闫冬 北京城建华晟交通建设有限公司，北京市 102115 摘要
随着我国建筑的蓬勃发展，对地基承载力提出了更高的要求，相应出现适用于不同土层的地基处理方式。人工挖孔桩作为一种传统而古老的地基处理方法， 在大量工程中得到广泛运用。研究高山滑雪中心建筑地基处理，大直径人工挖孔桩施工技术具有重大意义。 北京 2022 年冬奥会及残奥会延庆赛区场馆设施建设项目工程，子项国家高山滑雪中心集散广场及竞速结束区单体高度 35m，基础形式为独立基础+墩/桩基础，主体为钢结构+钢筋桁架楼承板+钢筋混凝土结构。设计桩基共计 254 根，其中 1.2m 大直径桩基共计 54 根，1.1m 大直径桩基共计 200 根。建筑四周环山， 地形陡峭，施工面积大，根本无法采用大型机械设备。 人工挖孔桩适用于直径 800mm 以上，无地下水或地下水较少的黏土、粉质黏土、砂卵石等土层。同时人工挖孔桩施工具有以下优势：
1、不受场地条件限制，工艺简单、施工方便、无需大型机械设备。
2、承载力高、受力性能可靠、抗震强、检查桩成孔外形尺寸及持力层方便。
3、大面积施工可分段多桩连续作业，工期快，可节约工程造价。 综上所述，本工程选用人工挖孔桩进行地基处理。目前桩基全部完成，检测结果满足设计要求（二级），在工期及劳动力等方面，均达到预期要求。
关键词： 高山建筑，地基承载力，地基处理，人工挖孔桩
目 录
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绪 论
地基处理方法即以提高地基土的承载力为目的，对地基进行必要的加固或改良，以保证地基稳定，减少建筑体沉降或不均匀沉降的方法。 常见地基处理方法有：孔内深层强夯法、换填法、微型钢管桩、高压旋喷桩及人工挖孔桩等。 1、孔内深层强夯法：即通过孔道将强夯引入到地基深处，用重锤对孔内填料进行高动能、超压强、强挤密的孔内深层强夯作业，使孔内的填料沿竖向深层压密固结的同时对桩周土进行横向的强力挤密加固，以使桩体获得串珠状、扩大头和托盘状，有利于桩与桩间土的紧密咬合，增大相互之间的摩阻力，变形模量高，沉降变形小，不受地下水影响， 地基处理深度可达 30 米以上。缺点：噪声大，对邻近建筑体存在扰动且施工周期长。 2、换填法：即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填强度较大材料，并分层夯实至设计要求的密实程度，以提高地基承载力。缺点：成本高且易产生过多渣土。 3、微型钢管柱：即在软弱地层中用机械钻孔，在孔内放入下料钢管，同时在钢管外围填满砾石，然后通过下料钢管高压灌入水泥浆，使水泥浆体与砾石形成形成微型桩，待达到设计强度后，对多余桩体截除并设置褥垫层。至此，桩间土体、微型桩与褥垫层共同作用形成复合地基，从而提高地基承载力。缺点：桩基数量多、成本高，不适合大面积施工。 4、高压旋喷桩：即用水泥浆以超高压流体形式从喷嘴射出，将松散土体、稍密卵石 层、砂层在超高压旋转喷射水泥浆作用下，被冲切破坏，与水泥浆混合固结，从而形成承载力较高的半刚性次混凝土桩体，待达到设计强度后，对多余桩体截除并设置褥垫层。至此，旋喷桩体、桩间土体、卵石层及褥垫层共同作用形成复合地基，从而提高地基承载力。缺点：需使用大型机械、单桩成本高，不适合大面积施工。 5、人工挖孔桩：即采用人工挖土、现场浇筑的钢筋混凝土桩。一般直径在 800mm 以上，能够承载压力较大的结构主体，目前应用比较普遍。缺点：施工作业条件差、劳动强度大、易造成安全事故。
通过对以上五种常见的地基处理方式进行类比，以质量、工期及经济效益等为前提， 高山滑雪中心工程地基处理优先选用人工挖孔桩。所以，高山滑雪中心建筑地基处理大直径人工挖孔桩施工技术的继续研究非常有意义。
一、工程概况
