浅谈人工挖孔桩的水下施工工艺

时间：2024-07-06

张鑫

（四川省煤田地质局四川陆源岩土工程有限公司，成都 610072）

某治理工程主体为桩板墙施工，桩身锚固段较深，位于第四系河流冲洪积的砂卵石层，施工困难；工程占地协调困难；此外，工期紧，任务重，必须在汛期来临前完成，以便及时有效地发挥工程效益，达到防灾减灾的目的。

1 人工挖孔桩施工工艺

1.1 挖桩工艺的选择

工程设计单桩长度15m，采用C25钢筋砼浇筑，桩中心间距5m，受荷段长7m，锚固段长8m，截面1.25m×1.5m，护壁厚度 0.2m。通过对地勘资料的分析，桩板墙桩身锚固段（锚固段为 8m）埋深于第四系河流冲洪积的砂卵石层（Q4al+pl）上，卵石含量约占80%，充填约20%的细～中砂，砂卵石结构较松散～稍密，卵石以亚圆状为主，磨圆度较好，分选性较差，含较多漂石，漂石最大直径约 1～2m，砂卵石层厚10～20m，结构相对稳定。距桩板墙约40m为巴朗河，作为岷江支流以北东向经过，巴朗河常年水量较大。故采用人工挖孔成孔工艺，同时，在施工至地下水位以下时，将遇到透水很大的情况，施工难度大，需提前做好物资准备。

1.2 人工挖孔桩

1.2.1 抗滑桩施工工艺流程

准备工作→挖土、石方（进行地质编录）→孔内排水送风→校正孔中心及几何尺寸→修整孔壁→绑扎护壁钢筋→安装护壁模板→校正中心及模板垂直度→浇灌护壁混凝土→养护→拆模板（循环施工）

1.2.2 开挖土、石方

桩孔开挖时，必须跳桩（间隔）开挖，采用短把的镐、锹等简易工具进行人工挖土，遇到比较硬的岩层时，可用风镐或人工凿除施工。垂直运土，用电动卷扬机进行垂直运土；轴线经复核无误后开始第一节开挖，每进尺1米浇捣护壁砼一次（并进行地质编录），即以1米为一个施工段；当桩孔深度超过10米时用鼓风机和输风管向桩孔中送入新鲜空气，提土桶或吊笼上下保证联系通畅。桩孔较深时用橡皮电缆12V以下安全灯照明。

成孔开挖以二人为一个小组相互配合，每小组安排 1根桩进行作业，保证每根桩每天进尺一模，施工时共成立10个小组同时施工。

开挖过程中，由于地下水影响，在桩孔内临时挖集水坑，用高扬程潜水泵，边抽水边开挖。

开挖过程中遇到孤石或其它障碍物时，采用人工及空压机和风镐配合施工，必要时，采用静态爆破。成孔过程中，地面派专人修通排水沟，及时排掉桩孔内抽出的水，从桩孔内挖出的废土或石碴由专人负责及时运出场外。

桩位、垂直度、直径校核：基桩轴线的控制点和水准点应设在不受施工影响的地方。开工前，经复核后妥善保护，施工中经常复测。第一节护壁成孔后，由现场技术人员在护壁周围用水泥钉定出桩位中心线，桩位轴线用正交的十字线控制，作为往下施工模板对中和桩位垂直度偏差控制的依据，直径检查用尺杆找圆周的办法进行。检查分土方开挖、支模后、砼护壁浇筑三次进行，必须每段检查，发现偏差，随时纠正，保证位置准确。

1.2.3 孔桩护壁施工

护壁采用砼护壁，砼标号为C20，钢筋按施工图进行制安。

1）护壁模板制作安装：

护壁模板一般采用拆上节，支下节，循环往复使用，这要求模板装拆方便，且上节模板支设后，下面仍能进行挖土施工，故需对此处模板进行专门设计，以上模板原材料为木块，每一套以四块拼成，下料以四等分圆周，加工成型后在模板表面包 0.5mm厚铁皮，以便在周转过程中不致过早损坏。模板与模板间连接用Φ6钢筋插入预先在木楞上钻好的孔。

在现场必须准备一定数量高度为30-50cm的护壁模板，以便在遇到流砂或地下水太多时，及时减少护壁高度，快速施工。

每节模板的安设，设专人严格校核中心位置及护壁厚度，用十字架对准轴线标志，在十字交叉中心悬吊垂球，复核模板位置，保证垂直度。符合要求后，在底部用木楔打入土中固定模板根部，防止捣砼时模板发生整体位移。锁口护壁厚度为400mm，在支第一节孔圈护壁时，拟比下面护壁厚100～150mm，并高出锁口盘 180mm，便于挡水和定位，当第一节模板拆除后，即把轴线位置标定在护壁上，并用水准仪把相对水平标高标在第一节护壁内，作为控制桩孔位置和垂直度及确定桩的深度和桩顶标高的依据。

护壁混凝土的内模拆除，根据气温等情况而定，一般可在24小时后进行，使混凝土有一定强度，以能挡土。

2）护壁钢筋绑扎。根据施工图，护壁钢筋按施工图进行制安，为保证护壁砼的整体性，以免脱节下沉，将竖筋间隔一根插入土中200cm以便与下一层护壁拉结，这样一方面保证了护壁的整体性，另一方面也使钢筋网在护壁内位置较好固定准确。

