主，因此桩端阻力分布和计算是承载力计算的主要问题。

从试验结果可知：

在有地下水时，桩端持力层落在粘土或残积土的桩底反力分布是端角处土压力比中央处土压力略大，持力层是先受压挤密，到一定程度后发生刺入破坏；而对于有采用降水措施或桩端落在良好的强风化土层时，桩底反力分布为端角比端中央大较多，桩底土层受力过程是端角出现局部剪切而后逐渐向中央发展，直至发生整体剪切破坏；而持力层落在含粘土碎卵石层时，桩端土为受压挤密直至桩顶发生过大沉降，Q～s曲线为缓变形。

3.3.3承载力的确定

　　通过上述试验结果分析，当有地下水存在且桩长在15m之内时，人工挖孔扩底桩极限承载力按下式计算：

fi=（Qi-Qi+1）/Aci　　　　　　　　　　　　　（6）

式中Qu：

为单桩极限承载力。

　　Ap、qp、qpk：

分别为扩大头横断面积、桩端极限阻力和冲钻孔桩端极限阻力。

　　η、ηc、ηs：

分别为综合拆减系数、成桩条件系数和尺寸效应系数。

（1）综合折减系数

　　本次收集了信阳地区300根人工挖孔桩静荷载试验资料，研究了该地区主要土层桩端极限承载力的取值约为冲钻孔桩端极限承载力的40～60%，见表2所示。

即综合折减系数为0.4～0.6。

 信阳主要土层桩端极限承载力取值范围　　　　　　　表2

主要持力层

粘土

含粘土碎卵石

残积土

强风化岩

人工挖孔桩端极限承载力q'q（kPa）

650～950

1600～2000

800～1600

1600～2400

冲钻孔桩端极限承戴力qp（kPa）

1200～2000

3000～6000

1500～3000

4000～5000

q'q/qp

54%

56%

53%

45

（2）系数　

　通过17根不同扩大头尺寸、相同持力层（砂质粘土）的静荷载试验结果和6根不同扩大头直径的模型桩试验，研究了不同扩大头直径的桩端极限承载力变化关系。

（3）成桩条件系数

据式（6）、综合折减系数和尺寸效应系数，可以确定人工挖孔桩的成桩条件系数为0.6～0.8。

3.3.4结论

　　从现场试验研究了河南信阳地区人工挖孔桩的受力特性和承载力问题，得出了以下结论：

（1）对于桩长不太长（5m～15m）时，扩大头上部一定范围内存在松动区，降低桩侧阻力。

当桩顶位移达到一定程度时桩侧阻力达到极限状态，桩顶位移继续增大，桩侧阻力迅速减小。

桩侧摩阻力达到极限时，桩顶位移变化在3～6mm之间，对应的桩侧阻力占桩顶荷载的40～60%。

（2）由于地下水的作用，桩端土层力学性能明显降低，桩端持力层为粘土和残积土时，桩端土层受力为先受压挤发生局部剪切破坏而后发生整体刺入破坏；持力层为有采用降水措施的残积土和强风化岩层时，桩底边缘土先局部受剪，逐渐向内部发展最终为整体剪切破坏；持力层为含粘性土碎卵石层时，桩底土层为受压挤密，Q～s曲线为缓变型。

　　（3）当桩长较短（l＞15m）时，人工挖孔桩的承载力按端承载进行计算；对于桩身较长的桩，要考虑扩大头上部松动区对桩侧阻力的影响，桩侧阻力可以取相应冲钻孔桩侧阻力的80%。

