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编制单位:重庆市少云建筑安装工程有限公司技术负责人：编制人2010年6月22日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。以我之前工地为例，在建工程为砖混、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房屋建筑、桥梁、桩基工程的施工中。第二章施工方法2.1、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。2.2、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。2.2.1、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；2.2.2、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；2.2.3、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2.3人工挖孔扩底桩承载力实验研究通过桩基规范测试元件的试验，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。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2.3.1现场试验本文通过地质勘察所提供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)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。2.3.2结果分析（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，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)25～3510～2020～3030～4035～45180～24040～60桩土相对位移(mm)3～73～102～54～83～810～203～6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。2.3.3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）综合折减系数人工挖孔桩静荷载试验资料，研究了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。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)650～9501600～2000800～16001600～2400冲钻孔桩端极限承戴力qp(kPa)1200～20003000～60001500～30004000～5000q'q/qp54%56%53%45（2）系数通过桩不同扩大头尺寸、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。2.3.4结论从现场试验研究了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)。第三章监控与救援方案3.1灌注桩孔的施工与质量验收：3.1.1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”。3.1.2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。3.1.3当桩净距小于2倍桩径且小于