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1、浙江大学远程教育学院本科生毕业论文（设计）题 目 人工挖孔桩在施工中的质量控制 专 业 土木工程（工程管理） 学习中心 姓 名 学 号 指导教师 2013 年 5 月 6 日摘 要桩基被广泛应用于城市高大建筑和桥梁工程领域。人工挖孔(灌注)桩更是凭借其简单的工艺、较短的施工周期，以及良好的经济性和环保性，在这其中占得一席。人工挖孔桩施工包含隐蔽工程，在水文地质、过程控制和劳动条件方面具有较大的差异化和复杂性，质量影响因素众多，质量控制的难度和重要性尤显突出。本文将着力探讨人工挖孔桩常见工程质量缺陷的成因及质量控制措施。关键词： 人工挖孔桩 ，质量 ，影响因素 ，质量控制目 录一、工艺概述1（一
2、）人工挖孔桩的概念1（二）人工挖孔桩的应用前景1二、施工质量影响因素2（一）工程水文地质21、地下水22、流沙2（二）安全技术措施2（三）桩身混凝土灌注31、桩身混凝土强度不足32、断桩与夹渣33、桩底清渣不彻底沉渣过厚3三、施工质量控制3（一）安全措施与技术交底3（二）桩位与成孔质量控制31、放线定桩32、桩孔开挖及支护43、钢筋笼吊放54、灌注桩身混凝土55、特殊地质处理5四、结束语6五、参考文献7人工挖孔桩在施工中的质量控制一、工艺概述（一）人工挖孔桩的概念人工挖孔（灌注）桩是指工程桩孔采用人工开挖成型，然后通过清基验孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土等一系列施工步序，最终成桩的工艺。其桩孔内径
3、一般要求在800mm以上，桩深在20m左右，相对桩不能很深，可以满足人工在桩坑内完成作业的要求。人工挖孔（灌注）桩的施工步序主要是：场地整平、清表放线、定桩位挖第一节桩孔土方支模浇筑第一节混凝土护壁在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线安装活动井盖、垂直运输架、起重卷扬机或电动葫芦、活底吊土桶、排水、通风、照明设施等第二节桩身挖土清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径拆上节模板，支第二节模板，浇筑第二节混凝土护壁重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度进行扩底(当需扩底时) 清理虚土、排除积水，检查尺寸和持力层吊放钢筋笼就位浇筑桩身混凝土1 参见，魏胜林：人工挖孔桩在某大型工程项
4、目中的应用 山西公路出版社 2001年7月，第2页1。（二）人工挖孔桩的应用前景人工挖孔（灌注）桩因施工占地少、工艺简单、单桩承载力大、抗震性能好、工期短、成本低以及具有良好的环保性等优点，而被广泛应用于民用建筑和桥梁工程的桩基施工中。但是，由于受水文环境、地质结构、技术短板、劳动条件和安全保障等方面因素的制约，人工挖孔（灌注）桩成桩工艺一般只限用于持力层埋藏较浅、单桩承载力要求较高的基础，适用于地下水位低、天然密实度佳、抗扰动性能好的硬塑黏土、沙性土、湿陷性黄土土层，尤其是干作业环境下的施工。而对于存在较丰富的上层滞水或承压水的土层，尤其有严重流沙、涌水、存在有害气体和厚度超过1米的淤泥土层
5、及塑性较差的软土层，一般还难以适用2 参见，华中亮：人工挖孔灌注桩施工工艺应用， 华中科技出版社 ，2005年6月，第8页2。二、质量影响因素（一）工程水文地质工程水文地质对基坑尤其是深基坑施工的影响是一项综合性的岩土工程难题，它既涉及土力学中的强度与稳定问题，又包含了形变与渗流的问题。在工程施工实践过程中，往往要同时考虑土体加强和施工支护结构的共同作用1 参见，曹建亮：市政施工工艺与安全控制 科技资讯，2003年第21期1。人工挖孔（灌注）桩成桩质量之所以难以掌控，工程水文地质因素便是其中的主要问题症结，典型的如地下水和流沙。1、地下水 地下水是深基坑工程中最为常见的施工难点所在，且是最为活
