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人工开挖和爆破成孔技术在某工程载体桩施工中的应用

文档作者：杨启安1 蒋莹2 文档来源： 1．北京中建建筑科学研究院有限公司 2．浙江省二建建设集团有限公司		点击数：	更新时间： 2025年11月15日
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2013年7月上
第42卷第13期
施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 15
DOI：10．7672／s舒s2013130015
人工开挖和爆破成孔技术在某工程载体桩施工中的应用
杨启安1，蒋莹2
(1．北京中建建筑科学研究院有限公司，北京100076；2．浙江省二建建设集团有限公司，浙江宁波315000)
[摘要]在岩溶地区，当天然地基承载力不满足设计要求时，建筑物基础一般多采用人工挖孔扩底灌注桩或嵌岩
桩，但这些技术往往施工时间长，而且在某些特殊地质条件下无法施工。结合唐山某工程，在岩石埋深较浅部位采
用人工挖孔和嵌岩桩施工难度较大，最终采用上部人工挖孔，桩端载体采用爆破成孔施工的载体桩技术，既提高了
施工进度，同时降低了造价。
[关键词]地下工程；桩基础；载体桩；岩溶地区；爆破；施工技术
[中图分类号】Tu753．3 [文献标识码]A [文章编号】1002．8498(2013)13-0015_03
Application of Manual ExcaVation and Drilling by Blasting Technology
for Pile with Bearing Base Construction in Some ProIject
Yang Qi’anl，Jiang Yin92
(1．8e讲增曰ui妊i昭R∞e口rc^‰m以e co．，厶d．妒∞cEc，曰e承增100076，c^in口；
2．z^咖锄g Pro"inci口Z E彬口n co凡s￡mc渤n Gr0印Co．，￡试，Ⅳi昭60，肌妒帆g 3 l 5000，傩in口)
Abstract：]Ⅵanual excavated pile and mck—socketed pile are usually adopted in karst area when the
bearing capacity of natural foundation can’t meet the des培n requirement． However，the method has 10ng
constⅢction period and can’t constructed in special geological conditions． In a p11Dject in Tangshan，it is
dimcult to constlllct manual excavated pile and rock—socketed pile in shallow layer． At last，the method
that manual excaVated pile used in upper part and drilling by blasting in pile tip is adopted which
improved construction speed and reduced the cost．
1【ey words：undergmund；piles；piles with bearing base；karst area；blasting；constmction
1 工程概况
拟建工程位于唐山市路北区北新东道与大城
路交叉口东南，现唐山陶瓷厂院内。本项目共包括
10栋建筑物，地上6层，地下2层，上部为钢筋混凝
土结构。由于该建筑地处岩溶地区，且岩溶区埋深
深浅不一，原设计方案为人工挖孑L灌注桩，桩基直
径为800mm，桩长约2—8m。
2工程地质条件
拟建工程场地地貌单元为燕山南麓低山丘陵
区，剥蚀残丘地貌，地形较简单，地貌类型单一，根
据钻孔揭露，拟建场地上覆第四系松散沉积物，岩
性主要为杂填土、残积土，下伏基岩为奥陶系地层，
岩性为石灰岩。按埋藏条件、岩性特征和物理力学
性质指标，根据钻孔揭露，分为4个主要地质层，各
[作者简介]杨启安，高级工程师，E—mail：yangqiaIl2000@126．co“
[收稿日期]2012-ll-13
层土按自上而下的顺序描述如下：①杂填土主要
成分为建筑垃圾、粉煤灰混碎石等，局部存在老建
筑基础及混凝土块，土层厚度为0．2—1．8m。②残
积土原岩结构破坏，风化成土状，混碎石颗粒，棱
角状，不均匀，土层厚度为O．6～4．7m。③强风化石
灰岩可见原岩成分，结构破碎，裂隙很发育，孔隙
由黏性土填充，岩芯呈碎块及短柱状，锤击易碎，土
层厚度为1．11—3．2m。④中风化石灰岩原岩成
分比较明显，结构较完整，裂隙较发育，岩芯呈短柱
