大直径人工挖孔桩加固设计及施工技术分析.pdf

江西建材工程技术与应用2132023年7 月大直径人工挖孔桩加固设计及施工技术分析林凯珍1，龙志雄21.武汉地质勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430000；2.湖南长顺项目管理有限公司，湖南 长沙 410000摘 要：文中以长沙金茂大厦桩基工程为例，提出一种大直径人工挖孔桩离析事故加固施工方案。结果表明，文中提出的离析事故加工施工方案具有较高的可行性和可靠性，有效保证了离析桩基加固效果，符合实际应用需求。关键词：人工挖孔桩；离析；加固；抗拔锚杆；微型钢管桩中图分类号：TU74 文献标识码：B 文章编号：1006-2890（2023）07-0213-03Design and Construction of Large Diameter Manual Digging Pile Segregation Accident ReinforcementLin Kaizhen1,Long Zhixiong21.Wuhan Geological Prospecting Foundation Engineering Co.Ltd.,Wuhan,Hubei 430000;2.Hunan Changshun Project Management Co.Ltd.,Changsha,Hunan 410000Abstract:Taking the pile foundation project of Jinmao Tower in Changsha as an example,this paper puts forward an effective construction scheme of the segregation accident reinforcement of large-diameter manual dug pile.The results show that the segregation accident processing and construction scheme proposed in this paper has high reliability and feasibility,effectively guarantees the reinforcement effect of the segregation pile foundation,and accords with the practical application requirements.Key words:Manually dug pile;Segregation;Reinforce;Anti-anchor rod;Miniature steel pipe pile0 引言人工挖孔桩凭借着自身承载性能高、抗滑移能力强、稳定性高、施工简单、成孔质量高等特点，被广泛应用于桩基础施工领域，但是，在进行浇筑混凝土施工时，如果出现地下水位较高现象，则会增加控制孔底溢水难度，从而严重影响封底混凝土施工质量，导致桩身混凝土出现严重离析现象1，使人工挖孔桩完全丧失承载能力，引发工程安全事故。在处理挖孔桩混凝土离析事故时，传统处理方法主要以补桩法、高压注浆法为主，应用时，无法保证人工挖孔桩的抗拔承载力和耐久性，还会增加工程造价成本。而应用锚固、增强等加固措施，可以避免造成以上问题，快速确定当前工程地质状况和嵌岩深度2，并结合桩实际受力情况，对桩基加固进行针对性地设计，从而保证人工挖孔桩承载力和耐久性，还能降低安全事故出现概率，保证工程施工经济效益。因此，在处理大直径人工挖孔桩离析事故时，强化桩基加固设计、保证工程施工质量显得尤为重要。1 工程概况长沙金茂大厦桩基工程采用32 根 4 m的挖孔桩，桩端持力层为中风化板岩，桩端承载力极限标准值为8000 kPa，桩端全断面进入持力层深度不小于1.0 D（4 m），孔深921 m，底部扩大头部分高度4 m、直径6 m。桩身混凝土强度等级为 C35，护壁混凝土强度等级为 C35。另外，该工程主要采用双层钢筋笼3，外侧钢筋笼直径3.9 m，主筋为70 根28 mm（HRB400）钢筋组成，内侧钢筋笼直径1.8 m，主筋为22根22 mm（HRB400）钢筋组成。实际施工时，该工程采用人工挖孔灌注桩，整个桩基施工桩长为1222 m，施工桩总数达到432 根，其中，JZ1、JZ2、JZ1A分别达到128 根、256 根、48 根，各桩的设计参数如表1 所示。