6、跃的质量影响因素，在众多质量安全事故中都几乎存在有它的身影。由于地下水水层在人工开挖时其平衡状态极易遭到破坏，原先处于稳定状态下的地下水随着开挖侵入桩孔内，降低了土的承载能力和内聚力，从而增加了桩孔施工的难度和成本，尤其是在遇到动态的承压水水层时，极易发生大面积涌水（沙）、地面沉降、塌陷、护壁冲刷坍孔，造成桩身质量和施工安全事故。2、流沙 流沙对桩孔的危害往往是伴随着地下水而发生作用。在具有不良地质的土层如粉质沙土、细粒土地层环境中进行桩孔施工时，若前期地下水勘查失误或施工时降水不到位，就会导致实际施工时地下水水位偏高，夹杂在地层中的粉质沙土土粒在水的浸泡作用下达到饱和后，土粒中亲水胶体颗粒吸
7、水膨胀后密度就会逐渐减小，当在动水压力作用下，土粒间的内聚力就会迅速被突破，伴随地下水从桩孔侧壁间隙流淌出来，形成流沙2 参见，范加冬、张令刚：地下水对基坑开挖的影响以及防治措施的研究，岩土工程技术，2009年第6期2。此外，当桩基基底开挖较深时，在地下动水压力的作用下，粉质沙土还会随地下水翻涌而出，形成喷发状的流沙现象，严重时则会发生井漏、坑壁失稳坍塌，导致施工成本和施工难度的增加，甚至造成严重的质量、安全事故。（二）安全技术措施 安全技术措施不仅关系到施工人员的人身安全而且也涉及到工程安全，同时也是工程质量形成的关键因素3 参见，叶智峰、张平：人工挖孔桩安全施工的要点 广东建材出版社，20
8、08年第1期3。人工挖孔（灌注）桩施工属于高风险作业，与社会和其他专业的协调配合度要求高。在整个工程实施过程中处处暗藏着风险，且主要施工过程由人工体力劳动来完成。因此，若相关的安全技术措施交底与执行不到位，则极易发生如高处坠落、机械打击、中毒、坍塌掩埋、触电、断桩等安全质量事故。（三）桩身混凝土灌注1、桩身混凝土强度不足 主要成因：、施工现场混凝土配合比设计、控制不达标；、搅拌时间不够，混凝土和易性差；、水泥、骨料质量把关不严，质量差；、混合料灌注、振捣不均匀；、各种原因导致的混合料离析现象1 参见，杨建国：不良地质条件下人工挖孔桩的施工工艺，广东电力出版社，2004年1月，第5页。2、断桩与
9、夹渣主要原因是混凝土在灌注过程中：、混凝土初灌量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有进入混凝土；、混凝土初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使混凝土上部结块，造成桩身混凝土夹渣；、灌注过程拔管长度控制不准，导管拔出混凝土面；、清孔不彻底，桩孔内泥浆悬浮的沙粒太多，在混凝土面形成沉积沙层，随着灌注施工产生浮渣包渣、堵管和断桩事故。3、桩底清渣不彻底沉渣过厚 主要原因：、清孔泥浆质量差，清孔无法达到设计要求；、施工人员检查不够认真，清底不干净或没有进行二次清孔；、检测方法不当造成误判。三、施工质量控制（一）安全措施与技术交底 质量与安全问题有着密切的联系，二者在整个工程建设过程中始终相辅相
10、成，互为必要条件，没有严格的质量控制就没有工程建设的安全，而没有全面的安全意识和完善的技术措施也就没有良好的工程质量，因此在做好质量控制的同时，首先要强化好安全意识，做好岗前安全技术培训和交底工作。具体如：、在项目实施前应对施工场地进行详勘，认真做好施工组织设计和施工方案的编制，制定完善的安全技术措施和施工现场临时用电方案，特别是对危险性较大的分部分项工程，还应编制专项安全施工方案，并经专家认证；、认真做好“三级”安全教育、转换岗安全教育、季节性施工安全教育和“四新”技术教育培训工作，特别是对于有专业性要求的特殊专业岗位人员应持证上岗；、制定严格的岗位责任制，逐级做好岗前安全技术交底工作，并在
11、施工过程加强定期和巡回安全检查；、根据工程性质组织制定应急抢险救援措施，建立抢险应急救援组织，并定期组织人员进行演练2 参见，张卫东：人工挖孔灌注桩的施工安全措施 ，山西建筑出版社， 2007年1月，第7页2。（二）桩位与成孔质量控制1、放线定桩 人工挖孔（灌注）桩放线定桩，在放线前应先平整场地；对施工区域表面进行清表；按施工组织设计的要求设置施工围挡，禁止非作业人员入内。依据相关基础资料和施工平面图布置好桩位轴线控制线和高程控制点，采用十字交叉法或采用全站仪、经纬仪确定好桩位中心位置，而后根据桩心位置放出桩外边线。桩位线定好后，在经过有关部门复查、审批后方可开挖。2、桩孔开挖与支护桩孔开挖时
