人工挖孔桩具有机具设备简单,施工操作方便,占用场地小,无泥浆派排出,对周围环境及建筑物影响小,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,近几年得到广泛运用,特别是在扩大头的桩基施工中,人工挖孔桩施工更有其优越性,可以弥补机械施工的一些不足。笔者就某水利工程的通讯塔建设谈谈挖人工挖孔桩桩基的施工。
1 工程概况
该微波通信塔采用刚框架结构,高75m,基础采用四根人工挖孔桩,桩与桩之间在地面高程以承台梁结构相连。挖孔桩为端头扩大头的灯泡型,其主要设计参数为:桩长6.8 m,上部长4.1 m,内径1 m(不含混凝土护壁厚0.1~0.2 m),下部长2.7 m,扩大头直径为2.8 m(没有混凝土护壁)。桩内设主筋为16φ18的钢筋笼,桩上部设1.4m×1.4m×1.2m(高)承台,并预埋成品地脚螺栓与塔身相连,混凝土等级为C20。该工程于2002年10月开始施工,濒于当月完成。
2 施工前的准备工作
2.1 在正式施工前,应具备以下工程资料。主要包括建筑物场地的工程地质和必要的地下水位资料;桩基施工图纸会审纪要;建筑场地地下管线(管道)资料;主要施工机械及其配套设备的技术性能治资料;桩基的施工组织设计或施工方案以及桩基钢筋混凝土所用建材(水泥、砂石、钢筋)的质检报告。
2.2 施工前要制定周详的质量管理措施。在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位置;指定施工工序检查程序;制定不良天气(雨季)施工的技术措施。
2.3 人工挖孔桩施工中安全措施非常重要,施工单位必须高度重视,应做到以下措施保障:孔内设应急爬梯供人员上下井;施工人员进入孔内必须戴安全帽;使用吊笼、电葫芦等应有安全可靠的自动卡紧保险装置;开挖深度超过10m时应配有通风设备;挖出的土石方应及时运离孔口,不得堆放在孔口四周1m范围内,机动车辆的通行不得对井壁造成安全影响;要注意安全用电,井下照明应采用12V以下安全灯。
3 施工过程
3.1 人工挖孔的施工
3.1.1开始挖孔前,要平整好场地,清除地表松软土层和一切杂物,布置好控制网,根据监理复合过的桩基位置,采用十字交叉法订立每一孔桩的位置,并在桩位外设置定位龙门桩。
3.1.2根据设计桩径及护壁厚度在地面上放出开挖线,然后向下挖深1m,浇筑混凝土井圈第一节护壁。井圈应高出地面20cm,且应加厚10cm。而后将桩位纵横中心线测放到井圈上,并测出孔口控制高程,以利于下部掘进的高程控制,且要求第一井圈的中心线与设计轴线的偏差不得大于2cm。井圈高出地面还有利于防止地表水在施工过程中进入井内。
3.1.3修筑钢筋混凝土井圈应保证护壁的配筋和混凝土浇筑强度。上下节护壁的搭接长度不得小于5cm,每节护壁在当日施工完毕后宜养护24h后拆除;发现护壁有蜂窝、漏水现象时,应及时补强以防止造成事故。该工程中原设计护壁为C10素混凝土,厚度0.1~0.2 m,考虑到设计强度低,在施工中改为C20素混凝土施工,这样经过24小时后拆模强度可达3mpa以上(日平均气温在15度以上),增加了施工的安全系数。
3.1.4 进行第二节井孔土方开挖时,先从井口用垂球吊线找出井孔中心点,并在井孔底部打一短木桩,将桩中心投影到木桩顶上,以此为据进行第二节护壁的土方开挖。在开挖过程中应该密切注意地质状况的变化。
