李太方（廣東金筑工程管理有限公司， 廣東 惠州 516003）

1 工程概況

億量西山 2 號(hào)地塊住宅項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）位于山西省太原市萬(wàn)柏林區(qū)西北高速公路以西，三面環(huán)山，南側(cè)北側(cè)均有縱橫溝壑。項(xiàng)目分為兩期建設(shè)，其中一期工程用地面積為 80 174.49 m2，建筑面積為 130 110.19 m2，建筑形式有聯(lián)排、合院、疊拼、商業(yè)和地下車庫(kù)，共計(jì) 40 棟單體建筑。基樁施工單位為陜西建工第八建設(shè)集團(tuán)有限公司和河南華水基礎(chǔ)工程有限公司。

2 工程地質(zhì)與基樁設(shè)計(jì)情況

本項(xiàng)目所在地屬于低丘陵山區(qū)，位于山梁地帶。整體地勢(shì)西高東低，地形起伏較大，地面標(biāo)高介于 879.03 m～928.27 m 之間，最大相對(duì)高差為 49.24 m，勘探深度內(nèi)未揭露地下水。

部分建筑坐落在雜填土層，天然地基承載力不能滿足上部結(jié)構(gòu)要求，需對(duì)此部分場(chǎng)地進(jìn)行強(qiáng)夯處理，強(qiáng)夯能級(jí)在 4 000 kN·m～4 500 kN·m 之間，夯點(diǎn)間距為 6 m，處理后的地基承載力 ≥150 kPa。

強(qiáng)夯完成后，采用人工挖孔灌注樁，具體要求如下。

（1）樁端以強(qiáng)風(fēng)化泥巖為持力層，要求樁端全斷面進(jìn)入持力層不少于 2.5 m。

（2）樁身直徑為 850 mm，擴(kuò)底寬度為 1 700 mm，擴(kuò)底高度為 1 700 mm＋300 mm。

（3）樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，一期工程總樁數(shù)為934 根。

（4）由于持力層標(biāo)高需現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖才能明確，樁身長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際挖孔深度最終確定（現(xiàn)場(chǎng)人工挖孔樁實(shí)際尺寸在 3.5 m～23 m 之間，其中 9 m～16 m 的占比較大，整體呈陀螺狀分布）。

3 機(jī)械＋人工成孔灌注樁施工工藝

3.1 機(jī)械設(shè)備

旋挖鉆機(jī)、輪式起重機(jī)、裝載機(jī)和人工挖孔設(shè)備。

3.2 工具及其他

3.2.1 鋼護(hù)筒

鋼護(hù)筒由專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)定制，材質(zhì)為 8 mm Q235 鋼板，外徑為 800 mm。要求端口打磨平整，杜絕飛邊和毛刺，內(nèi)外均涂刷鐵紅色防銹漆，橢圓度、平整度、平面傾斜和焊接質(zhì)量均要符合有關(guān)質(zhì)量要求。首先根據(jù)估算的樁長(zhǎng)制作適應(yīng)性較廣的多組長(zhǎng)護(hù)筒＋短護(hù)筒，然后在距護(hù)筒近端部 100 mm 位置預(yù)留 M18 螺栓孔，同時(shí)預(yù)備 6 mm Q235 鋼板制作的數(shù)組外徑為 770 mm、長(zhǎng)度為 400 mm 的內(nèi)側(cè)連接筒，用于連接護(hù)筒并可調(diào)節(jié)其長(zhǎng)度。若遇護(hù)筒長(zhǎng)度不滿足要求等特殊情況，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割焊接，并確保相鄰?fù)补?jié)對(duì)口高差不大于 3 mm。