表1 各桩的设计参数编号受力特性桩径/mm抗压承载/Pa抗拔承载力/kNJZ1抗压桩120031001600JZ2抗拔桩120021001600JZ1A抗压抗拔桩1100110011002 离析事故原因桩基工程结束后，需要采用桩身钻芯的方式，对桩基工程进行取样检验，发现离析事故的原因主要包含以下几点。（1）地下水位高，采用的降水方式过于落后，导致排水速度不断降低，难以满足后期半干孔作业开展需求，同时，也无法按照所设置好的浇筑水下砼工艺进行针对性施工，只能采用强行浇注的方式进行施工，这种操作导致粗细骨料出现明显分离，增加了离析严重程度。（2）浇灌时，混凝土下料口与浇筑面之间距离相对较远，导致砂浆与骨料出现明显离析现象，此外，部分施工人员没有做好桩身混凝土振捣工作，导致该混凝土出现较大颗粒，不利于后期工程施工需求。（3）部分施工企业忽视人工挖孔桩施工质量管控，在出现地下水位较高问题时，没有充分认识到混凝土浇筑的重要性，第一作者：林凯珍（1990-），男，福建福安人，本科，工程师，主要研究方向为建筑施工管理。江西建材工程技术与应用2142023年7 月此外，相关技术在施工现场缺乏相关经验，过于追求工程施工效率，忽视了工程施工质量把控，造成离析事故频发。3 桩基加固设计方案3.1 加固设计思路该工程具有桩基类型多、离析风险高等特点，结合工程这些特点，确定以下加固设计方案思路。（1）采用钻孔取芯的方式，快速确定单棵桩基混凝土离析所对应的实际厚度。（2）结合地质侦查调查结果，对单棵桩基的抗拔承载力进行精确化计算4，计算出设计承载力与计算承载力之间的差值，并将该差值设置为单棵桩基承载力不足值。（3）科学设置锚杆、微型钢管桩，可以保证桩基加固效果，有效处理桩体离析事故。此外，还要在计算复核桩基抗压、抗拔承载力相关参数的基础上，对比和分析设计承载力，并遵循以下加固原则：当桩身混凝土抗拔承载力除以1.2 所得的结果远远低于原抗拔承载力设计值时，需要将抗拔锚杆设置到桩体内，保证桩身加固效果，并确定出抗拔锚杆形式和实际所需数量5；当桩身混凝土抗压承载力除以1.2 所得结果远远低于原抗压承载力设计值时，需要将微型钢管桩设置到桩体内，以保证桩基加固效果，使得桩身表现出层较高的抗压承载力和抗拔承载力；当桩身混凝土完整部分载力除以1.2 所得结果远远高于原承载力设计值时，可以采用高压注浆的方式，加固处理桩底部位，从而保证桩底密实效果。3.2 加固设计方案结合上文提出的加固设计思路，采用计算复核的方式，计算离析桩上混凝土所对应的承载力，并对各类桩基进行详细加固设计。抗拔桩主要是指在桩内设置相应的抗拔锚杆，对桩身进行加固处理，并结合工程现场施工情况6，选用以下两种形式。第一种锚杆主体主要用到直径为36 mm的钢筋7，成孔直径达到120 mm，还要将桩底完整混凝土的锚固长度控制在3.5 m以上，此外，严格按照建筑地基基础设计相关标准和要求，对抗拔承载力特征值进行精确化计算。为保证桩身的强度，需要将其承载力特征值统一设置为280 kN，然后，结合承载力最终计算结果，在平均每根桩内设置2 根左右的锚杆，抗拔锚杆加固左剖面图如图1（a）所示。第二种锚杆主体主要用到6 根钢绞线，该钢绞线的抗拉强度、成孔直径、桩底锚固长度和抗拔承载力特征值分别为1860 MPa、220 mm、5.0 m、700 kN。为保证钢绞线施工便捷性和高效性，需要不断地延伸钢绞线，确保其延伸至桩顶，微型桩加固右侧剖面图如图1（b）所示。抗拔抗压桩主要是指通过将微型钢管桩设置到桩内，以保证桩身加固效果。在设置微型钢管桩时，需要将微型桩成孔直径、钢管直径、钢管壁厚分别设置为220 mm、127 mm、10 mm。此外，将微型钢管桩插入到桩底后8，其混凝土锚固长度控制为4.0 m，混凝土抗压承载力特征值控制为750 kN；将微型钢管桩插入到上部完整桩身后，其混凝土的锚固长度控制为5.5 m，混凝土抗拔承载力特征值控制为540 kN。微型桩加固左剖面图如图2（a）所示。在桩身中，当前处桩基内出现少量混凝土离析事故时，需要将微型钢管桩设置到桩内，以保证桩身加固效果，并按照上述方法，有效设置微型桩参数。通常，还要选用桩顶焊接法，将桩底直接插入到挖孔桩中，其桩身混凝土远远超过2.5 m，同时，结合承载力差值，将两棵微型钢管桩水厂到原挖孔内9，提高桩身加固效果，降低工程造价成本，保证工期，微型桩加固右剖面图如图2（b）所示。（a）左侧剖面图 （b）右侧剖面图图2 微型桩加固剖面图/mm4 施工措施与效果检验4.1 施工措施上文加固设计方案在实际应用中，需要在参照已有人工挖孔桩桩身的基础上，对桩身进行竖向成孔，并将选拔锚杆、微型钢管桩统一设置到桩内，还要开展二次高压注浆施工工作，从而获得良好的加固效果。