地下水的存在很大程度上降低了桩端土层力学性能，使桩端土层产生软化效应，故其桩端极限阻力为相应冲钻孔桩端极限阻力的40～60%。

　　（4）扩底桩存在尺寸效应问题，对于福州地区人工挖孔桩，扩大头的尺寸效应系数可以采用式（7）计算。

　　（5）人工挖孔桩受力时，桩端扩大头处土层出现拉应力区，表现为扩大头上部一定范围内桩周土出现临空面。

因此当人工挖孔桩桩长较长（l＞15m）；考虑桩侧摩阻力时，需按有效桩长计算。

有效桩长Le=l-（2.0～3.0）（D-d）。

第四章监控与救援方案

　4.1灌注桩孔的施工与质量验收：

　　4.1.1对地质资料、检验设备、工艺及施工技术要求是否适宜，桩在施工前，宜进行“试成孔”。

4.1.2 根据建设单位测量基准点和测量基线放样定位，经监理复核，用十字交叉法定出孔桩中心。

桩位应定位放样准确，在桩位外设置定位龙门桩。

并派专人负责。

4.1.3 当桩净距小于2倍桩径且小于2.5m时，应采用间隔开挖。

4.1.4　第一节井圈护壁的中心线与设计轴线的偏差不得大于20mm；井圈顶面应比场地高出150~200mm，壁厚比下面井壁厚度增加100~150mm。

4.1.5 修筑钢筋砼井圈护壁应保证：

护壁的厚度、配筋、砼强度符合设计要求；上下节护壁的搭接长度不得小于50mm；每节护壁在当日施工完毕；护壁模板在24h后拆除；发现护壁有蜂窝、漏水现象时，应及时补强以防造成事故。

　　4.1.6挖至设计标高时，孔底不应积水，终孔后应清理好护壁上的淤泥和孔底残渣、积水，然后进行隐蔽工程验收。

验收合格后，应立即封底和灌注桩身砼。

　　4.1.7成孔的允许偏差应满足：

桩径±50mm，垂直度0.5%，桩位±50mm.且底部扩大段要按设计挖成圆台状，保证尺寸。

　4.2钢筋笼的制作与质量验收：

　　4.2.1钢筋进场要验收，要有质保单，并要求作力学性能试验和焊接试验，合格后才能启用。

　　4.2.2焊条要有质保单，型号要与钢筋的性能相适应。

　　4.2.3钢筋笼制作严格按设计加工，主筋位置用钢筋定位支架控制等分距离。

主筋间距允许偏差±10mm；箍筋或螺旋筋螺距允许偏差±20mm；钢筋笼直径允许偏差±10mm；钢筋笼长度允许偏差±50mm.

　　4.2.4加颈箍宜设在主筋外侧，以加强对钢筋笼的箍子作用，且不会增加施工难度，主筋一般不设弯钩。

　　4.2.5钢筋笼搬运和吊装时，应防止变形；安放前需再检查孔内的情况，以确定孔内无塌方和沉渣；安放要对准孔位，扶稳、缓慢、顺直，避免碰撞孔壁，严禁墩笼、扭笼。

　 4.2.6注意钢筋笼的标高，到达设计位置后应采用工艺筋（吊筋、抗浮筋）固定，避免钢筋笼下沉或受混凝土上浮力的影响而上浮。

　　4.2.7钢筋保护层的厚度为无护壁时70mm、砼护壁时35mm.保护层用水泥砂浆块制作，当无砼护壁时严禁用粘土砖或短钢筋头代替（砖吸水、短钢筋头锈蚀后会引起钢筋笼锈蚀的连锁反应）。

垫块每1.5-2m一组，每组3个，圆周上相距120°，每组之间呈梅花形布置。

保护层的允许偏差为±10mm.

　　4.2.8当成孔深度与设计深度不同时，钢筋笼长度也宜随之变化，但摩擦桩的钢筋笼长度可不变。

　　4.3砼灌注施工

　　4.3.1检查成孔质量合格后应尽快灌注砼。

在灌注砼前，应进行清孔工作，要求孔壁、孔底必须清理干净，孔底无浮渣，孔壁无松动。

孔底沉渣厚度应符合端承桩?

?

50mm、摩擦端承桩和端承摩擦桩?

?

100mm、摩擦桩?

?

300mm.