本项目位于北京市延庆区张山营镇小海坨山地区，北至北京市界以北 0.6 公里，南至西大庄科村村庄建设用地边界一公里，西至人头沟中部以北及西大庄科村村庄建设用地边界，东至小海坨峰顶山脊连接线及其延伸。将进行北京 2022 年冬奥会及冬残奥会所有高山滑雪项目的比赛。高山滑雪项目被称作是“冬奥会皇冠上的明珠”。场地所在山体有着900 米以上的落差，最高海拔 2198.39m。坡面长度达到 3000 米。服务于赛事雪道系统较为复杂，配套服务设施较为分散。国家高山滑雪中心包含主要项目为：超级大回转、大回转、回转、滑降、全能以及团体赛共计十一个项目。 国家高山滑雪中心第一标段包含三个部分：雪道工程、索道工程、附属建筑物工程。雪道工程包含 B1、C1 两条雪道以及敞廊、J7 技术道路隧道、J8 技术道路隧道；索道工程包含：A1、A2、B1、B2、C1、D、E、F、G 共 9 条索；附属建筑物工程包含：A1A2 索道中 站、集散广场及竞速结束区、竞技结束区、中间平台、PS200 造雪泵房、PS300 造雪泵房、山顶出发区共 7 个建筑物。
国家高山滑雪中心第一标段各功能区分布详见下图：
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鸟 瞰 图
设计桩基共计 254 根，其中 1.2m 大直径桩基共计 54 根，1.1m 大直径桩基共计 200 根。桩端持力层入块石-碎石，直径 1.1m 的单桩竖向抗压承载力标准值为 3000KN,直径 1.2m 的单桩竖向抗压承载力标准值为 3600KN。桩端入中风化岩层不小于 1.0d。桩基设计详参《国家高山滑雪中心项目岩土勘察报告（直接详勘）报告》。
1、工程地质条件
1.1地层概况
根据地勘成果，将本次勘探深度(40.0m)范围内的地层按成因年代划分为人工堆积层、第四纪坡洪积层、白垩纪侵入岩三大类，按岩性及物理力学指标划分为 4 个大层。为了便于设计使用，将延庆赛区场馆设施建设项目的地层统一编号，故本册报告中地层编号不连续。现将各地层的分布及特征分述如下。
(1)人工堆积层 壤土①层：一般厚度 0.30m~1.10m，以粉土为主，黄褐色，稍密，稍湿，含碎石及大量植物根系、腐殖质。
(2)第四纪冲洪积层 块石、碎石②层：杂色，密实~中密，稍湿，钻探揭露的碎石粒径D 一般=2cm~10cm，D 大=12cm，D 长=15cm，棱角状~次棱角状，含砂土、粉土约 20%~25%。开挖断面揭露碎石粒径
一般为 7cm-15cm，D 大=20cm，D 长=30cm，最大粒径在 1.0m 以上，棱角形，主要以粉土、砂土充填，含量约 20%~25%。该层块石粒径变化较大，场地内分布不均匀。
块石、碎石②1 层：杂色，密实，稍湿~湿，钻探揭露的碎石粒径D 一般=6cm~20cm，D 大
=25cm，D 长=30cm，棱角形，充填黏性土、粉土约 20%。 块石、碎石②2 层：杂色，密实，稍湿~湿(局部饱和)，钻探揭露的碎石粒径 D 一般=8cm~20cm， D 大=22cm，D 长=28cm，棱角形，级配较差，含黏性土约 15%。
粉质黏土、黏质粉土②3 层：褐黄，湿，可塑，含云母、氧化铁，偶见碎石。 强风化花岗岩⑥1 层：黄色显粉红，细粒结构，碎块状构造，矿物成分以长石、石英为主，含少量角闪石和黑云母。岩体节理较发育，完整性较差，岩芯呈短柱状、碎块状，一般柱长 5cm~15cm，最长柱长 20cm，锤击声较脆，可击碎。根据地质调查及周边已有资料， 高山滑雪中心基岩的强风化带厚度一般 2~5m，并与裂隙发育程度密切相关，多呈碎裂结构， 整体为破碎。
图 1.1.1-1 典型工程地质剖面示意
1.2土层力学参数
表 1.2.1-1 地基岩土承载力及工程设计参数建议值
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2、气象、水文条件
2..1 气象条件 本项目场区由中低山向平原过渡，属大陆季风气候区，是温带与中温、半干旱与半湿润的过度地带。由于海拔较高，地形呈口袋形向西南开口，故大陆季风气候较强，四季分明，冬期干冷，夏季多雨，春秋两季冷暖气团接触频繁，对流异常活跃，天气与气候要素波动，多风少雨，全区多年平均降水量为 436 mm。多年平均气温 8.7℃, 7 月份平均气温23.2℃，1 月份平均气温为-8.8℃，最高气温 39℃，最低气温-27.3℃。全年无霜期 150~160天。
