挖孔桩技术在桥梁基础施工中的应用
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【摘 要】人工挖孔桩作为一种传统的成桩施工工艺,具有造价低、所需施工设备简单、成桩直径大、成桩质量容易保证,同时也因受干扰和场地的限制,使用人工挖孔桩更方便施工等特点。它是一种在桥梁及其它重要建筑结构中采用相对较多的深基础形式。
桥梁桩基施工中采用人工挖孔桩技术是一种既经济又快速的成孔方法。施工技术和设备要求相对比较简单；成孔质量高，不会出现卡钻、断桩、塌孔等现象；施工速度快,可同时进行多孔平行施工作业；施工无振动、无噪音,不存在施工扰民的现象。
１．桥梁施工中选择挖孔桩技术的条件
1.1适用范围
1.1.1人工挖孔桩适用于地下水位以下的黏性土、粉土、填土、中等密实度以上的砂土、风化岩层。而粉细砂或粉细砂夹淤泥等易于出现流砂的土层，以及流塑状的淤泥层都不适宜采用人工挖孔桩。
1.1.2人工挖孔桩持力层的选择甚为重要，持力层的力学强度如何，直接关系到桩基的合理与安全。挖孔桩持力层应选择无软弱持力层且中等风化、微风化岩层，透水性较小的中密以上的碎石黏土或砾石黏土层．地基承载力大于200kPa的残积黏性土。
1.2结构承载力的综合考虑
1.2.1桩容许承载力的确定。从国内外大量的资料和文献看,最准确的桩基竖向承载力是通过静载试验确定的。但静载试验时间长、费用高，一般情况下不可能采用。因此,目前一般情况下均采用规范公式进行计算，并根据工程地质条件结合设计实践经验，对一些计算参数进行适当调整。
按静载试验确定因人工挖孔桩通常支承于较坚硬的土层上,静载试验Q-S曲线无明显转折点，可根据桩顶的沉降量来确定其极限承载力，即可取沉降量S=0.03-0.06D(D为桩端直径)所对应的荷载值为其极限承载力。
按桩身材料容许强度计算当桩支承于微风化岩或基岩时，桩端持力层的抗压强度远远大于桩身的抗压强度，在竖向荷载作用下桩的沉降不是桩端土的压缩沉降，因此对于支承或嵌入岩层的桩，其承载力强度不是取决于桩端土的强度，而是取决于桩身材料的抗压强度。其强值可按不考虑纵向弯曲影响的轴心受压计算。计算时桩端阻力应考虑“尺寸效应”进行折减。
1.2.2针对上部结构连续梁桥型方案，考虑到该结构对于不均匀沉降较为敏感。对于各墩、台之间的沉降差异要求很严格根据地质条件经过多方案比较,并充分考虑到施工的可行性和施工工期的要求,较多采用大直径人工挖孔桩基础。
1.3施工安全
人工挖孔桩施工过程中井壁坍塌处理。人工挖孔桩在开挖过程中，一般会遇到流砂层，流砂是困扰人工挖孔桩护壁施工的一大难题，因人工挖孔系井下人工作业成孔，井下流砂常诱发护壁井下坍塌。如没有有效的处理措施，必将造成大的经济损失，严重的甚至可能出现人员伤亡事故，为确保施工过程的安全，必须有切实有效的处理措施。
2.以桥梁桩基工程为例来具体分析分析挖孔桩技术
2.1工程概况
某桥梁桩基工程场地处于河流滩涂地区，地表覆盖有厚薄不均的粉质粘土，其下层则为冲洪积砂层、卵石土，再下层则为主要由泥质砂岩构成的基岩。场地地表水位相对较低，渗水量不是很大，土体相对较稳定，不存在液化、失稳等地质灾害条件。该桥梁桩基工程主要包括南北两端桥台分别设置的两排各6根1600mm孔径的人工挖孔桩,设计孔深15m；中间桥墩则分别为单排各4根1500mm孔径的桩孔,设计孔深19m。
经相关评估论证,本场地可采用人工挖孔桩进行桩基工程的施工。先由人工开挖成孔后,再采用混凝土直接灌注施工而成。经合理设计计算,采用大直径人工挖孔桩基础可确保桥墩较大的承载力。现结合工程施工实际,将人工挖孔桩技术在该桥梁桩基工程中的应用情况进行相应的探讨。
2.2结构分析
一般情况下，大直径人工挖孔桩的桩身承载力主要由桩周土摩阻力与桩端承载力两部分构成。我们不难发现：
(1)人工挖孔桩的桩端承载力是整个桩身承载力的主要构成部分。同时，挖孔桩桩周围的土体摩擦力也能分担一部分的桥墩荷载。正常情况下，当桩周侧表面土体摩擦力全部发挥作用时，桩端承载力的作用一般只发挥了60％。
(2)对于大直径的桩端、桩周侧阻尺寸效应系数,在计算大孔径人工挖孔扩底桩竖向承载力时，应根据场地具体的地质条件、荷载大小和特性等因素综合考虑确定。
(3)人工挖孔桩底面积的不同，往往会引起桩身沉降变形差异较大。因此，设计计算时还应结合桩身的沉降变形要求进行控制。
2.3人工挖孔桩施工
2.3.1主要施工流程
充分平整好场地，进行桩身放线、定位，架设相应的支架，准备好施工过程中需要用的潜水泵、鼓风机、照明灯等设备，开始开挖成孔(同时开始抽水),每下挖1000mm时进行一次桩孔直径和垂直度的校核、并清理桩孔壁、搭设桩周的支撑护壁模板、浇灌相应的护壁混凝土，待达到一定强度后拆模继续下挖，桩孔达到微风化基岩一定深度后组织验收，验收通过后进行钢筋笼吊装施工，组织钢筋笼施工验收，清除桩孔孔底的积水和污泥，吊入串筒、进行桩身混凝土的浇注施工，浇注至高于桩身设计标高0.3m处结束，并进行合理养护。
2.3.2主要施工过程
该桥梁桩基工程前期施工速度较慢，3个月累计完成了24根桥台桩；后期逐渐增加人工挖孔作业的人数，按时完成了其余挖孔桩的施工任务。在施工南端桥台1600mm桩孔时，挖进施工周期为28天，挖进泥岩孔段时，岩层的韧性相对较大，难于产生大块体积的开挖，挖进的时效相对较慢；而在进行中间桥墩桩孔的开挖施工时，虽然孔深相对桥台1600mm桩孔还要深4m，但人工挖孔的施工周期也仅为25天，挖入时效大幅高于桥台的桩身成孔开挖施工，主要原因是该局部区域的泥质砂岩韧性相对低一些。
在桩身施工质量方面，由于人工挖孔桩具有孔底无沉渣、成孔施工结束后可立即开始钢筋笼吊装和桩身混凝土灌注施工，成孔后的桩身施工质量相对容易控制。