1 基本原理及适用范围
人工挖孔(或扩孔)灌注桩是指在桩位采用人工挖掘方法成孔,然后安放钢筋笼,灌注混凝土而成。
灌注桩按其受力条件主要分为两大类:挡土桩和工程承载桩。人工挖(扩)孔桩宜在地下水位以上施工,适用于人工填土层、粘土层、粉土层、砂卵石层和风化岩层。而在地下水渗水量大且难以排水的地层以及松砂层、淤泥土层中,不宜进行人工成孔,尤其不宜在有毒气的地层中进行人工成孔。人工挖(扩)孔桩的桩身直径一般为800mm~2000mm,最大直径可达3500mm。桩端采取扩底和不扩底两种方式,一般挡土桩采取不扩底方式,而工程承载桩则采取扩底方式。同时,设计人员视桩端土质条件,扩底直径一般为桩身直径的1.3倍~2.5倍,最大扩底直径可达4500mm。扩底变径尺寸一般按(D-d)/2∶h=1∶4的要求进行控制,其中,D和d分别为扩底直径和桩身直径;h为扩底变径高度,扩底部分可分为平底和孤底两种,后者的矢高h1(D-d)/4。
为便于施工,挖孔桩孔深不宜超过30m。当桩长L8m时,桩身直径(不含护壁厚度,下同)不宜小于0.8m;当8m20m时,桩身直径应适当加大。
2 施工工艺
2.1 施工程序
挖孔灌注桩施工程序为:场地平整放线、定桩位挖第一节桩孔土方支模浇灌第一节混凝土护壁在护壁上二次测标高及做好轴线标志安装垂直运输架、起重卷扬机、孔底吊土桶、通风、照明设施等第二节桩身挖土护壁重复第二节挖土、支模、浇灌混凝土护壁工序,循环作业直至设计深度检查持力层后进行扩底(仅限于工程承载桩)清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层吊放钢筋笼灌注桩芯混凝土。
2.2 护壁厚度设计
大直径人工挖孔桩以及在土质条件较差地区,大都采取分段挖土、分段护壁的方法施工,以保证操作安全。对于深度小于6.0m,且土质条件较好、不扩头的桩(1000mm以内)可采取不护壁挖掘。
混凝土护壁厚度t可按下式计算:
tKN/fc或tKPD/2fc。
其中,N为作用在混凝土护壁截面上的压力,N/m2,N=PD/2;K为安全系数,一般取1.65;fc为混凝土轴心抗压强度,N/mm2;P为土和地下水对护壁的最大侧压力,N/mm2;D为桩孔直径,m。
1)对无粘性土,当无地下水时:
P=Htg2(45-/2);
当有地下水时:
P=Htg2(45-/2)+(-w)(H-h)tg2(45-/2)+(H-h)w。
2)对粘性土,当无地下水时:
P=Htg2(45-/2)+2ctg(45-/2);
当有地下水时:
P=Htg2(45-/2)-4ctg(45-/2)+(-w)(H-h)tg(45-/2)+(H-h)w。
其中,为土的容重,kN/m3;w为水的容重,kN/m3;H为挖孔桩护壁深度,m;h为地面至地下水位深度,m;D为挖孔桩外直径,m。
通常护壁厚度取10cm~20cm。