不同加固方案施工要求主要体现在以下几点。4.1.1 抗拔锚杆成孔在这一环节中，通过设置抗拔锚杆，对既有桩基进行加固处理。如果所设置的抗拔锚杆的直径达到110 mm时，需要利用桩基原钻芯进行检测孔、钻孔操作，当中风化岩深度超过锚固长度标准设计值时，钻孔操作结束。如果桩身内所设置的抗拔锚杆直径为220 mm时，需要确定出桩身中心位置10，并在该中心进行钻孔操作，确保成孔直径达到220 mm，此时，中风化岩深度超过锚固长度标准设计值。4.1.2 设置撑力环（a）左侧剖面图 （b）右侧剖面图图1 抗拔锚杆加固剖面图/mm江西建材工程技术与应用2152023年7 月抗拔锚杆成孔操作结束后，需要将主体钢筋放置到孔内，还要将撑力环统一设置到抗拔锚杆主体钢筋周围，并将撑力环水平间距统一设置为1.61.9 m。此外，需要采用对中设置的方式，做好对钢绞线的有效设置，该钢绞线平均每隔1.5 m处，设置相应扩展环，最后，还要对锚索进行除锈处理，保证锚索表面的光滑度。4.1.3 注浆施工注浆施工时，首先要将注浆管放置到孔底，并将低压注水灰比、灰砂比分别设置为12、103，从而完成对微膨胀水泥砂浆的制备，确保整个孔内处于完全灌满的状态，还要将注浆压力最小值、最大值分别设置为0.2 MPa、0.5 MPa。当低压注浆结束后，需要静置1 d，再运用二次高压注浆管，注入相应的纯水泥浆，然后，将注浆压力最小值、最大值分别设置为2.0 MPa、3.0 MPa；将水灰比设置为12；将二次高压注浆管直径、壁厚分别设置为25 mm、2.5 mm。另外，在桩身离析处，沿着钢管圈，均匀设置3个孔，各个孔间距为0.6 m，孔直径为7 mm。4.1.4 加固微型钢管桩加固微型钢管桩时，要对桩身中心处进行钻孔操作，保证该中心位置处成孔效果，成孔直径统一设置为230 mm，然后将钢管、碎石、注浆管依次放入到桩基底部，其中，钢管的直径、壁厚分别为128 mm、11 mm，确保钢管放置于碎石层上部；高压注浆放置于孔底，防止钢管在外界压力的影响下，直接破坏中风化岩。此外，当桩身中部出现离析事故时，要将微型钢管桩设置到桩身上部，并将该钢管桩深入到承台600 mm位置处，并采用高强度法兰盘，做好对钢管顶部焊接工作。4.2 桩基加固检验为有效地检验本文加固设计方案的有效性和可靠性，需要加固处理试验桩，还要灵活运用抗拔锚杆增设加固方案和微型钢管桩增设加固方案。在抗拔锚杆加固方案的应用背景下，为验证该方案所获得锚固力是否符合相关标准和要求，需要将封闭阀门统一设置到指定类型的抗拔锚杆中，然后采用注浆施工法，对锚固段进行施工，经过28 d后，开展锚杆抗拔试验，当试验结束后，开展其余注浆施工工作，对桩基进行抗拔试验操作。在加固微型钢管桩抗压承载力时，需要严格按照相关设计方案，开展施工工作。当桩身强度达到相关要求后，需要对桩基进行抗压静载试验。桩基加固检测项目包括：低应变检测、抽芯检测、基岩载荷板试验。其中，低应变检测结果为：低应变检测数量32根桩，检测结果均为一类桩；抽芯检测结果为：抽芯检测数量24 根（外围16 根桩为单桩承台全数检测，核心筒16 根桩检测数量不少于50%，即8 根）,检测结果均为一类桩。基岩载荷板试验结果为：基岩载荷板试验数量不少于3 根，均满足设计要求。5 结语综上所述，在处理大直径人工挖孔桩离析事故时，应用本文所提出的加固方案，不仅可以保证抗拔抗压桩的承载性能，还能选择合适的施工方法，保证设计思路实现效果，有效地降低加工施工成本，符合实际应用需求。由此可见，本文所提出的加固方案具有较高的应用价值和前景，值得进一步推广应用。参考文献 1 曾安怀，汤立文，韦兴标.人工挖孔抗滑桩施工中的常见问题与预防措施J.西部探矿工程，2021，33（5）：21-23，26.2 孙洪军.高速公路人工挖孔灌注桩施工工艺J.黑龙江交通科技，2021，44（8）：135，137.3 郭志鹏.谈人工挖孔抗滑桩外观免装修施工技术J.建筑建材装饰，2019（24）：87，95.4 程辉.人工挖孔桩混凝土离析原因分析及预防措施J.居舍，2018（33）：21-22.5 胡彬.某工程人工挖孔桩桩身质量缺陷成因分析及处理措施 J.科技创新导报，2018（8）：21-22，24.6 贺红军.试析人工挖孔抗滑桩施工技术 J.城市情报，2023（3）：115-117.7 张高宗.特殊环境下的人工挖孔桩施工要点 J.新材料 新装饰，2023，5（2）：147-150.8 刘辛.高速公路人工挖孔桩基础施工安全技术管理探讨J.世界家苑，2023（1）：79-81.9 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