3）护壁砼浇注。护壁砼标号为C20，由于一次浇注量较少，因此在现场搅拌，用斗车将砼运至孔桩口，用泥桶通过井架将砼吊入孔桩内，浇注时，用敲击模板及用木棒或钢筋插实方法，不得在桩孔水淹没模板的情况下灌注砼。根据现场土质及地下水情况，拟使用速凝剂，尽快达到设计强度要求，发现护壁有蜂窝、漏水现象，及时加以堵塞或导流，防止孔外水通过护壁流入孔内。保证护壁砼强度及安全。

2 水下混凝土施工工艺

2.1 浇筑工艺的选择

根据人工挖桩揭露地层所示，在人工挖桩至5.3m时，见地下水位，随后的开挖过程中，水量逐渐增大，在有限的空间内无法采用 3个以上较大水泵抽水，以至于无法一次性施工至设计高程，需多根桩同时开挖进行降排水，阶段性施工才能完成挖桩工作。而后通过试抽水，水量不小于6.8m3/min。

由于桩底水量大，地层透水性强，若采用常规的抗滑桩混凝土浇筑工艺，难以保证桩身质量。通过多次组织技术施工人员反复研讨，决定对桩身锚固段采用水下混凝土浇筑。

2.2 水下混凝土浇筑

1）水下混凝土为水中浇注的混凝土，根据水深确定施工方法，较浅时，可用倾倒法施工,水深较深时，可用导管法浇注，一般配合比同陆上砼相同，但由于受水的影响，一般会比同条件下的陆上砼低一个强度等级，所以应提高一个强度等级，如要求达到 C25，应配到 C30，另外，还有一种加絮凝剂的方法,比较可靠，但造价比较高，水下混凝土标号不低于C25。

2）施工工艺。该桩板墙工程桩身锚固段采用水下C25混凝土，采用导管法浇筑。浇筑前先检查泵管的密封性，确保不透水。施工前，我方已提前与商砼厂家面谈并将现场情况详细介绍，并安排技术人员参与浇筑工程，确保水下混凝土浇筑的施工可靠性。首灌混凝土量与导管直径、料斗容量及埋置深度有关，具体在施工前计算。每移动一次导管均应按首灌混凝土进行。

3）施工方法：

①灌注水下混凝土采用内径为 0.25m的钢性导管。钢筋笼安放完成后，及时拼装吊装导管，导管下口距孔底约0.4m左右。首批混凝土灌注导管埋深≥1m。计算桩基首批混凝土数量：

式中：V—灌注首批混凝土所需数量（m3）；D—桩孔直径（m），方桩πD2/4=ab（a、b为桩的长和宽）；h2—导管初次埋置深度（m）；h3—桩孔底至导管底端间距，一般为0.4 m；d—导管直径（m）；Hc—灌注首批混凝土时所需井孔内混凝土面至孔底的高度，即桩孔内混凝土达到埋置深度 h2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），Hc=h2+h3；h1—井孔混凝土面高度达到Hc时导管内混凝土柱需要的高度（m）；

h1≥Hwγw/γc=2.2×1.1/2.3=1.05m

γc、γw为混凝土拌合物的容重，井孔内水或泥浆的容重（KN/m3），Hw为井孔内混凝土面以上水或泥浆深度，以2.2m计算。

故注首批混凝土所需数量为2.68m3。

2）灌注工作应连续进行，经常用测绳探测钻孔内混凝土高度，及时调整导管埋深，导管埋深控制在2～6m范围内，采用吊车提升导管。

3）灌注速度宜缓，减少混凝土对钢筋笼的冲击。当混凝土面进入钢筋骨架一定深度后，适当提升导管，使钢筋骨架在导管下口有一定埋深。

4）由于是在有限的空间浇筑，可采用泵送砼，将泵送管出口放在漏斗上方，砼经导管导入浇筑结构底部灌注混凝土，让混凝土至下而上升起排出水。

5）采用泵送砼施工中严格控制混凝土配合比及和易性，一个孔桩做1组混凝土试件，并根据混凝土灌注情况，随机进行混凝土坍落度检查。

6）施工中尽量减少拆除导管时间，由于方量不是很大，灌注混凝土工作要求在2小时内完成并在商砼拌制混凝土中掺加缓凝剂，灌注水下混凝土的输送能力（或搅拌机能力），应能满足桩孔在规定时间内灌注完毕。灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间。若估计灌注时间长于首批混凝土初凝时间，则就掺入缓凝剂，保证全孔混凝土在首批混凝土初凝前灌完。

7）混凝土灌注快达到设计高程时，计算好末盘混凝土数量。

8）灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5～1.0m以内，以保证混凝土强度，多余部分接桩前必须凿毛，凿毛要求残余桩头应无松散层，形状为三角型，充分保证桩间连接。

9）孔桩混凝土达到一定强度后，委托具有相关资质单位对孔桩进行超声波检测或抽芯检测，经检测无断桩、夹渣、缩径等现象，各项检测合格后可进行挡土板施工。

施工注意事项：

1）首批混凝土量要满足混凝土埋住导料管1m以上和填充底部导管的需要。

2）首批混凝土拌和物下落后，混凝土应连续灌注，并尽可能缩短拆除导管的时间。同时在混凝土达到钢筋笼底部1m左右时，混凝土的下放速度要减慢，防止出现浮笼现象，当混凝土上升到骨架4m左右时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上，即可恢复正常的灌注速度。

3）泵送混凝土至结构底部开始浇筑，避免混凝土经过水沉入底部。

4）在灌注过程中，应经常测探井孔内混凝土面的位置，及时地调整导管埋深。