人工挖孔樁承載力不足原因分析及處理措施

【摘 要】本文主要就引發(fā)人工挖孔樁承載力不足的原因進(jìn)行分析并提出對(duì)應(yīng)的處理措施。

【關(guān)鍵詞】人工挖孔樁；承載力；計(jì)算

人工挖孔樁屬于端承樁，同時(shí)也是灌注樁，樁的上面設(shè)置承臺(tái)，再用承臺(tái)梁拉結(jié)、連系起來，使各個(gè)樁的受力均勻分布，用以支承整個(gè)建筑物。一般直徑較粗，最細(xì)的也在800毫米以上，能夠承載樓層較少且壓力較大的結(jié)構(gòu)主體，所以應(yīng)用比較普遍。主要依靠人工使用鏟、鍬、風(fēng)鎬等工具在預(yù)定樁位上成孔，然后放入鋼筋籠，澆筑混凝土形成的樁。具有樁徑大（孔徑大于等于800mm）、承載力高、施工設(shè)備簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、樁質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)[1]。但在實(shí)際工程應(yīng)用中也會(huì)出現(xiàn)承載力不足從而誘發(fā)工程事故的事例。本文主要就引發(fā)人工挖孔樁承載力不足的原因進(jìn)行分析并提出對(duì)應(yīng)的處理措施。

一、承載力計(jì)算不夠準(zhǔn)確

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算總是先于試驗(yàn)進(jìn)行的，經(jīng)濟(jì)的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)是土的極限承載力和樁身受壓承載力匹配的結(jié)果；因此合理的確定樁身受壓承載力是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段一項(xiàng)重要內(nèi)容。承載力計(jì)算不準(zhǔn)確是造成人工挖孔樁承載力不足的原因之一。

鋼筋混凝土軸向受壓樁正截面受壓承載力計(jì)算，涉及以下三方面因素。

（1）縱向主筋的作用。軸向受壓樁的承載性狀與上部結(jié)構(gòu)柱相近，較柱的受力條件更為有利的是樁周受土的約束，側(cè)阻力使軸向荷載隨深度遞減。因此，樁身受壓承載力由樁頂下一定區(qū)段控制，縱向主筋的配置，對(duì)于長(zhǎng)摩擦型樁和摩擦端承樁可隨深度變斷面或局部長(zhǎng)度配置。縱向主筋的承壓作用在一定條件下可計(jì)入樁身受壓承載力。

（2）箍筋的作用。箍筋不僅起水平抗剪作用，更重要的是起側(cè)向約束增強(qiáng)作用。圖5.8.1是帶箍筋與不帶箍筋混凝土軸壓應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系。由圖看出，帶箍筋的約束混凝土軸壓強(qiáng)度較無約束混凝土提高80%左右，且其應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系改善[2]。因此，本規(guī)范明確規(guī)定凡樁頂5d范圍箍筋間距不大于100mm者，均可考慮縱向主筋的作用。

（3）成樁工藝系數(shù)ψc。樁身混凝土的受壓承載力是樁身受壓承載力的主要部分，但其強(qiáng)度和截面變異受成樁工藝的影響。就其成樁環(huán)境、質(zhì)量可控度不同，將成樁工藝系數(shù)ψc規(guī)定如下。ψc取值在原JGJ94-94規(guī)范的基礎(chǔ)上，汲取了工程試樁的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，適當(dāng)提高了安全度。人工挖孔樁護(hù)壁（振實(shí)）ψc=O.4；

關(guān)于人工挖孔護(hù)壁部分，從發(fā)揮土的側(cè)阻力和護(hù)壁的受壓承載作用考慮，混凝土護(hù)壁應(yīng)規(guī)范化施二，包括成孔尺寸、鋼模支護(hù)、構(gòu)造配筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)以及振搗密實(shí)，形成質(zhì)量合格、與樁芯一體化的樁身。考慮護(hù)壁施工條件的特殊性，計(jì)算樁身承載力時(shí)可將其工藝系數(shù)適當(dāng)降低，取ψc=0.4。設(shè)計(jì)和施工二者要從護(hù)壁僅起成孔圍護(hù)作用的誤區(qū)中走出來，將混凝土護(hù)壁認(rèn)真切實(shí)做好，由此收到既增強(qiáng)樁側(cè)阻力又提高樁身承載力的效果，破除人工挖孔樁只計(jì)端阻力的不合理的陳舊觀念。

二、工藝水平低施工質(zhì)量差

1、挖孔質(zhì)量未達(dá)到要求

成孔困難，塌孔，孔底虛土多，鋼筋籠扭曲變形等問題，應(yīng)認(rèn)真分析原因?qū)ふ医鉀Q方法。

開挖前，從樁中心位置向樁四周引出4個(gè)樁心控制點(diǎn)，施工過程用樁心點(diǎn)來校正模板位置，必須有專人嚴(yán)格校核中心位置及護(hù)壁厚度。樁孔開挖后，當(dāng)天一次灌注完畢護(hù)壁砼，護(hù)壁砼拌和料中摻入早強(qiáng)劑；護(hù)壁拆模后，若發(fā)現(xiàn)護(hù)壁有蜂窩、漏水現(xiàn)象要及時(shí)加以堵塞或?qū)Я鳎乐箍淄馑ㄟ^護(hù)壁流入孔內(nèi)。

對(duì)于地質(zhì)復(fù)雜，出現(xiàn)上層滯水，造成塌孔；遇到干砂或流砂；地下水豐富，措施不當(dāng)，造成護(hù)壁困難；雨期施工，成孔、護(hù)壁困難等情況。開挖前要掌握現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況，做好防水、排水措施。錯(cuò)開樁位開挖，縮短每節(jié)高度，隨時(shí)觀察土體松動(dòng)情況，必要時(shí)可在坍孔處用砌磚，鋼板樁、木板樁封堵：操作過程要緊湊，不留間隔空隙，避免坍孔。