状，锤击不易碎，局部夹30～50cm岩石破碎带，以
黏性土和碎石填充，胶结一般。土的物理力学指标
如表1所示。
3人工挖孔桩设计
对于岩溶地区，桩基础一般采用钻孔灌注桩或
人工挖孔灌注桩，根据本工程的地质情况和上部结
构资料，初步确定采用大直径人工挖孔嵌岩灌注
桩。本工程±0．000标高为49．300m，基底标高为
万方数据
16 施工技术第42卷
41．840m。设计以桩端④中风化石灰岩层作为持力
层，设计桩直径为800mm，根据原来勘察报告提供
参数，初步确定桩长为6—9m。根据《建筑桩基技
术规范》JGJ94—2008，嵌岩桩单桩极限承载力
Q。k=Q“+Q，k=u≥2 g。矗fi+f^A，’(1)
由于勘察报告未提供基岩的单轴抗压强度，④
中风化石灰岩层岩土成分较为明显，结构较为完
整，裂隙较发育，基岩的承载力为800kPa，矽。取
0．2，由规范可计算出岩石承载力为：
f。=f／毋，=4 000kPa
本工程基岩为较完整岩石，根据规范，嵌岩桩
进入岩石的嵌固深度≥0．4d且≥O．5m，故嵌固最小
深度为0．5m，经计算得嵌岩桩单桩竖向承载力
2 833kN，初步确定单桩承载力设计特征值为
2 800kN，混凝凝土强度等级为C30，则砂上A。。=
6 465kN>桩顶轴力设计值3 780kN。
故桩直径800mm，桩长6—9m的人工挖孔嵌岩
桩单桩承载力能满足上部结构设计要求。
4载体桩设计
基坑开挖后发现，勘察报告中土层描述和实际
分布相差较远，基岩层顶标高起伏较大，有些地方
基岩埋深接近9m，而部分地基基岩埋深约1m，桩长
差别达到8m。由于本工程基岩属于较硬岩，从施工
角度分析，对基岩埋深较深的区域，在基岩中施工
0．5m嵌固深度较难；而在基岩埋深较浅的区域，基
础已经不属于桩基础，属墩基础，为保证基础稳定
性和墩基础下基岩不被压碎，设计时须对墩的底部
进行扩底放大且桩端也应该嵌入基岩中，在基岩中
扩底施工难度更大。若采用爆破施工，该施工方法
速度慢，而且桩端扩底的尺寸很难控制，无法达到
设计要求的尺寸，成本较高。由于桩长相差7m，单
桩承载力的极差也较大，对建筑物的不均匀沉降控
制不利。故原来的设计方案从施工可行性分析不
合理。
由于载体桩主要依靠桩端载体提供单桩承载
力，桩长对单桩承载力的影响不大。为保证桩基础
的稳定性，也须将载体的一部分嵌固入岩石内，但
载体桩桩端为载体，主要通过填料夯实形成，对成
孔的形状没有特殊要求，只要成孔后填充料夯实，3
击贯入度满足设计要求即可，故可通过简单爆破实
现成孔和施工。经过不同方案的对比和论证，为验
证载体桩承载力是否满足设计要求，正式设计和施
工前进行了试桩和载荷试验，为了使试验桩具有代
表性，分别选取了基岩埋深为2，3，6m位置进行试
验。试桩结果如表2所示。
表2试桩施工参数及结果
Table 2 Testing piles par咖eters and results
通过对3根试验桩试验数据对比发现：单桩承
载力都能满足上部结构设计要求；桩长对单桩承载
力影响不大，在加载到2 300kN时，变形相差较小。
最终确定采用载体桩设计方案，由于浅层地基为填
土和残积土，采用人工挖孔成孔，当达到基岩时采
用爆破方法在基岩中成孔。
1)单桩承载力的计算
根据拟建工程地质勘察报告，选择中风化石灰
岩作为载体桩持力层，确定出桩长为2．5—7．0m，
设计桩径为800mm。中风化石灰岩的承载力为
800kPa，则工=800kPa，初步确定3击贯入度为
15cm，根据《载体桩设计规程》JG儿35—2007查表得
A，取值为2．50m2，则载体桩承载力标准值可达：
R。=正A。=2 000kN。根据上部结构基础的荷载，考
虑布桩的经济合理性，实际设计的单桩承载力特征
值为1 800kN。
设计桩身混凝土强度等级为C30，根据规范公
式进行载体桩桩身强度的验算，桩身混凝土强度满
足设计要求。
2)配筋
载体桩配筋采用12函14通长配置，螺旋箍筋西8
@250；加劲箍筋西14@2 000，混凝土保护层厚
40mm。最终载体桩设计为：桩径800mm，桩长2．5
万方数据
杨启安等：人工开挖和爆破成孔技术在某工程载体桩施工中的应用17
～7m，3击贯入度控制值<15cm；干硬性混凝土夯
填量0．5m3；单桩竖向承载力特征值为2 300kN。
5载体桩施工
载体桩的施工共包括以下步骤：①按图纸放
线，确定桩位，并做相应标记；②采用人工挖孑L的方
法进行成孔，并掏到岩石顶部；③在孔底放入一定
量的炸药进行爆破，在岩石中形成深度≥30cm的孔
洞，炸药的用量根据经验和现场试验确定；④沉入
护筒，并向护筒内填入建筑垃圾、夯实；⑤当3击贯
人度满足设计要求后，再填人干硬性混凝土，形成
载体；⑥放置钢筋笼，灌注混凝土。
6 工程桩检测和经济对比
6．1工程验收检测
施工完毕后，对工程桩进行检测，包括静载荷
试验和低应变完整性检测，检测比例为总桩数的
l％，且每栋楼≥3根。整个小区单桩承载力静载荷
试验都满足设计要求，以2号楼为例，其工程桩试桩