3.2.2 擴(kuò)底鉆頭

擴(kuò)底鉆頭由專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)定制，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)合金鋼。其結(jié)構(gòu)為四連桿，桿為四方形，寬度為 150 mm，在桿端配置可以活動(dòng)的連接裝置。桿件上端可與旋挖機(jī)鉆桿連接固定，兩側(cè)和下端配置螺旋鉆頭。主軸滑道收放自如，各部件焊接、各銷軸連接牢固。鉆進(jìn)時(shí)，下端遇阻力后，左右兩端不斷隨樁孔擴(kuò)大而張開(kāi)，最大張開(kāi)直線長(zhǎng)度為 1 700 mm，全部張開(kāi)完成后，正面形狀與設(shè)計(jì)擴(kuò)底大樣圖類似。隨著鉆桿的提升，張開(kāi)部分收攏。

3.2.3 護(hù) 蓋

護(hù)蓋由兩塊半圓形的 4 mm Q235 鋼板組成，通過(guò)螺栓拼裝固定，內(nèi)徑為 800 mm。上端蓋檐水平寬度為150 mm，豎向高度為 100 mm；下端蓋檐水平寬度為30 mm，豎向高度為 80 mm。

3.2.4 護(hù)筒環(huán)

護(hù)筒環(huán)由 Φ25 mm 圓鋼制作而成，被焊接在護(hù)筒距端部 200 mm 處，用于固定護(hù)筒。

3.2.5 鋼筋混凝土塊支座

鋼筋混凝土塊支座由 C30 混凝土制成，中間加配8 mm 螺紋鋼筋，高度和寬度均為 300 mm。在上部適當(dāng)位置留有卡槽，用于放置鋼管。

3.2.6 鋼 管

鋼管為加厚 1.8 m 長(zhǎng)鋼管。

3.3 施工工序

3.3.1 平整場(chǎng)地

清除地表雜物，整平場(chǎng)地，確保鉆機(jī)安放平穩(wěn)牢固，在施工中不發(fā)生傾斜。設(shè)置排水線路，預(yù)留機(jī)械進(jìn)出通道。

表 1 地基土分層及主要物理學(xué)指標(biāo)

3.3.2 樁位放樣

認(rèn)真復(fù)核設(shè)計(jì)方提供的坐標(biāo)、高程等有關(guān)數(shù)據(jù)，確定無(wú)誤后采用全站儀進(jìn)行樁位放樣，沿樁中心拉十字線做好標(biāo)志。測(cè)量復(fù)驗(yàn)完成后，記錄放樣數(shù)據(jù)并存檔。

3.3.3 開(kāi)孔鉆進(jìn)

（1）鉆機(jī)就位。先調(diào)整鉆桿垂直度，對(duì)準(zhǔn)樁孔中心，然后開(kāi)機(jī)進(jìn)行旋挖取土石開(kāi)孔。

（2）鉆孔前，按勘察報(bào)告提供的地質(zhì)資料繪制地質(zhì)剖面圖，掛在鉆機(jī)上。

（3）開(kāi)鉆時(shí)慢速低檔鉆進(jìn)，鉆至 1 m 以下后再以正常速度鉆進(jìn)。

（4）鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)清渣，并且注意地層的變化。在地層變化處撈取渣樣，判斷地層的類型，并記入在記錄表中，以便與地質(zhì)剖面圖對(duì)照。

（5）根據(jù)鉆進(jìn)阻力、渣樣和地質(zhì)圖，初步判斷是否進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖，施工單位和監(jiān)理單位應(yīng)共同進(jìn)行認(rèn)定，記錄標(biāo)高，保存相關(guān)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)影像資料。首次認(rèn)定時(shí)，勘察單位也要參與。

