人工挖孔樁成孔及護壁設計計算

人工挖孔樁采用人工進行挖掘成孔，隨后裝入鋼筋籠并澆筑混凝土后成樁，具有施工方便、速度快、不需要大型機械設備、承載力大抗震能力強、造價經濟節省等優點從而在公路、民用建筑中得到廣泛應用，尤其是在山區橋梁樁基礎的施工中，樁位地質大部分為強弱風化石質且大型設備進出場不便，大多采用人工挖孔樁。

1 工程概況

和平村中橋工程位于貴州省遵義地區，其24根樁基礎均采用人工挖孔樁，樁徑為1.2m，樁長為18m，縱向樁間距為3 200mm，橫向樁間距5 750mm，施工現場樁位較緊密，位置處于河邊，水量豐富。樁位處地表層為亞粘土，其下為泥質粉砂巖、長石砂巖，粉砂巖埋深15～35m，根據地質報告顯示，樁下的巖石較硬，最大軸壓＞50MPa，可作為持力層。

2 成孔工藝及護壁設計

人工挖孔樁的主要施工工藝是對于地質好的地段可采用人工挖孔連續作業，松軟土層采用人工挖掘、風化巖層采用風鎬挖掘、弱風化巖層和較硬基巖采用淺孔松動爆破。卷揚機配三腳架提升出渣、混凝土護壁，鋼筋籠在鋼筋加工廠下料，施工現場加工并綁焊成型、吊裝入孔，混凝土由拌和站集中拌和，攪拌輸送車運輸。孔內無水時采用干灌、人工插入式振搗棒振搗，孔內有水時，采用水下灌注混凝土的方法施工。

2.1 樁位定位

采用全站儀按設計樁位進行定位放樣，在樁位外設置縱橫向十字線控制樁，確保孔口平面位置與設計樁位偏差≯5 cm。待第三節護壁施工完成后將樁位控制線轉移到護壁上，用紅油漆標上標志，打入鐵釘作為挖孔定位點。

2.2 樁孔開挖

安裝卷揚機配三腳架提升設備時，使吊桶的鋼絲繩中心與樁孔軸線位置一致，為挖土時粗略控制中心線。挖孔過程中，應經常檢查樁孔尺寸、平面位置和豎軸線傾斜情況，如有偏差應隨時糾正。人工自上而下逐層用鎬、鍬進行，挖土次序為先中間部分，后挖周邊。每挖深1.0m為一節，每節開挖完成后盡快施工混凝土護壁。挖出的土方采用手推車運到指定的位置，嚴禁到在孔邊，樁周邊1.0m范圍內不得堆土。挖孔時挖成直形，垂直度、孔徑檢查合格后，再孔底四周挖成5 cm深的企口，以便與下一節護壁很好連接。

開挖風化巖層時，采用風鎬鑿巖挖掘，鑿巖時應加大送風量。當遇弱風化巖層和較硬基巖風鎬難于作業時，采用少量炸藥進行淺孔松動爆破或預裂爆破，炮眼深度控制在50 cm以內，嚴格控制炸藥用量，裝藥量不超過炮眼深度的三分之一。孔內爆破采用電雷管起爆，爆破時，現場及孔內作業人員必須撤離，孔口加蓋且在炮眼附近加強支護，防止震塌孔壁。孔內爆破后應先通風排煙15min并經檢查無有害氣體后，施工人員方可下井繼續作業。人工挖孔作業形式見圖1。

圖1 人工挖孔作業

2.3 護壁設計與計算

人工挖孔樁護壁一般采用混凝土護壁，主要分為內齒形和外齒形兩種，特殊情況也可采用鋼護壁的，混凝土護壁在施工前根據地質及地下水的情況，進行護壁設計并計算最小混凝土護壁厚度，以保證樁孔和施工人員的安全。護壁厚度計算可按式（1）計算

