在深基坑支护工程人工挖孔护壁桩施工技术探讨

林杰

摘要：本文通过对珠江新城I1-4地块（广州远洋大厦）工程基坑支护工程项目的地质条件及工程特点的分析，就人工挖孔护壁桩施工方法及质量控制进行了探讨。

关键词：基坑支护；人工挖孔护壁桩；施工方法；质量控制

1.工程概况

珠江新城I1-4地块（广州远洋大厦）工程基坑支护工程项目位于广州市珠江新城花城大道和华穗路交界处，裙楼4层，塔楼21层，地下共4层，项目总建筑面积约62984平方米，其中地上为44364平方米，地下为18620平方米，基坑总面积约为5528m2，周长为295m，基坑深度17.2米，基坑开挖深度为16.50m。基坑支护采用Φ1200人工挖孔桩作支护排桩，采用单排搅拌桩作止水帷幕。

2. 工程地质概况及水文条件

1.地形地貌

场地较平坦，北面为主干道花城大道，西面为一洗车场；从华穗路上的高程控制点（标高7.733米）引测，实测钻孔孔口标高为7.98～8.71米（广州高程系），属冲积平原地貌单元。

2.地质构造

根据1：50000广州市基岩地质图等区域地质资料，在区域构造上，场地位于广州断陷盆地的中部，已揭露基岩为白垩系上统三水组（K2S2）泥质粉砂岩、粉、细砂岩和粗砂岩，局部为砾岩。场区东南侧约1.4km外分布有一条推测性断裂：天河-北亭断裂，该断裂走向NW330°～340°，倾向SW，倾角50～70°；场区北部约3.9km外分布有一条控制性断裂-瘦狗岭断裂，该断裂控制广州断陷盆地的北部边缘，总体走向为SE90°～110°，倾向南，倾角50～70°，以上两条断裂均属盆地同生期断裂；本次勘察场地内未发现断裂构造踪迹，覆盖层主要为第四系冲积成因的粉质粘土和残积成因的粉质粘土、粉土等。

3.岩土层结构及其特征

根据钻探资料，场地内岩土结构按成因可分为人工填土层（Qml）、冲积土层（Qal）、残积层（Qel），其中填土层编号为l；冲积粉质粘土、粘土编号为2；残积层粉质粘土、粉土编号为3；白垩系上统三水组（K2S2）的泥质粉砂岩、粉、细砂岩、粗砂岩、砾岩等编号为4。各层描述如下：

（一）人工填土（Qml）

第（1）层 杂填土：局部为素填土及耕土，杂色，结构松散。由砖块、石块、碎石、砂和粘性土等组成，层厚：2.50～5.40米；场区内分布普遍，所有钻孔均有揭露，其中27号钻孔分布有素填土，3l、32、35號钻孔分布有耕土。

（二）冲积土层（Qal）

第（2）层 粉质粘土、粘土：灰黄色，局部为浅灰色、灰红色，含少量粉细砂，局部为粉土，按其稠度可分为两个亚层：

（2-1）层：软塑，现场作标准贯入试验9次，N（实测击数，下同）=3～5击，平均值4.0击：N（修正击数，下同）：2.8～4.6击，平均值3.8击。层顶埋深：2.70～3.50米，层厚：0.70～1.90米：场地内1～3、6～8、10、11、31、34号钻孔有揭露。

（2-2）层：可塑，现场作标准贯入试验6次，N=4～11击，平均值7.0击；N=3.8～10.3击，平均值6.5击；层顶埋深：2.80～3.40米，层厚：l.20～2.00米；场地内仅4、5、9、15、19、28号钻孔有揭露。

（三）残积土层层（Qel）

第（3）层 粉质粘土：局部为粉土，褐红色，含少量粉细砂，局部含多量粉细砂，遇水变软，为原岩风化残积土，按其稠度分为三个亚层：

（3-1）层：可塑，局部为软塑，现场作标准贯入试验30次，N=4～14击，平均值8.6击；N=3.8～12.3击，平均值7.6击；层顶埋深：2.50～5.20米，层厚：1.00～8.40米：场地内分布普遍，3～12、14、22、24、27、28、30～32、35～37号钻孔有揭露，其中33号钻孔揭露的为软塑状粉质粘土。

（3-2）层：硬塑，现场作标准贯入试验19次，N=12～20击，平均值1l.8击：N=11.0～17.2击，平均值13.8击；层顶埋深：2.40～10.20米，层厚：1.00～9.70米；场地内分布较普遍，1～3、7、11、13、17、18、23、25、29、3l、33、34、36、37号钻孔有揭露，其中2号钻孔揭露的为粉土，33号钻孔揭露的硬塑状坡积粉质粘土归入该层统计。

（3-3）层：坚硬，局部夹强风化岩块，现场作标准贯入试验13次，N=2l～32击，平均值26.4击；N=17.0～27.9击，平均值21.9击：层顶埋深：4.50～13.40米，层厚：0.70～6.60米；场地内分布较普遍，6、7、10、14、27～29、3l～35、37号钻孔有揭露，29号钻孔揭露的为粉土。