3.3.4 更換鉆頭，進(jìn)行擴(kuò)孔

持力層標(biāo)高確定后，繼續(xù)鉆進(jìn) 1.9 m；初步清土完成后，更換擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔。鉆頭被連接到鉆桿上，并放到孔底位置，然后緩慢施壓，使鉆頭逐漸張開(kāi)。為防止鉆頭變形，要求鉆頭勻速鉆進(jìn)，確保鉆進(jìn)位移的穩(wěn)定。根據(jù)油壓值，可以調(diào)節(jié)擴(kuò)孔鉆頭的削土量，以防出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象。剛開(kāi)始施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)樁徑所需的最大擴(kuò)底直徑逐步摸索并確定機(jī)械行程。當(dāng)擴(kuò)底鉆頭完全張開(kāi)達(dá)到 1.7 m后，輕輕提動(dòng)鉆具，使之產(chǎn)生一定的向上收縮力，在徑向和軸向的雙重作用下，收攏鉆頭，慢慢將其提出孔外并及時(shí)清理。隨后，再次更換鉆頭，進(jìn)行取土石作業(yè)。在此過(guò)程中，一般同時(shí)開(kāi)鉆 3～4 個(gè)樁孔，集中擴(kuò)底或取土石。

3.3.5 安裝鋼護(hù)筒

測(cè)定樁孔持力層標(biāo)高處距孔口的距離，另外增加300 mm 超出孔口的高度，據(jù)以確定鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行選配或切割焊接以滿足要求。檢查孔壁土質(zhì)情況，若不光滑、有突出物等，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。孔口對(duì)稱安放鋼筋混凝土支座，支座底部應(yīng)平整夯實(shí)，入土 200 mm。吊裝時(shí)采用兩點(diǎn)起吊，垂直緩慢放入，嚴(yán)禁高起猛落，避免碰撞或強(qiáng)行下放。待鋼護(hù)筒落至計(jì)劃標(biāo)高后，將鋼管穿入護(hù)筒環(huán)內(nèi)，并放置在鋼筋混凝土支座上的卡槽內(nèi)固定，鋼管不得少于 2 根；其次在平整孔口四周后抹上砂漿或混凝土并收平，再用水平測(cè)量?jī)x測(cè)出頂面高程并加以標(biāo)注，用于鉆孔深度及混凝土澆筑高度的輔助測(cè)定；最后在護(hù)筒上安裝上護(hù)蓋，每側(cè)均卡緊螺栓。

3.3.6 安裝人工挖孔機(jī)械

現(xiàn)場(chǎng)人工挖孔機(jī)械由專業(yè)企業(yè)生產(chǎn)，主要結(jié)構(gòu)用方鋼制作，主機(jī)采用電磁制動(dòng)，按鈕操作。該機(jī)安全高效、拆裝方便、簡(jiǎn)單易操作，3～4 人即可移動(dòng)。每臺(tái)設(shè)備有各自專用的開(kāi)關(guān)箱，并分設(shè)動(dòng)力開(kāi)關(guān)箱和照明開(kāi)關(guān)箱。機(jī)械到位后，安裝吊桶，并為吊桶升降鋼絲繩配備自動(dòng)卡緊保險(xiǎn)裝置。照明采用 12 V 低壓防水燈，孔口設(shè)活動(dòng)蓋板，配備送風(fēng)裝置和應(yīng)急爬梯。井上井下操作人員、施工管理人員均配備對(duì)講機(jī)，并保持通信暢通。

3.3.7 人工擴(kuò)孔、清孔底

在人工挖孔人員下井前須對(duì)孔進(jìn)行通風(fēng)和毒氣檢測(cè)，下井后應(yīng)在護(hù)筒上安裝下護(hù)蓋。首先將機(jī)械擴(kuò)孔余留土石鏟入吊桶并提升至地面；然后觀察土層地質(zhì)情況，判斷是否進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖，及時(shí)與施工管理人員、監(jiān)理工程師、建設(shè)單位專業(yè)技術(shù)人員溝通，各方隨后入井檢查確認(rèn)。若擴(kuò)底孔型和孔深不符合設(shè)計(jì)大樣要求，施工人員須用風(fēng)鎬進(jìn)行手工修整，最后將鑿下的土石清理干凈，吊運(yùn)出井。

3.3.8 取出鋼護(hù)筒

終孔清底后，報(bào)監(jiān)理單位進(jìn)行檢查驗(yàn)收。要求孔型、孔徑、進(jìn)入持力層深度和孔底留渣厚度必須符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，必須填寫(xiě)驗(yàn)收記錄并存檔。拆除護(hù)蓋、人工挖孔機(jī)械及輔助照明通風(fēng)設(shè)備管線，采用輪式起重機(jī)緩慢垂直起吊鋼護(hù)筒至地面，暫存在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)或直接安裝在其他具備條件的樁孔中。