2.2水文条件 延庆区内共有四级以上河流 18 条，其中主要河流有白河、妫水河两条。总属海河水系，分属潮白河、永定河、北运河三大水系。本工程场区附近分布的水系主要包括佛峪口河、佛峪口水库。 （1）佛峪口河属于永定河水系妫水河支流，起自张山营镇西大庄科村，在场地西南边界约 20m~100m 处流过。流经张山营镇西大庄科村、松山自然保护区、佛峪口水库、佛峪口村、张山营村、西卓家营村，最后汇入官厅水库。该河全长 18km，其在松山自然保护区段长度为 7.9km，流域面积为 70.5 平方公里。场地附近常年性溪流大西沟、大东沟和兰角沟汇入佛峪口河。此外，西大庄科村正北方向约 500m 处发育有一条小溪，沿地势向东南流动，距场地西北边界最近约 45m，水流长度约 400m，在沟谷中地势相对平坦处下渗后断流。如下图所示：
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（2）佛峪口水库位于延庆区境内张山营镇佛峪口沟上。距北京市中心约 90 公里。1970
年 1 月动工，1974 年 12 月竣工。总库容 205 万 m3，控制流域面积 52 平方公里，建有大
坝、小水电站 2 座和东西灌渠。大坝为混凝土溢流拱坝，最大坝高 49 米，坝顶长 133 米，
宽 2.7 米；小水电站装机总容量为 481.4 干瓦，灌渠总长 16.5 公里，灌溉农田 0.8 万亩。水库上游有北京市第二高峰海坨山和国家级松山森林公园自然保护区。
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佛峪口水库(镜向北) 佛峪口水库大坝(镜向南)
（3）地表水：
1）拟建工程场地范围内无地下水分布。 2）结合地形地貌特征分析，丰水期或遇降水等气象条件时，竞技结束区内局部洼地可能汇集地表水，西侧大石板沟及大石板东沟沟谷内可能形成地表径流；高山集散广场及竞速结束区位于两个沟谷交汇处，汇水条件较好，该区域易形成地表径流，局部洼地可能汇集地表水。
3）中间平台及山顶出发区现状场地不具备汇集地表水条件。 （4）地下水：地下水类型为潜水，含水层岩性以块石、碎石为主，部分区域地下水以滞水形式赋存于中等风化及强风化花岗岩内，受地形起伏及基岩裂隙变化影响，水位标
高变化较大。由于拟建场区内为第四系孔隙水，且水位埋深较深，故对拟建赛道、建筑物、索道等影响不大。
二、施工方法
1、工艺流程
定位放线→C20 砼井圈→把纵横轴线和桩线施测在井圈上→搭设防雨棚（兼做土石方提运架）→开挖第一桩土石方→检查复核开挖的半径→制作护壁钢筋→支设护壁模板→检查校正固定→浇筑护壁混凝土→纵横轴线、桩线、标高均施测在砼护壁上，作上标记→重复土石方开挖护壁工序直至基岩→桩岩心取样→嵌岩部分采用机械水钻开挖→清理杂物、积水→验收→混凝土封底→吊装桩钢筋笼→检查验收→浇筑桩混凝土→养护→桩身混凝 土质量检测
2、测量定位
2.1轴线控制
2.1.1桩位定线 布设施工测量控制网，经校核无误后，按照设计图纸测定桩位轴线方格控制网和高程基准点。放样时以长 300~500mm 的木桩或铁钎打入地下标定桩孔的中心，出露高度 50~80mm， 中心偏差不得大于 50mm。
2.2.2 锁口施工 为防止桩孔周围土石滚入孔内造成安全事故，也为了防止地表水流入桩孔，需在挖孔前浇筑井圈锁口，同时考虑在锁口外侧浇注一个绞盘（孔内出碴使用）的支承平台。桩锁口采用 C20 混凝土浇筑，并预埋插筋与第一圈护壁砼连接。井圈壁厚不少于 20cm，顶面高出施工基面 30cm，宽出井圈内壁 50cm。在第一节井圈的上口作桩位“十”字控制点，该井圈的中心线与设计轴线的偏差不得大于 20mm。
2.1标高控制
桩基开挖至一定深度（200mm～300mm），在坑侧壁的对角方向用两只水泥钉钉入侧壁或用红油漆作上“▼”，测量出该钉子所在位置的高程，用以控制桩基开挖底标高。
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3、桩基开挖