3.1.5 重复上述过程即可完成挖土护壁的工作,直至桩底设计高程。在施工过程中,应该以每一节护壁为验收步骤,合格后方可进行下节的开挖施工。挖至设计标高时,孔底不应有积水,终孔后应清理好护壁上和孔底的渣物,验收合格后方可进行下步混凝土的浇筑。
3.1.6 该工程人工挖孔桩的特殊之处还在于它下部扩大头的施工,其上部施工同其它挖孔桩一样,但其下部开挖要特别注意开挖的进度和施工安全,因为该桩下部扩大头部分高2.7 m,扩大头直径为2.8 m,孔壁成倒坡,且没有混凝土护壁。扩大头完成后,清渣、验收和浇筑混凝土要求工序紧凑,可减少土层坍塌的机率。在施工中还安排专职技术人员监督开挖土层的地质状况,并备有人员应急上爬梯,遇见异常情况可及时处理,确保施工安全。由于本工程前期地质勘探准确,设计开挖扩大断面合理,没有出现土方坍塌事件。
3.2 混凝土的浇筑
混凝土的浇筑应在成孔后及时施工。关于钢筋笼的加工、制作和安装,以及混凝土的浇筑、桩头处理,等同于其它常规灌注桩的施工,在此不再赘述。只是在混凝土浇筑时应使用串通,从桩的一侧下料,人工摊铺并振捣;在有地下水时可用导管进行水下混凝土浇筑。本工程混凝土浇筑的特点在于桩上部承台的浇筑,因承台上有塔脚垫板和地脚螺栓埋件,要求在混凝土浇筑时要再次校正各桩的相对位置以及埋件与桩中心的相对位置,避免不必要的返工。
3.3 成桩质量检验
在施工中我们要求做到每根成桩应该具有钢筋加工检验记录,混凝土拌和物质量记录,混凝土试块资料及桩身完整性检测资料。因为本工程的桩属于抗拔桩,所以未作承载力检验。通过对有关试验资料的分析,证明该工程挖孔桩施工质量是优良的。
4 人工挖孔桩施工过程中易出现的问题
4.1 地下水问题。
地下水对人工挖孔桩的施工影响最大。当地下水位不大时可进行单桩桩内抽水;当地下水位较大时可采用多桩同时抽水法来降低地下水;如果桩设计深度不大时可考虑在场地四周设置井点排水。
4.2 流沙层问题
人工挖孔桩在开挖时,如果遇到细砂、粉砂层地质时,再加上地下水的作用,极易形成流砂,严重时发生井漏,造成质量和安全事故。因此要采取有效可靠的措施。在流砂情况较轻时,可缩短挖孔层深,正常的1 m左右一段改为0.3~0.5 m,并随挖随检随护壁;在流砂情况较严重时,常用下钢护筒的方法,钢护筒同钢模板相似,以孔外径为直径,可分为4-6段圆弧。
4.3 淤泥质土层问题
在遇到淤泥质等软弱土层时,一般可用木板模板支档,同时缩短开挖深度,并及时验收浇筑混凝土护壁。
总之,人工挖孔桩施工时,一旦遇到不利的地质条件,除制定单桩的施工措施外,应该合理安排人工挖孔桩的施工顺序,对减少施工难度起到重要作用,在制定施工方案时要依据实际情况综合分析,统筹安排,在可能的情况下,先施工较浅的桩,后施工深一些的桩,先施工外围(或迎水部位)的桩,后施工中部的桩。
5 结语
通过本工程的施工,笔者认为人工挖孔桩的优点是显而易见的。人工挖孔桩不仅在良好的地质条件可以广泛应用,而且随着施工技术的改进,在有地下水、流砂层和淤泥质土质中也得到了发展和应用。客观地说,人工挖孔桩在良好地质条件的地基中运用时更能发挥其优越性。当扩大头人工挖孔桩在不良地基中运用时,其扩大头部分极易坍塌造成质量和安全事故,应该慎用。因此我们在做桩基设计时,一定要重视地质勘探资料,在地质状况不良的情况下,宜采用其它桩基型式进行设计施工。
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