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富水砂层人工挖孔桩施工技术

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：王彩明何嘉骏劳振民李舜林统胡威

[导读] 摘要：人工挖孔桩作为一种经济实用的基础形式，在富水条件下砂土地层的施工，采用降水井方式降低地下水位以及采用钢护筒护壁与混凝土护壁相结合的方式解决施工中的涌水、涌砂难题，钢护筒安装采用千斤顶反压方式下压制砂层以下，保证率狭小空间富水地质条件下人工挖孔桩的施工安全。

        中国建筑第八工程局有限公司华南分公司广东广州 510670
        摘要：人工挖孔桩作为一种经济实用的基础形式，在富水条件下砂土地层的施工，采用降水井方式降低地下水位以及采用钢护筒护壁与混凝土护壁相结合的方式解决施工中的涌水、涌砂难题，钢护筒安装采用千斤顶反压方式下压制砂层以下，保证率狭小空间富水地质条件下人工挖孔桩的施工安全。
        关键词：人工挖孔桩；降水井；钢护筒；混凝土护壁
        Construction Measures of Manual Excavation Piles in Water-bearing sand layers
        Author（姓所有字母大写，名首字母大写）
        （China Construction Eighth Engineering Division Guangzhou Branch，Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510665，China）
        Abstract：As an economical and practical foundation form，Manual Excavation Piles are used in sandy soil stratum under water-rich conditions to reduce the water table and to solve the problem of water and sand gush during construction by combining steel casing retaining wall and concrete retaining wall.The steel casing is installed by jacking down to the sand layer to ensure the safety of artificially dug piles under water-rich geological conditions in a small space.
        Keywords：Manual Excavation Piles；Rainwater Well；Steel Casing；Concrete Retaining Wall
        0引言
        近几年来，人工挖孔桩施工技术在工民建施工中的应用十分广泛，人工挖孔桩具有承载力强、安全可靠、经济实惠的优点。在富水环境下的砂层中完成人工桩的施工，为了避免产生涌水、涌砂现象，必须要采取可靠的技术措施及安全措施，简要介绍了广东电网生产调度中心项目在含水砂层中施工人工挖孔桩时采用的有效技术措施。
        1工程概况
        广东电网生产调度中心项目位于海珠区琶洲大道以北，琶洲东轴线绿地以南，总用地面积27614m²，项目包括主塔楼、副塔楼、后勤综合楼、附属综合楼。基坑的支护形式为钢筋砼地下连续墙+钢筋混凝土内支撑结构体系，利用-2.50m、-7.80m标高的两道钢筋混凝土内支撑为地下连续墙提供侧向水平支撑。由于人工挖孔桩具有承载力强、安全可靠、经济实惠的优点，考虑到现场施工难度，板撑范围以及主副塔楼范围内的工程桩采用人工挖孔施工，共217根。
        人工挖孔桩桩端持力层为<5-3>层微风化粉砂质泥岩，要求桩身嵌岩深度不小于0.5m。桩身经过的主要土层自上而下为：
        粗砂（3-5）：灰白色，饱和，中密，分选性较差，平均厚度为3m。
        粉质粘土（4）：褐红色，稍湿，硬塑。为粉砂质泥岩风化残积土，平均厚度1.27m。
        强风化粉砂质泥岩（5-1）：褐红色，风化强烈，岩芯呈半岩半土状。局部夹少量中风化岩块，平均厚度1.63m。
        中等风化粉砂质泥岩（5-2）：褐红色，风化较弱，不规则小裂隙较发育。岩芯呈柱状、短柱状，局部块状。岩质稍硬，平均厚度3.23m。
        微风化粉砂质泥岩（5-3）：褐红色，青灰色，风化微弱，岩芯呈柱状。岩质较硬，锤击声较脆，平均厚度5.80m。
        勘察时场地地下水埋深0.50～3.51m，受大气降水及地下径流补给，地下水位标高在5.82～8.16m场地南侧不远为磨碟沙涌，北侧约500m处为珠江支流，场地内地下水位受珠江潮汐影响，地下水位变化0.50～1.00m。
        2工程重难点
        ① 场地地下水位较高，且人工挖孔桩施工时间主要是在广州雨季，降低地下水的影响以及应对降雨是本工程重点。
        ② 根据超前钻勘察结果，场地地下水的赋存方式主要是第四系松散岩类孔隙水，属潜水型。而本工程中人工挖孔桩孔口处主要穿过第四系松散岩层的中砂层以及粗砂层，由于中砂与粗砂分选性差，在该层施工容易发生涌砂现象，造成孔壁塌陷，影响施工人员作业安全。前期施工若采用常规护壁形式，易因涌水、涌砂现象而被迫停工。
        3施工工艺流程
        3.1 降低地下水措施
        场地四周已施工截水帷幕，砂层含水率较大，取20%，广州24小时内雨量暴雨50毫米，现场实际涌水量按600m³，故1米砂层地下水总水量约为
        21000*1*0.2+21000*0.05+600=5850m³ （3-1）
        7.5KW水泵每小时抽水方量约60m³，一天抽水约1440m³，一个降水井设置一台7.5KW水泵，现场设置4个降水井，则一天降水高度约为
        5850/（1440*4）=1m （3-2）
        降水过程应随开挖进度降水，保证水位距离工作面以下500mm，故按每天下挖一米考虑，4个降水井就可满足现场施工要求。
        3.2 人工挖孔桩施工
        3.2.1 施工前准备
        1）在正式施工前，准备好场地的工程地质和必要的地下水位资料、孔桩施工图纸会审纪要、主要施工机械及其配套设备的技术性能资料、孔桩的施工方案以及桩基钢筋混凝土所用建材的质检报告。
        3.2.2 人工挖孔施工
        对每根人工挖孔桩进行超前钻探，结果显示桩顶位于砂层的平均厚度在3.5m左右，则采用钢护筒作为砂层中的孔口支护形式，钢护筒高度大于砂层的厚度，壁厚为5mm；砂层以下是粉质黏土和砂质泥岩地层，则钢护筒以下采用的支护形式是砼护壁（见图1），人工桩的施工工艺如下：
        测量定位→钢护筒安放→开孔挖土→抽排水修整护壁→护壁筋绑扎→支模→校正中心→浇护壁砼→养护→拆模→验孔→桩芯钢筋笼制安→钢筋笼验收→浇桩身砼→循环往复→到达设计深度。