12、，一般都会面临施工作业面小，成孔深度深，地层地质复杂，不确定因素多等诸多问题。为了保证成孔的质量和安全均要采用支护措施，当桩孔孔径不大，深度较浅且地层稳定时，可采用喷射混凝土护壁。喷射层厚度要根据井圈材料、性能、刚度、稳定性等要求，并按受力状况，以孔底侧壁所承受的土压和水压，通过计算来确定。当桩孔壁土层稳定性差或地下水位较高时，应随着开挖进度每开挖1m时及时浇注护壁混凝土，护壁混凝土标号应与桩基混凝土标号相同，必要时可配置适量钢筋。同时，根据工程情况还可在混凝土内掺入一定量的速凝剂，以求达到早强的要求。护壁厚度一般取100mm-200mm，护壁模板可交替周转使用，上下节护壁搭接长度不得小于50
13、mm，为了防止模板在浇注过程中发生偏移，施工中应同步对称下料，并及时振捣密实。此外，桩位轴线和高程均应标定在第一节护壁上1 参见，胡百敬：浅谈人工挖孔桩在沙土地基中的扩底施工工艺，林业科技情报，2006 第2期2 参见，魏胜林：人工挖孔桩在某大型工程项目中的应用，山西公路出版社，2001年7月，第3页1。桩孔开挖与护壁作业应连续，不宜中途停顿，以防坍孔。成孔施工时，现场应配备必要的安全防护设施和抢险救援设备，桩孔边须设置应急时使用的安全绳和软爬梯，施工人员必须佩戴安全帽、缘胶鞋和必要的安全防护用具才能下井作业；电气设备应具有漏电保护装置，供电线路应采用绝缘性较好的三蕊橡皮线，须架空，不得拖拽在
14、地，施工照明采用低压灯具；桩孔临边不得摆放施工用具和堆放挖土、石块，堆放距离距孔口应不小于2m；作业人员应乘专用吊笼上下井，不得乘坐运土吊桶或脚踩护壁上下井孔；井上井下人员要有联络信号，每开挖1小时应进行必要的换班。严密监测孔壁变化情况，发现裂缝、坍塌等险情征兆时，应及时采取有效的措施排除险情。桩孔开挖一段应及时浇注护壁一段，离开施工现场要把孔口盖好，且设立明显的警示标志。当挖孔深度超过6m以上时，每天下井前应向孔内通风1次，超过10m时应通风2次，且在作业过程中若感呼吸异样时也要及时通风，排除有害气体后方可下井作业2。当施工遇到地下水情况时，应及时在桩孔周围和孔底实施降排水或截水措施。孔内渗
15、水量较少时可采用潜水泵抽水明排，渗水量过大时则须采用井点降水等措施。桩孔开挖过程要严格控制桩的中心线，以保证桩孔质量满足设计要求。一般每次施工时应在孔口根据放线定位坐标将中心线定出，用铅垂球将中心点引入孔底，每一段施工时，护壁混凝土要达到要求的强度时方可进行下一段开挖，但开挖和护壁施工时间间隔不能超过12个小时，护壁混凝土浇注要密实，钢筋放设要规范。同时，还应加强施工过程的监测，做到以信息指导施工。3、钢筋笼吊放桩孔开挖达到设计标高后，应对成孔的各项数据(桩径、偏差、桩底渗水量)进行复验，合格后即可进行桩身钢筋笼的吊放。钢筋笼吊放时，应在信号工的指挥下对准孔位，直吊扶稳、缓缓下降，且应避免碰撞
16、孔壁。到达到设计位置后，要及时将钢筋笼固定，以防止其错位和上浮。钢筋笼需连接时，宜采用双面焊接，以确保钢筋笼位置准确。安放好的钢筋笼应及时进行灌注，以免孔底长期暴露在空气中而引起承载力发生变化。4、灌注桩身混凝土桩身混凝土灌注前，应对各种原材料包括水泥、碎石、沙等进行抽样检验和实验，必要时还应进行见证取样，确保不合格的原材料不被用于工程。严格控制混凝土的配合比，保证水灰比及和易性达到设计要求。一般宜选用32.5级以上的普通硅酸盐水泥和粒径不大于40mm的碎石，坍落度应控制在85mm左右，采用用溜槽或串桶向桩孔内灌注1 参见，魏胜林：人工挖孔桩在某大型工程项目中的应用，山西公路出版社，2001年