（四）白垩系上统三水组泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、砾岩（K2S2）场地揭露的基岩为白垩系泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩，局部为砂砾岩、砾岩，主要为粉砂岩，呈褐红色、灰褐色，根据其风化程度可分为四个风化带：

（4-C）层：全风化，岩芯呈坚硬土状，遇水易崩解；现场作标准贯入试验19次， N=29～48击，平均值40.4击；N=20.8～44.2击，平均值33.3击；层顶埋深：3.30～17.00米，层厚：0.70～5.50米，采芯率：65～87%；场地内1、2、4、9、16、18、22～24、26、28、30、34、36、37号钻孔有揭露。

（4-I）层：强风化，岩芯呈半岩半土状，局部呈块状、碎块状及短柱状，局部间夹薄层中等风化岩及全风化岩：现场作标准贯入试验27次，N=51～94击，平均值65.9击；N=40.5～78.7击，平均值54.3击；层顶埋深：3.00～19.80米，层厚：0.30～10.80米，采芯率：30～94%；场地内分布普遍，所有钻孔均有揭露。

（4-M）层：中等风化，岩芯较破碎，呈块状及碎块状，局部较完整，呈短柱状，裂隙发育，局部夹薄层强风化岩及微风化岩层顶埋深：4.40～38.30米，层厚：0.50～6.60米，采芯率：55～92%；场地内分布普遍，仅10、24～26、30号钻孔未见连续厚层揭露，仅薄层出现或间夹于强、微风化岩层中。

（4-S）层：微风化，岩芯完整，呈柱状，局部较破碎呈块状，泥质、泥钙质胶结，

局部为钙质胶结，局部裂隙较发育：层顶埋深：5.00～26.50米，揭露层厚：0.50～14.10米，采芯率：85～99%；场地内分布普遍。

4.人工挖孔护壁桩施工方法

4.1 人工挖孔桩的施工程序

为了确保人工挖孔桩的施工质量和安全，必须严格执行施工程序：场地平整→测量放线→确定桩位→挖第一节土方→支模浇筑第一节护壁砼→拆模→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、活底吊土桶、通风、照明设施等→第二节挖土、支模、浇筑第二节护壁砼、拆模→重复第二节挖土、支模、浇筑护壁砼、拆模工序，循环作业至设计深度→进行扩底，清理虚土→监理验收→绑扎钢筋笼→验收并吊放钢筋笼就位→浇筑桩身砼至设计标高。

5.施工技术要求

5.1 测放桩位

开孔前，应先依据设计桩位平面布置图，建立建筑物测量控制网，测定桩位方格控制网和高层基准点。在准确定位放样后，应在桩位以外设置定位龙门桩，便于安装护壁模板时用桩心点校正模板位置，并由专人负责。

5.2 挖孔及护壁

①当桩净距小于2.5m时，应采用间隔开挖。相邻排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5m。

②挖孔直径为设计桩径加两倍护壁厚度，桩径容许偏差小于50mm，桩位施工容许偏差对于条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础中的边桩应小于50mm，其余桩应小于150mm，桩孔垂直度容许偏差小于0.5%。

③护壁采用配筋砼支护，护壁厚175mm，节高500～1000mm。配筋为Ф8@150双向配置。护壁砼等级与桩身砼一致，同为C25，砼坍落度控制在5～7cm。第一节护壁高出自然地面200mm，便于挡土、挡水。护壁混凝土拆模时间应在24小时后。发现护壁有蜂窝、漏水现象时应及时补强。每节护壁均应在当日连续施工完毕。

④安装提升设备时，使吊桶的钢丝绳中心与桩孔中心线一致，以作挖土时粗略控制中心线用。护壁支模中心线控制，系将桩控制轴线、高程引到第一节混凝土护壁上，每节以十字线对中，吊大线锤作中心控制用，用尺杆找圆周，以基准点测量孔深，以保证桩位，孔深和截面尺寸正确。

⑤当开挖至扩底部分时，应先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。

5.3 钢筋笼制作与吊装

①桩身主筋与主筋连接采用搭接焊，焊件试验必须合格。在钢筋笼同一截面内同一根钢筋不得有两个接头，且有接头的钢筋数不得超过钢筋总数的50%。

②钢筋笼制作容许偏差如下表：

③为防止钢筋笼扭转变形，应加焊内固定筋。吊放钢筋笼时要对准孔位，缓慢平稳下放，避免碰撞孔壁。当放至实际位置时，应立即固定。

5.4 灌注桩身混凝土

桩身混凝土的灌注是人工挖孔桩极为关键的一步，直接关系到桩基础的质量。因此，要严格按照技术要求施工，保证孔桩砼的质量。其主要技术要求有：①灌注混凝土前应检查孔底地质和孔径是否达到要求，并把孔底清理干净。②混凝土拌制配合比严格按照实验室配合比进行，搅拌时间不少于90秒。