检测载荷曲线如图l所示。试桩加载到2倍设计承
载力时变形不超过4mm，变形差约为2．6mm。
§涎
制
采用低应变检测方法对部分桩身完整性进行
检测，根据低应变检测原理：在桩顶敲击产生击振
波，波通过桩身传递到桩底，再反射到桩顶被传感
器接受。桩底反射系数为：
尺，=筹膏瓮㈩
式中：p。为判定截面下的材质密度；p：为判定截面
上的材质密度；c，为波在判定截面下传播的速度；c：
为波在判定截面上传播的速度；A。为判定截面下的
桩尺寸(针对载体桩则为桩端混凝土扩大头的面
积)；A：为判定截面上的桩身截面面积(载体桩则为
干硬性混凝土桩端扩大头上桩身的面积)。
若是传统嵌岩桩，桩端与岩石相连，岩石是整
体，桩底必然会出现反相反射。本工程载体桩以岩
石作为持力层，施工时爆破成孔后填入建筑垃圾进
行夯实，故实际上载体桩桩身混凝土与岩石并没有
直接相连，而夯实建筑垃圾与干硬性混凝土的形状
和厚度因每根桩爆破的深度和填料体积的不同而
不同。常规土层中施工的载体桩桩底反射因干硬
性混凝土成型影响和材料渐变的影响而呈现不同
的桩底反射，当干硬性混凝土影响明显时呈现反相
反射，当材料渐变影响明显时桩底呈现同相位反
射。结合本工程的施工特点，填充建筑垃圾较小，
其下是基岩，故桩底的反射是3种因素的叠加影响。
根据本工程低应变检测情况，桩底基本呈同相位反
射。3根桩的低应变检测曲线如图2所示，图2中3
根桩桩径均为800mm，桩身混凝土强度等级均
为C30。
桩号：12 波速：3 704m／s
Py扣}
0．00 2．22 4．44 6 67 8．8
己佃
叠冒雹盔雹盈雹盔雹雹墨墨3．80m
桩
0．OO 2．17 4．34 6 52 8．6
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县县·．07 07——‘1“1 波双速琏：j3 6D3j2zIr
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．． I．．
O．00 2．18 4_36 6．54 8．72
L／m
臣盈萄翠翟强密翻墨圈3．40m
图2 3根桩的低应变检测曲线
Fig．2 Low strain dynamic testing curve of three piles
6．2造价对比
通过对比，本工程载体桩方案较原来设计的人
工嵌岩桩方案在造价上有一定的优势，如表3所示。
由于载体桩和人工挖孑L桩桩长都不是固定值，故桩
长按平均桩长考虑。
表3 2种基础方案造价对比
TabIe 3 Cost comparison of the two foundation schemes
嘉萎分项甓7 警7桩数造价笔7
(下转第29页)
O
9
8
7
6
5
4
3
2
1
万方数据
2013 No．13 陈以田等：旋挖钻机方形桩施工技术
图4方形桩施工工艺流程
Fig．4 Co璐tmc‰n now of r∞伽l舯lar p姐鹳
移机进行下一方形桩施工。
注意，每个步骤施工均需在上一步骤自检或者
第三方检测验收合格后进行，以保证方形桩最终成
桩质量。主要的施工过程如图5所示。
a下放方形护筒b采用捞砂斗钻2个圆孔
c方形钻头钻进成方形桩孔d浇筑完成的方形桩
图5主要施工过程示意
F嘻5 Main const¨ction steps
5 结语
通过3个月的施工，顺利完成该项目方形桩施
工。从施工效果看，旋挖钻机方形桩具有如下优点。
1)该旋挖钻机方形钻头能够高效、高质量地完
成土层浅孔的方形桩孔工程。
2)该旋挖钻机方形钻头结构简单，易于加工，
生产成本及维护成本低，经济性好。
3)在保证强度的前提下，加大方形钻头四个角
的排土空间，减小导向体总成的宽度等能够改善方
形钻头的施工性能，大大提高施工效率。
4)此旋挖钻机方形钻头及其施工工艺扩展了
旋挖钻机应用范围，为今后越来越多的特殊工程施
工提供了一种思路。
参考文献：
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质，2009(4)：“47．
(上接第17页)
通过对比分析发现，载体桩比人工挖孔嵌岩桩节
省造价约31．6％，主要由于以下原因：①载体桩在岩
石中采用爆破成孔，然后夯实施工载体，较人工成孔
桩造价低廉；②由于载体桩单桩承载力较人工挖孔嵌
岩桩低，布桩较人工挖孔桩略多，减少了承台梁的受
力，故承台梁尺寸和配筋略少，降低了造价。
7 结语
1)对基岩埋深较浅的场地，由于在基岩中成孔
较为困难，不宜采用人工挖孔灌注桩，可采用载体
桩施工技术。通过本工程设计、施工和检测表明，
该施工技术可行。
2)在岩溶地区施工载体桩，若柱锤冲击成孔较
为困难，可在浅层土中采用人工挖孔，基岩中采用
爆破技术成孔，可解决载体桩的成孔问题。
3)由于载体桩技术对桩端基岩中成孔形状没
有具体要求，故采用爆破成孔，大量开挖岩石，能节
省大量人工，故该方案比常规技术经济。
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