3.3.9 制作與安裝鋼筋籠，澆筑混凝土

鋼筋籠必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行制作，安裝時(shí)實(shí)行整體一次吊裝方案。吊放時(shí)要注意避免碰落孔壁土石塊或造成小面積坍塌。入孔后須緩慢下放，若遇阻力應(yīng)停止下放，查明原因后進(jìn)行處理。導(dǎo)管安裝完成后即可澆筑混凝土，澆筑時(shí)須連續(xù)進(jìn)行，分層振搗密實(shí)。

4 安全驗(yàn)算

施工過(guò)程中，鋼護(hù)筒受力最大值為孔壁坍塌后最深處所受的側(cè)向土壓力。因此，鋼護(hù)筒厚度可按

式 1 中：p為土和地下水對(duì)鋼護(hù)筒的最大側(cè)壓強(qiáng)（N/m2），本工程無(wú)地下水；Y為樁孔最深處范圍內(nèi)土體天然重度加權(quán)值（kN/m3），本工程取 20.5 kN/m3；H為鋼護(hù)筒最深處土的高度，本工程取 21 m。式 2 中：t為鋼護(hù)筒厚度（mm）；K 為安全系數(shù)，本工程取 1.65；D為鋼護(hù)筒外徑（m），本工程取 0.80 m；fc 為鋼材的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2)，鋼護(hù)筒采用 Q235 鋼板，取 215 N/mm2。

經(jīng)計(jì)算，得出：

在實(shí)際施工中，鋼護(hù)筒采用t＝8 mm 的 Q235 鋼板制作，其強(qiáng)度能滿足安全要求。雖然鋼護(hù)筒僅對(duì)持力層以上巖土層的坍塌起到安全防護(hù)作用，但擴(kuò)大頭部分已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層，且主要在垂直方向受力，因而其穩(wěn)定性也能滿足安全要求。

5 人工＋機(jī)械成孔工藝與傳統(tǒng)人工挖孔工藝的對(duì)比

（1）工作效率高。人工＋機(jī)械成孔的工作效率是人工挖孔的 12～18 倍，大大縮短了施工工期。采用此工藝，每個(gè)旋挖機(jī)班組配合相應(yīng)擴(kuò)孔工人，在正常情況下每天可成孔并澆筑 6～8 根灌注樁，由于成孔速度快，降低了塌孔的風(fēng)險(xiǎn)。而采用傳統(tǒng)人工挖孔，每孔每天只能掘進(jìn)約 2 m，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層后速度更慢，且護(hù)壁混凝土模板需在灌注混凝土 24 h 后才能拆除，經(jīng)常數(shù)天不能成孔。

（2）精度高。旋挖機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)電腦控制，能精確定位樁心，自動(dòng)校正鉆孔垂直度和自動(dòng)測(cè)量鉆孔深度，成孔非常規(guī)范。采用人工挖孔，無(wú)測(cè)量?jī)x器輔助，全憑工人感覺(jué)，造成孔內(nèi)凹凸不平，或?qū)捇蛘?/p>

（3）安全風(fēng)險(xiǎn)降低。采用人工＋機(jī)械成孔工藝，使得人員進(jìn)入孔內(nèi)時(shí)間減少至傳統(tǒng)人工挖孔的十幾分之一，去除了支模澆筑護(hù)壁的施工工序，大大降低了造成人體傷害的因素，如空氣稀薄、職業(yè)病、潮濕、坍塌等。施工點(diǎn)集中、范圍小，容易發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。

（4）減少不利天氣對(duì)施工的影響。進(jìn)入冬期施工后，傳統(tǒng)人工挖孔護(hù)壁混凝土的制作和澆筑都難以順利展開(kāi)，而人工＋機(jī)械成孔工藝能將各項(xiàng)工作正常進(jìn)行。