式中：t為護壁厚度；k為安全系數，取1.65；fc為混凝土軸心抗壓強度；p為土和地下水對護壁的最大側壓力（MPa）；D為樁孔外直徑。

對于粘性土且有地下水時

式中：γ為土的重度；γW為水的重度；H為挖孔樁護壁深度；h為地面至地下水位深度；ψ為土的內摩擦角。

根據工程地質勘查報告和試驗檢測結果，橋位樁孔的土的天然密度為1.85～2.06 g/cm3，則取γ=20.6 kN/m3，內摩擦角ψ=22.7°，地下水位標高為18.81m，原地面標高為19.014m，樁底標高為-0.526m，則護壁深度 H=19.014+0.526=19.54（m），水的重度 γw=10 kN/m3，h=19.014-18.81=0.204（m），故，土和地下水對護壁的最大側壓力p=20.6×0.204×tan2（45-22.7/2）+（20.6-10）×（19.54-0.204）×tan2（45-22.7/2）+（19.54-0.204）×10=1.8+90.8+193.4=286（MPa）

混凝土護壁采用C25混凝土，軸心抗壓強度值fc=11.5MPa，按3 d混凝土強度達到設計強度的42%計算，樁孔外直徑D=150 cm，則

護壁厚度t≥kpD/（2fc）=1.65×286×150/（2×11.5×0.42×103）=7.3（cm）

考慮到護壁混凝土采用現場人工攪拌各種材料的計量不可能很準確，結合計算結果確定護壁的最小厚度為7.5 cm，符合安全需求。

2.4 護壁施工

施工時采用外齒式混凝土護壁，護壁混凝土厚度按照計算結果取上口寬15 cm，下口寬7.5 cm，上下護壁間搭接50mm。第一節護壁兼作挖孔鎖口圈，高出周圍地面20 cm以上，以防地面水或雜物落入孔內，上口厚寬18 cm，下口厚寬12 cm。

護壁混凝土現場人工拌和，孔內人工澆搗。護壁混凝土模板由4塊鋼模板組成，插口連接，支模要校正直徑及圓度，護壁孔圈中心線要與樁軸線重合。護壁混凝土施工中應嚴格按配合比下料攪拌，坍落度控制在4～7 cm為宜，為提高早期強度可適當加入早強劑，混凝土澆筑時分層沿四周入模并用鋼釬搗實，澆筑前將上節護壁底泥土清理干凈，以便連接牢固。

當護壁混凝土養護達到一定強度后，便可拆除模板，通常拆模時間為24 h，再進行下一節施工。護壁每節高度與開挖進尺一致，樁孔挖掘及混凝土護壁兩道工序必須連續作業，不要中途停頓，以防坍孔。混凝土護壁的施工樣式見圖2。

圖2 挖孔樁護壁

2.5 成孔及孔底處理

分步驟挖孔—護壁—挖孔直至達到設計深度后，把孔底的松渣等擾動過的軟層全部清理掉，隨后對樁位、孔深、孔徑、垂直度、嵌巖深度等指標進行檢查，其中樁位利用樁位控制點進行檢測；孔徑、形狀和傾斜度采用外徑等于樁鋼筋籠直徑，長度≮4～6倍直徑的鋼筋檢孔器吊入孔內檢測；當發現有成孔不直、孔徑減小、斷面變形超過規范容許值時進行重新修整；隨后在進行嵌巖深度檢測并合格后進行吊放鋼筋籠和澆筑樁身混凝土的施工。

3 結語

雖然人工挖孔樁施工方便、速度快等等優點，但是也有如孔下作業條件差、環境惡劣，勞動強度大，安全和質量隱患多等缺點，所以在人工挖孔樁施工中具有良好防護性能的混凝土護壁具有非常重要的作用，對于改善孔下作業條件、封閉地下水、維持樁身完整和保障作業人員人身安全至關重要，在施工前進行護壁設計和計算又是保證護壁防護性能的基礎和前提，希望本文能為其他地質類型的人工挖孔樁施工提供借鑒。

[1]JTG/TF 50—2011，公路橋涵施工技術規范[S].