        图1 人工挖孔桩施工工艺示意图
        具体做法如下：
        （1）利用挖机对挖孔场地进行整平，使用全站仪对各桩中心准确放样，利用钢尺复核桩中心位置，从桩心向四周引出3倍桩直径的长轴线并用钢钉标定，控制桩中心
        （2）砂层采用的是钢护筒护壁，钢护筒总高度要大于地面到砂层底的高度，根据超前探结果存在大于5m的现象，因此钢护筒的总高度要因桩而异。现将钢护筒分开若干节（100 cm一节，壁厚5 mm）利用反压法压至开挖面以下。反压装置主要由工字钢、大行程千斤顶、工字钢连接板和方木垫板等组成。
        钢护筒压送做法如图2，反压装置主要由工字钢、大行程千斤顶、钢支架和木方垫板等组成。先将第一节护筒安放在桩位上，使第一节钢护筒的底面中心与桩截面中心重合，并将钢护筒调直放稳，如图2安装各设备。利用千斤顶将钢护筒反压至地层以下。每压送一节预留 30～40 cm在地面上，然后将第一节钢护筒与第二节钢护筒焊接后再往下压。送再进行预制钢护筒压送，循环压送、开挖，直至开挖至设计深度。最后一节钢护筒向下反压的时候要预留200mm的部分在地面以上，使地表水不会流入孔内以及杂物不会掉进孔内。
        图2 钢护筒安装示意图

（3）由于开挖的砂层富含地下水，钢护筒里有残留水，需要先核实护筒底中心是否偏位，将护筒里的水抽干后再进行往下开挖。钢护筒以下挖孔作业采用人工逐层开挖，由人工逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层用锤、钎或风镐破碎，挖土次序为先挖中间部分后周边，允许误差为30mm。开挖每一层都要校核孔径、轴线位移及垂直度，及时纠正施工误差（桩身直径容许偏差为≥-50mm，垂直度容许偏差为<1/200）。每天开挖一至两节，桩上部可适当加快，每下挖1000mm马上进行砼护壁工作。按设计要求沿周边用铁锤把护壁钢筋打一半入土中，再装护壁模板及浇筑砼护壁。本工程护壁砼强度为C40，厚度为150~200mm，护壁钢筋Φ10@200；护壁钢筋保护层厚度为20mm，上层竖向钢筋插入下层护壁内，搭接长度为250mm，错开500mm，如图3所示。

        图3护壁大样及护壁钢筋示意图
        4施工效果及评价
        从施工情况来看，利用降水井降低地下水的标高成效显著。而采用钢护筒作为孔口处的护壁阻水效果很好，将护筒外砂层的水完全阻挡，并且在施工过程中，没有出现涌砂现象，，加快了施工进度。人工桩孔身还是会出现少量的水，但采用抽水泵能很快将残留水抽排出去，整个施工过程有序且迅速。
        参考文献：
        [1]尹文纲.基于自反压钢护筒护壁人工挖孔桩施工技术研究及应用[J].科技与创新，2018（05）：145-147.
        [2]周永杰.人工挖孔桩技术在建筑施工中的应用[J].门窗，2012（10）：212-213.