孔底虛土多大多是由于局部出現(xiàn)上層滯水，遇到砂土，造成坍孔；孔口回落土過多；成孔、修邊以后有較多虛土、碎磚，未認(rèn)真清除等原因造成的。應(yīng)認(rèn)真做好排水、支護(hù)措施；做好孔口防護(hù)措施，以防回落土掉入孔底；在放鋼筋籠前后均要認(rèn)真檢查孔底，清除虛土雜物，必要時(shí)用水泥砂漿或混凝土封底。

2、地下水控制措施不當(dāng)

地下水是深基礎(chǔ)施工中最常見的問題，它給人工挖孔樁施工帶來許多困難。含水層中的水在開挖時(shí)破壞了其平衡狀態(tài)，使周圍的靜態(tài)水充入樁孔內(nèi)，從而影響了人工挖孔樁的正常施工，如果遇到動(dòng)態(tài)水壓土層施工，不僅開挖困難，混凝土護(hù)壁難于施工成型，甚至被水壓沖垮，發(fā)生樁身質(zhì)量問題甚至施工安全問題。如遇到了細(xì)砂、粉砂土層，在壓力水的作用下，易發(fā)生流砂和井漏現(xiàn)象。施工時(shí)應(yīng)保證施工人員安全，及時(shí)檢測(cè)有無毒害氣體和缺氧情況，并采取有效措施。

（1）地下水量不大時(shí)，可選用潛水泵抽水，邊抽 水邊開挖，成孔后及時(shí)澆筑相應(yīng)段的混凝土護(hù)壁。

（2）水量較大時(shí)，當(dāng)用施工孔自身水泵抽水，也不易開挖時(shí)，應(yīng)從施工順序考慮，采取對(duì)周圍樁孔同時(shí)抽水。

（3）對(duì)不太深的挖孔樁，可在場(chǎng)地四周合理布置統(tǒng)一的輕型管井降水分流。

（4）抽水時(shí)截?cái)嗨矗忾]水路。樁孔較淺時(shí)，可用板樁封閉；樁孔較深時(shí)，用鉆孔壓力灌漿形成帷幕擋水，以保證在正常抽水時(shí)，達(dá)到正常開挖。

如果樁孔內(nèi)有大量積水，混凝土進(jìn)入樁孔時(shí)就會(huì)被水沖洗一遍，其結(jié)果可想而知，將嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量。因此在樁身混凝土澆筑前必須對(duì)樁孔內(nèi)的積水情況進(jìn)行一次檢查，如果樁孔內(nèi)的積水未抽干，堅(jiān)決不允許施工單位澆筑混凝土。

3、樁身混凝土質(zhì)量差

在澆筑混凝土?xí)r，澆筑時(shí)間不連續(xù)，會(huì)出現(xiàn)塌孔，造成夾泥。在澆筑混凝土前一定要做好操作技術(shù)交底，采用導(dǎo)管法澆筑，在砼澆筑離樁頂約15米采用插入式振搗棒進(jìn)行孔內(nèi)振搗彌補(bǔ)砼自由下落時(shí)的沖擊力不足，堅(jiān)持分層澆筑、分層振搗、連續(xù)作業(yè)[3]。筆者所在的公司在江蘇泰州市金融中心在樁基礎(chǔ)施工過程中就遇到這一類問題。由于施工單位施工方法、工藝都不對(duì)，造成樁的承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)過程中出現(xiàn)樁頭爆裂，施工單位在發(fā)現(xiàn)承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，指責(zé)我公司在檢測(cè)中沒有按規(guī)范檢測(cè)，最后我公司安排挖土機(jī)對(duì)樁淺部進(jìn)行開挖，發(fā)現(xiàn)樁的質(zhì)量非常差，存在空洞，夾砂等等問題。施工單位才承認(rèn)錯(cuò)誤，并退場(chǎng)。

此外混凝土分層離析也多存在，如圖1，

圖1 混凝土分層離析

混凝土分層離析產(chǎn)生的原因多是由于澆筑時(shí)混凝土自由下落高度過大，混凝土澆筑沒有進(jìn)行分層澆筑，分層振搗。如果確認(rèn)已發(fā)生，則需要將樁身混凝土全部打掉，然后在樁孔中重新放入鋼筋籠，澆筑混凝土。為防止?jié)仓^程中混凝土分層離析，應(yīng)采用導(dǎo)管澆筑混凝土，將導(dǎo)管伸至樁底，保證保證混凝土下落高度不大于2米。分層澆筑、振搗時(shí)每層澆筑高度不得超過0.5米。

總結(jié)：

人工挖孔樁，井壁支護(hù)要根據(jù)該地區(qū)的土質(zhì)特點(diǎn)、地下水分布情況，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。在人工挖孔樁成孔以后，必須對(duì)樁孔進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)樁底巖石承載力檢測(cè)。要注重樁孔底部巖芯取樣的檢測(cè)報(bào)告。終孔驗(yàn)收后應(yīng)盡快澆筑樁身混凝土，避免樁孔長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中。確定人工挖孔樁樁底強(qiáng)度是否符合建筑設(shè)計(jì)要求，是保證人工挖孔樁的成孔質(zhì)量的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]王利群，趙文，王勇等.沈陽城區(qū)挖孔樁單樁豎向承載力可靠度研究[J].建筑技術(shù)，2011，42（3）：242-245. DOI：10.3969/j.issn. 1000-4726.2011.03.014.

[2]吳耀棟，張麗蘭.人工挖孔樁在粘性土中抗拔承載力的試驗(yàn)與分析[J].價(jià)值工程，2012，31（27）：100-101.