③混凝土下料采用串桶，深桩孔用混凝土导管。混凝土灌注要求从桩底到桩顶一次性完成，应连续分层浇灌，每层浇灌高度不得超过1.5m。大直径挖孔桩应分层捣实，第一次浇灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实，再分层浇筑桩身，直至桩顶。在混凝土初凝前抹压平整，避免出现塑料性收缩裂缝或环向干缩裂缝。表面有浮浆层应凿除，以保证与上部承台或底板的良好连接。

④在灌注过程中，混凝土表面不得有超过50mm厚的积水层，否则，应设法把积水排除，才能继续灌注混凝土。混凝土应边灌注边插实，宜采用插入式震动器和人工插实相结合的方法，以保证混凝土的密实度。

⑤在灌注桩身混凝土时，应随机抽样留置试块，每根桩不得少于一组，其质量须通过强度检测。

⑥桩身混凝土实际浇筑量，严禁小于设计计算体积。

6.施工中应注意的安全事项

针对人工挖孔灌注桩施工过程中可能发生的各种安全事故，应分析事故发生的原因，制定一些安全技术措施，避免安全事故的发生。因此人工挖孔桩施工中，应注意以下几方面问题。

6.1 施工现场的注意事项

人工挖孔灌注桩施工前，施工负责人必须逐孔全面检查各项施工准备，做好安全技术交底工作，使安全管理在思想、组织、措施上都得到落实才通知开挖。施工现场内应在醒目位置处设立齐全的安全警示标志。孔桩开挖过程中，必须有专人巡视各开挖桩孔的施工情况，严格做好安全监护。

孔桩开挖应交错进行。桩孔内必须放软爬梯，并随挖孔深度增加放长至工作面。上、下孔必须使用软爬梯、严禁用手脚爬踩孔壁或乘吊土桶上下。孔深挖至超过操作人高度时，应必须及时有孔口或孔内装设靠周壁略低的半圆平护板（网）。吊土桶上下时，孔下人员应避于护板（网）下，护板（网）位置应随孔深增加，往作业面下引。在孔内上下递物和工具时，严禁抛掷，必须严格用吊索系牢。孔下作业不得超过2人，作业时应戴安全帽，穿雨衣、雨裤及长筒雨靴，孔下作业人员和孔上人员要有联络信号，地面孔周围不得摆放铁锤、锄头和铁棒等坠落伤人的物品。挖出的土石方应及时运走。作业1小时，孔下作业人员和地面人员进行交换，井下人员应注意观察孔壁变化情况，如发现塌落或护壁裂纹现象应及时采取有效的支撑措施。如有险情应及时发出信号，以便迅速撤离，并尽快采取有关措施排除险情。桩孔护壁后，在无可靠的安全技术措施条件下，严禁破砼壁修孔。桩孔成型后即应验收浇注桩身混凝土。正在浇注混凝土的孔十米半径内的其他桩孔下严禁有人作业。成孔或作业下班后，必须在孔的周圍设不低于80厘米高的护栏或盖孔口板，防止人员坠落。

6.2 孔内空气质量

孔内空气质量是确保挖孔人员安全的关键。当桩孔开挖深度超过5m时，每天开工前应进行有毒气体的检测，一般宜用仪器检测，也可用简易办法，如在鸟笼内放置鸽子或兔子等动物，吊放至桩孔底，放置时间不得少于10min，经检查其生态正常，方可下孔作业。挖孔作业中，为预防有害气体或缺氧等中毒，必须对孔内气体抽检。凡一次检测有毒含量超过容许值时，应立即停止作业，进行通风换气。孔下作业人员和感到呼吸不畅也须及时通风。人工挖孔桩作业一旦发生人员中毒、窒息等事故，必须在现场按应急预案要求实施抢救。为了避免停电对通风的影响，挖孔施工还须配备发电机以作应急之用。

6.3 施工现场临时用电

施工现场必须配备持有上岗证的专业电工。电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器三种安全保护。电器安装后经验收合格才准接通电源使用，各孔用电必须分闸，严禁一闸多孔和一闸多用。孔上电线，电缆必须架空，严禁拖地和埋压土中，孔内电缆、电线必须有防磨损、防潮、防断等保护措施。孔内作业面照明应采用安全矿灯或36V以下的安全电压。

7.结束语

人工挖孔灌注桩作为一种运用广泛、技术成熟的桩基础形式，具有施工工艺简单方便、机械设备简单、单桩承载力高、抗震能力强、施工速度快以及工程造价较低等优点，但是同时也存在着诸如井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大等缺点。因此，必须全程遵循施工程序，严格执行相关技术要求，建立健全安全管理体系并加强现场安全管理，才能保证桩基础的质量及现场施工安全。本工程就是根据工程地质条件及特点，采用人工挖孔护壁桩施工方法进行施工，完全满足设计要求，取得了理想的效果。