　　4.3.2当有地下水而渗水量不大时，则应抽除孔内积水后，用串筒法灌注砼，串筒末端离孔底高度不宜大于2m，砼宜采用插入式振捣器振实。

如果渗水量过大，积水过多不便排干，则应用导管法水下灌注砼。

　　4.3.3砼的粗骨料可选用碎石或卵石，其最大粒径不宜大于50mm，并不大大于主筋净距的1/3.

　　4.3.4坚持按配合比投料，砼坍落度不宜过大，以5-8cm为宜，每50cm为一层及时振捣，砼灌注要保持连续。

坍落度损失大于5cm/h时，要调整配比。

　　4.3.5砼拌合料质量控制，每盘砼的拌和时间不得少于90秒，开始搅拌时必须做一次坍落度检测，调整好流动性，且具有较好的粘聚性，灌注时作坍落度损失的观察，以指导砼配合比的调整，拌好的砼应立即使用，有离析现象严禁灌入桩孔。

　　4.3.6注意桩头砼的标高，应适当超出设计标高，以保证在凿除浮浆层后，桩头进入承台内50~100mm.

　　4.3.7桩身砼必须留有试件，对直径大于1m的桩，每根桩应有1组试块，且每100m3砼及每个灌注台班不得少于1组，每组3件，试件的制作必须客观真实，严禁“开小灶”。

　　4.3.8气温高于30℃时注意缓凝，气温低于0℃时注意抗冻。

　　4.4、成桩质量检验：

　　4.4.1砼试块强度的质量检验和桩身动检，桩身动检包括大应变和小应变，可测出桩长、缩径、扩径、断桩及可估算出砼强度，质量检验和桩身动检必须合格。

　　4.4.2建议有条件的按1~2%抽样，按慢速维持荷载法做竖向静荷载试验，必须满足设计要求。

　4.5钻孔灌注桩断桩的形成及预防浅见

4.5.1断桩的形成和原因

在钻孔灌注桩施工中，由于操作失误，设备不良及水文地质条件等的影响，极容易发生断桩现象，造成重大工程事故。

因此，找出失误原因，防微杜渐是施工人员必须解决的重大课题。

一般而言，常见的断桩形式有以下四种：

    （１）混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土软件充填。

原因是，由于导管下距孔底过远，混凝土被冲洗液稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固。

    （２）桩身中段出现混凝土不凝体。

原因是受地下水活动的影响或导管密封不良，冲洗液浸入使混凝土水灰比增大。

    （３）桩身中岩渣沉积成层，将混凝土桩上下分开。

原因是由于在浇注混凝土时，导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或因停电、待料等原因造成夹渣。

    （４）桩身出现空洞体。

原因是未采用“回顶”法灌注，而是采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段产生疏松、空洞现象。

    4.5.2断桩的预防

    对断桩的预防，笔者认为，是完全应该做得到的，而且，也是能够做得好的。

笔者提出以下的一些意见，供同仁参考。

    桩孔成孔后，必须认真清孔。

一般是采用冲洗液冲孔，冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定。

冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣。

    灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次灌注孔段的混凝土需要量。

特别要注意到基岩中的孔径扩展情况，避免首次灌注量不足。

    首次混凝土灌注量要满足把导管下端埋设０８米以上的要求。

    首次灌注时，起始部分或第１—２斗投料需采用水泥砂浆，并尽量做到一次性灌入孔内。

    灌注导管口径下限应控制在２００毫米以上。

导管下端应尽量光滑。

其连接处要加放“O”形密封圈，防止冲洗液浸入。

导管使用前要进行清洗，除掉污垢与残渣。

导管下端距孔底宜为０５米。

导管内水泥隔水塞应加放橡皮板，以增强隔水效果。

    混凝土配合比应合理，应严格控制其塌落度（一般控制在１６—２０厘米为宜）。

    在改变水泥标号、品种及生产厂家时，必须先做好配合比试验，按配合比控制质量。

    在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行止水处理，止水成功后方可灌注混凝土。

    采用从导管内灌入的“回顶”法进行灌注。

    准备灌注的混凝土要足量，在灌注过程中应避免停水、停电。