桩基开挖前，应搭设防雨棚（兼做土石方提运架）。周圈设安全栏杆并三面满挂 2m 高密目安全网，下班后把出渣口也挂上密目安全网。桩口上和桩下施工操作层上设置半圆状防护板，吊运土石渣时，下面的人员站在半圆板下，以防土石渣掉下伤人。半圆板为 50 厚木板，支放在护壁的楼上，离操作面 2m 高。挖出的土石方渣必须堆放在桩孔边外 1m 以外，且高度不大于 1.5m，并及时运走。
防雨棚兼土石方提运架 人工挖孔桩分节开挖，分节支护。开挖采用人工持铁锹、尖镐开挖，特殊情况配合风镐、风枪，甚至采用化学膨胀剂进行破碎岩块；桩孔开挖直径为设计桩径加 2 倍的护壁厚度。 挖孔作业采用人工逐层开挖，由人工逐层用风镐、锹、撬棍配合进行，挖土次序为先挖中间部分后周边，允许误差为 30mm。 每节挖土（不得超挖）完成后，及时用支模现浇砼护壁。桩护壁上段竖向筋按设计要求将钢筋伸入下段护壁内，伸入长度不小于设计要求的长度。上下节护壁的搭接长度不得小于 100mm，上下护壁钢筋搭接不小于 300mm。 当地下水量不大时，随挖随将泥水用吊桶运出。如水量较大，吊桶已满足不了排水， 先在桩孔底挖集水坑，用高程水泵沉入抽水，边降水边施工，水泵的规格按抽水量确定。为用泵安全，每个泵都安装漏电保护器，如有异常就自动跳闸。施工时排水要远离施工场地，防止水倒流入孔，已挖基孔四周应设阻水坝，防止雨水灌入基孔。
开挖通过地下水质土层时，缩短开挖进尺，随时观察土层变化情况，当深度达到 5m 时， 应加强通风，保证人员施工安全，有情况及时上报。 开挖过程中遇到孤石，首先请勘察单位验孔，如果对方同意终孔则停止开挖，如果不同意终孔，则采用风镐破碎直至终孔条件；如果孤石块体较大或入完整岩，可能需要爆破， 爆破工作委托专业的爆破单位实施。遇到掉落的孤石，人工用护壁混凝土填筑密实。
井下人员连续作业时间不超 2 小时，2 小时内必须换班。 挖孔至一定深度后，应设置孔内照明系统。受限空间内必须使用安全电压的行灯照明， 电压不得高于 36V，若果时潮湿场所或金属容器内，电压不得超过 12V，建议挖孔桩使用 12V 电压。所用电线、电缆具有足够的强度和绝缘性能。
孔深超过 5m 时应向井下送风，出风管口距操作人员应不大于 2m。 挖孔时，应经常检查孔内有害气体浓度，当二氧化碳或其他有害气体浓度超过允许值或孔深超过 10m、腐殖质土层较厚时，应加强通风。 在人下孔内施工前，使用采用四合一检测仪对受限空间内的可燃气体、一氧化碳、硫化氢、氧气浓度进行检测，符合要求，方可进行作业。必须有专业人员，对有限空间作业进行监护。
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4、护壁模板
护壁模板采用工具式定型内模分节支设，每节高度 1.0-1.2m，每节由四块组成，上小下大，“U”形扣牢固连接，模板上下各设两个半圆顶箍，不另设支撑。拆上节支下节， 循环使用(如下图)。
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5、岩芯取样
施工过程中，会同设计、地勘、业主、监理等相关单位确定取样部位、组数，及时送检、及时掌握地质情况。
6、验槽封闭
桩基开挖施工完毕后，收齐整理相关试验资料、取样资料，并立即组织设计、地勘、建设、监理、质监站等相关单位进行验收，及时封底。
7、钢筋加工
桩钢筋均在施工现场加工，加工技术要求如下： （1）进场钢筋必须有出厂证明或合格证、试验合格单，报请监理验收，现场见证取样进行原材复试。 （2）平整钢筋笼加工场地。钢筋进场后保留标牌，按规格分别堆放整齐，防止污染和锈蚀。
（3）钢筋笼采用塔吊吊装，钢筋笼制作一次加工成型，整体吊放。 （4）主筋连接采用剥肋滚轧直螺纹套筒连接。螺旋箍筋与主筋采用点焊及绑扎连接， 加劲筋与主筋采用点焊连接，加劲筋接头采用单面焊 10d。 （5）桩身钢筋笼制作好后，呈梅花型状@600 间距放置混凝土垫块，并且把混凝土垫块绑扎牢固，满足桩身钢筋保护层厚度。 （6）钢筋笼成型后，根据规范要求进行自检、隐检和交接检，内容包括钢筋外观、品种、型号、规格，焊缝的长度、宽度、厚度、咬口、表面平整等，结合钢筋焊接取样试验和钢筋原材复试结果，有关内容报请监理工程师检验，合格后方可吊装；