17、7月,第8页1。当孔深超过12m时，则应采用灌注导管进行灌注。开灌前，孔底查验工作要做实，如孔底渗水量过大，可考虑采用水下灌注混凝土的措施。在这其中，质量控制的关键在于混凝土的灌注速度，整个施工过程应连续而有序地进行，力求在最短的时间内完成桩身混凝土灌注，特别是在有承压水水头的情况时，应集中足够的混合料迅速灌入，以便利用混凝土自身重量压制住水流的涌入。严格控制导管的埋入、拔出深度和拔出时机。混凝土灌注后要分层充分振捣密实，分层高度应根据振捣工具和坍落度而定，但一般不宜超过1.5m。此外，桩身混凝土灌注施工还应考虑季节性因素的影响。冬期施工时，当温度低于0以下时灌注混凝土，应采取加热保温措施。灌
18、注入模温度应依据冬期施工方案来确定。当桩顶混凝土未达到设计强度50%时不得受冻。夏季施工时，当气温高于30，应根据具体情况对混凝土采取缓凝措施。雨期施工时，施工现场应准备好必要的防雨水用具，建立完善的排水系统和巡检制度，做到防排结合，严防质量和安全事故的发生。5、特殊地质处理人工挖孔（灌注）桩的施工难点所在，其中就是对不明地质状况的处理，而又尤以地下水和流沙的处理最具代表性2 参见，李彬、李波：人工挖孔灌注桩施工控制要点及特殊问题解决方法,新疆教育出版社，2008年11月，第7页2。首先是对地下水的处理，当地下水位不深，涌水量不大时，可采用集水明排的方式来处理，在孔底开挖面边施工边开挖出排水明
19、沟和集水井，然后用潜水泵将集水井中的排水抽出孔外，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应段的混凝土护壁，然后继续下一段的施工。当地下水位较深或涌水量大时，应考虑采用井点降水的方式来处理，根据孔径施工面的大小和地下水的分布情况，分别采取单排、双排和环形方式设置井点管的位置。但是这里面有一点应引起重视，那就是采用井点降水有时会引起桩位偏移甚至引起坍孔，因此在降水特别是深孔降水过程中必须密切观察地貌情况变化，如有异常情况，应立即停止施工，同时也可采用在孔口周围地层注浆加固的方法来防止土体沉降及位移。其次是对流沙的处理，流沙治理究其根底还是对水的治理，因些治理流沙必先治水，以减少沙层中的含水量为根本。在实际
20、施工过程中，可采用“防、排、堵、截”等方法来处理1 参见，朱万连：对深基础施工中出现流沙和管涌现象的防治 山西建筑出版社2008年1月，第3页1。当挖孔施工过程发现有流沙涌动的迹象时，若孔底流沙量不大时，可以向孔内倾入适量水泥沙浆进行封底，同时缩短循环开挖深度，以减少已挖孔壁的暴露时间，并及时灌注护壁混凝土。若流沙量较大且涌出速度很快可能产生不良影响时，相关人员应立即停止孔内作业，并撤离作业面，然后向孔内倒入较大量的粗沙后再注入适量水泥沙浆来封底。待孔底封层稳定后，再组织人员安放钢套筒，进行支模浇注护壁混凝土。四、结束语人工挖孔（灌注）桩成桩工艺的优点就在于工艺简单、工期短、成本低，而它的短板
21、和难点则是对水文、地质环境要求高、施工安全性差、手工体力劳动繁重、安全和质量的控制要求严格。因此，只有充分做好施工准备工作，施工过程中严格按照相关的质量安全技术规范执行，正确处理好工程相互间的配合与协调，才能确保工程质量，也才能真正体现人工挖孔（灌注）桩的优势。五、参考文献1张卫东：人工挖孔灌注桩的施工安全措施 山西建筑出版社 2007年1月；2 范加冬、张令刚：地下水对基坑开挖的影响以及防治措施的研究 岩土工程技术 2009年第6期；3谢禄：水涧沟人工挖孔灌注桩施工工艺浅谈 内蒙出版社 2006年8月；4华中亮：人工挖孔灌注桩施工工艺应用 华中科技出版社 2005年6月；5杨建国：不良地质条件下人工挖孔桩的施工工艺 广东电力出版社 2004年1月；6朱万连：对深基础施工中出现流沙和管涌现象的防治 山西建筑出版社2008年1月；7曹建亮：市政施工工艺与安全控制 科技资讯，2003年第21期；8胡百敬：浅谈人工挖孔桩在沙土地基中的扩底施工工艺 林业科技情报 2006 第2期；9魏胜林：人工挖孔桩在某大型工程项目中的应用 山西公路出版社 2001年7月；10叶智峰、张平：人工挖孔桩安全施工的要点 广东建材出版社2008年第1期 11 李彬、李波：人工挖孔灌注桩施工控制要点及特殊问题解决方法 新疆教育出版社 2008年11月