（5）施工成本明顯下降。采用機(jī)械鉆孔，節(jié)約了工期，極大地減少了人工費(fèi)用和管理費(fèi)用的支出。樁孔尺寸精度高，混凝土澆筑量變得更容易控制，而且鋼護(hù)筒可以被回收重復(fù)使用。

（6）管理監(jiān)督更加輕松。采用人工＋機(jī)械成孔工藝，現(xiàn)場(chǎng)所需施工人員相對(duì)較少，工作程序明確，人為矛盾不易發(fā)生。采用傳統(tǒng)人工挖孔，由于難以監(jiān)督管理，在護(hù)壁內(nèi)工人經(jīng)常會(huì)少放或不放鋼筋。改為鋼護(hù)筒后，此類問(wèn)題不復(fù)存在。

（7）人工挖孔樁優(yōu)點(diǎn)得到保留?？芍苯訖z查成孔質(zhì)量、樁底清孔除渣徹底干凈、擴(kuò)底滿足設(shè)計(jì)承載要求等人工挖孔樁優(yōu)點(diǎn)得到保留。每次終孔清底后，監(jiān)理工程師和建設(shè)單位專業(yè)技術(shù)人員均可對(duì)成樁情況進(jìn)行實(shí)際觀察、量測(cè)。

6 存在問(wèn)題及解決方案

6.1 塌 孔

施工過(guò)程中，兩個(gè)樁孔在鋼護(hù)筒提出后未及時(shí)澆筑造成中下部發(fā)生小面積塌孔，與此處雜填土未夯實(shí)也存在一定關(guān)系。后續(xù)機(jī)械初步清理渣土，重新安裝鋼護(hù)筒，人工徹底清孔?；炷翝仓r(shí)直接將塌孔處用混凝土填實(shí)。

6.2 煤矸石區(qū)難以成孔

煤矸石回填溝壑鉆進(jìn)時(shí)，受材料自身原因及強(qiáng)夯影響深度等條件限制，旋挖機(jī)提鉆時(shí)經(jīng)常小范圍坍塌，勉強(qiáng)成孔后又難以安裝鋼護(hù)筒擴(kuò)底。經(jīng)各方討論，樁短處采用傳統(tǒng)人工挖孔完成。樁長(zhǎng)超過(guò) 12 m 的采用機(jī)械成孔后，對(duì)孔口 2 m 以下灌注水泥砂漿，待達(dá)到一定強(qiáng)度后再次機(jī)械成孔，即可進(jìn)行鋼護(hù)筒安裝、人工擴(kuò)底。

6.3 施工技術(shù)依據(jù)不足

機(jī)械＋人工挖孔成孔施工工藝缺乏相應(yīng)施工技術(shù)依據(jù)，建筑樁基技術(shù)規(guī)范中干作業(yè)成孔灌注樁條文難以直接引用，相關(guān)技術(shù)論證亦未得到推廣認(rèn)可。

6.4 鋼護(hù)筒長(zhǎng)度調(diào)整、運(yùn)輸存在一定困難

由于樁長(zhǎng)不一，鋼護(hù)筒有時(shí)需加長(zhǎng)或截短。工程完工后，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸或長(zhǎng)期存放不經(jīng)濟(jì)。如該項(xiàng)施工技術(shù)得到推廣，鋼護(hù)筒市場(chǎng)需求量加大，可由租賃企業(yè)加工制作并改進(jìn)拼接方法，施工企業(yè)向其租用，達(dá)到互利互惠、降低成本的效果。

綜上所述，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，采用機(jī)械＋人工挖孔成孔的施工工藝，既保留了傳統(tǒng)工藝可徹底清孔、可直觀檢查持力層、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，又能極大的提高施工進(jìn)度、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、且經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，建議因地制宜合理的對(duì)此項(xiàng)技術(shù)加以應(yīng)用，不斷完善和優(yōu)化，同時(shí)增訂相關(guān)技術(shù)規(guī)范以指導(dǎo)施工。