（7）钢筋笼全部入孔后检查安装位置，确认合格后，方可浇筑混凝土。
8、钢筋笼吊放
（1）下放钢筋笼前应进行检查验收，钢筋笼加工质量及尺寸不合要求不准入孔；记录人员要根据桩号按设计要求选定钢筋笼，并做好记录；
（2）入孔时轻放慢下，入孔后不得强行左右旋转，严禁高起猛落、碰撞和强压下放；
（3）为缩短下笼时间，应由 3～4 名落笼操作工人同时作业，保证钢筋笼平稳下放；
（4）钢筋笼入孔后应检查钢筋顶标高； （5）在每根钢筋笼安装时，须在对应的每根桩孔处设置 4 根φ18（HRB400E）钢筋， 作为安放定位钢筋，以确保桩基混凝土保护层厚度、桩身平面定位及标高控制。
9、混凝土浇筑
混凝土进入施工现场，应检查其坍落度及扩展度，不符合要求应予以退场处理，符合要求后方可使用。砼采用商品砼，坍落度控制在 140-180mm 内，施工时使用串筒浇筑，串筒底距浇筑面不超过 2m，每次下料高度可控制在 500mm 内。桩深超过振捣棒长度时，振捣棒用尼龙绳套住放下，工人利用钢筋笼为爬梯上下进行振捣，安全带一头固定人体上身， 一头应该悬挂在护壁预先预留的钢筋上面进行固定。提升、下放棒及控制电源由上面的人员负责，每一次下料，振捣工下去振捣一次，振捣必须密实，每次的振捣直到无气泡排出为止，严谨出现过振及漏振现象。振捣人员上来后再下料，重复至所浇部位。商品砼坍落度大和砂率大，砼浇到最上层时浮浆偏多，对承载不利。所以，要多浇砼把浮浆挤掉和挖掉（以及肉眼观察）振捣完成后，在今后不影响安放潜水泵位置用胶桶按一个窝，以便今后冲洗及积水能抽干净。桩芯砼浇筑高度通过上部结构柱插筋上的高程进行控制。考虑到混凝土浮浆，可以适当高出控制结构标高（200mm-300mm）。待混凝土养护 7 天后人工剔凿到设计标高。
10、桩基动测法检测
（1）布点 根据 JCJ106—2003《建筑桩基检测技术规范》规定，桩中心布置 1 个激振点，根据桩径大小，周围对称布置 2-4 个测点，中心点为激振点，边点为接收点，直径均为 100mm 接收点距激振点距离宜在 2/3 半径处。
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○传感器安装点 ·激振锤击点
（2）磨点要求
砼达到 70%设计强度且不小于 15Mpa 时（一般情况下 3 天后基本能达到），可进行检测。砼浇筑后 48h 可开始磨点。磨点时，应凿去桩顶浮浆，和被污染的砼，用手提式电动金刚砂轮磨石机，将激振点和接收点磨平磨光，用直尺靠测无缝为止。
（3）检测配合 现场应配置 220v 电源线及插座、桌子一张、3 名工人协助检测，检测前，将各测点积水清理干净。
（4）声波透射法 为提高声波透射法测桩的准确度和可靠性，按照《建筑桩基检测技术规范》JGJ106— 2003 的有关规定确定声波管埋设位置。
（5）声测管布置及数量
直径 3.2m 桩布置 4 根，均布置在纵横轴线上。
（6）声测管材料要求
内径 50mm，选择壁厚均匀的钢管。钢管管固定在桩钢筋笼加劲箍上，用 10#铁丝绑牢。
（7）声测管埋设工艺要求 声测管上下端应封闭严密垂直，管内无异物，如果声测管需连接，连接处内壁应光滑不渗漏。管口应高出桩顶 0.5m 左右。检测前将受检测桩内管内注满清水。
结论
通过对高山滑雪中心建筑地基处理大直径人工挖孔桩施工技术和方法的探索及实践， 得出以下结论： 大直径人工挖孔桩具有承载力高、质量可靠、在恶劣条件差的环境中便于施工、可大面积施工，加快施工工期，节省造价等优点，在高山区域及超高层建筑地基处理工程中将得到广泛的应用。
参考文献
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[10]《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013 [11]《建设工程施工现场供用电安全规范》GB50194-2014
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