淺談人工挖孔灌注樁施工

云南錫業(yè)股份有限公司建設(shè)發(fā)展部

摘要：本文對人工挖孔灌注樁施工進行簡述，隨著灌注樁在工程中運用的起來越廣泛事故頻率也呈現(xiàn)上升，所以提出其運用和施工應(yīng)注意的質(zhì)量和安全事項及必須采取的有效措施，以求保證施工質(zhì)量與安全的目的。

關(guān)鍵詞：人工挖孔灌注樁施工

1 前言

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)在建設(shè)工程中的應(yīng)用越來越廣泛。人工挖孔灌注樁簡稱人工挖孔樁，是指樁孔采用人工挖掘方法成孔，然后安裝鋼筋籠，澆筑混凝土成為支撐上部結(jié)構(gòu)的樁基。近年來隨著高層建筑及大跨度大荷載工業(yè)建筑的增多，采用的樁基相應(yīng)地向大直徑灌注樁方向發(fā)展。國外實踐經(jīng)驗證明：當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載很大時，采用大直徑樁是比較經(jīng)濟的。大直徑灌注樁成孔方式有機械成孔和人工成孔兩大類。機械成孔需要特定的機械設(shè)備，采用泥漿護壁以及水下澆注混凝土等方法。而人工挖孔的優(yōu)點表現(xiàn)在：施工設(shè)備簡單；噪音??；施工速度快；可按施工進度要求決定同時開挖樁孔的數(shù)量；可直接觀察地質(zhì)變化情況，樁底沉渣能清除干凈，施工質(zhì)量可靠。特別是大直徑的混凝土灌注樁，人工挖孔比機械成孔的適應(yīng)性要廣的多，不僅適用于軟土地基也適用于山區(qū)丘陵土質(zhì)等比較堅硬，地形地貌變化比較大的地區(qū)。

2 人工挖孔灌注樁施工

2.1基本原理及適用范圍

人工挖孔（或擴孔）灌注樁是指在樁位采用人工挖掘方法成孔，然后安放鋼筋籠，灌注混凝土而成。灌注樁按其受力條件，主要分為兩大類：擋土樁和工程承載樁。人工挖（擴）孔樁宜在地下水位以上施工，適用于人工填土層、粘土層、粉土層、砂卵石層和風(fēng)化巖層。而在地下水滲水量大且難以排水的地層以及松砂層、淤泥土層中，不宜進行人工成孔，尤其不宜在有毒氣的地層中進行人工成孔。人工挖（擴）孔樁的樁身直徑一般為800～ 2000mm，最大直徑可達3500mm。樁端采取擴底和不擴底兩種方法，一般擋土樁采取不擴底方式，而工程承載樁則采取擴底方式。同時，設(shè)計人員視樁端土質(zhì)條件，擴底直徑一般為樁身直徑的1.5～ 3.0 倍，最大擴底直徑可達4500 mm。擴底部位的變徑尺寸為1∶4，其矢高?。?.1～0.15）D，一般不小于0.15～0.2m。 見圖2-1（擋土樁和工程承載樁示意圖）

圖2-1

為便于施工，挖孔樁孔深不宜超過30 m。當(dāng)樁長L ≤8 m 時，樁身直徑（不含護壁厚度，下同）不應(yīng)小于0.8m；當(dāng)8 m < L ≤15 m 時，樁身直徑不應(yīng)小于1.0m；當(dāng)15 m < L ≤20 m 時，樁身直徑不應(yīng)小于1.2m；樁長> 20 m，樁身直徑應(yīng)適當(dāng)加大。挖孔樁的護壁最小厚度應(yīng)不小于100mm。 當(dāng)樁間凈距（含排樁）小于4.5m時，必須采用間隔開挖（ 有擴底的人工挖孔樁，則以擴底部分計）

2.2 機具設(shè)備

人工挖（擴）孔灌注樁主要采用人工挖掘成孔，其施工用機具設(shè)備較為簡單，主要設(shè)備見表2-2（人工挖掘成孔施工機具設(shè)備表）

表2-2

序號主要設(shè)備及用途

1手搖轆轤和提土桶（一般為輪胎桶）。

2護壁用鋼模（紅河州本地常用），采取4 塊活動鋼模板組合而成。

3潛水泵，用于抽出樁孔中的積水。

4鼓風(fēng)機和送風(fēng)管，用于向樁孔中送換新鮮空氣。

5短柄鍬、鎬、錘、釬等工具，若遇硬土或巖石還需備風(fēng)鎬。

6雙輪手推車或機動翻斗車、農(nóng)用車。

7混凝土攪拌機（樁芯混凝土市區(qū)內(nèi)一般限用商品混凝土），小直徑插入式振動棒，插釬、串筒等。

其它機具鋼筋加工機具、支撐、電焊機、應(yīng)急用軟梯、36 V 低壓變電器及井內(nèi)照明設(shè)施、空壓機及風(fēng)鎬。

2.3人工挖孔灌注樁的施工工藝

2.3.1 施工工藝原理

采用人工挖掘和適當(dāng)爆破在樁位進行開挖，每挖深1 m 左右（視土質(zhì)而定）即放入一個小于挖孔孔徑的截錐形模板，在模板與孔壁之間澆筑砼護壁，如此挖一段護一段，形成一個“梯套”（人工挖孔樁邊挖邊護法施工），直至要求深度，然后按常規(guī)方法安設(shè)鋼筋籠，澆注樁身砼。

2.3.2 施工程序

挖孔灌注樁施工程序：場地平整放線、定樁位挖第一節(jié)樁孔土方支模澆灌第一節(jié)混凝土護壁在護壁上二次測標(biāo)高及做好軸線標(biāo)志安裝、垂直運輸架、起重卷揚機、孔底吊土桶、通風(fēng)、照明設(shè)施等第二節(jié)樁身挖土護壁重復(fù)第二節(jié)挖土、支模、澆灌混凝土護壁工序，循環(huán)作業(yè)直至設(shè)計深度檢查持力層后進行擴底（僅限于工程承載樁）清理虛土、排除積水、檢查尺寸和持力層吊放鋼筋籠灌注樁芯混凝土。

2.3.3 灌注護壁混凝土、護壁成孔

由于護壁起著護壁與防水雙重作用，因此護壁砼要注意搗實，并且上、下護壁需接搭5～ 7.5 cm，護壁厚度一般下口7～ 8 cm，上口14～ 15 cm。第一節(jié)砼護壁高出地面20 cm 左右，以便于擋水和定位。若地質(zhì)情況較好，護壁可采用素砼，砼強度采用C20～ C25。當(dāng)護壁砼達到一定強度后便可拆除模板（一般在常溫下約24 h 可以拆除模板），再挖下一段土方，然后繼續(xù)支模灌注護壁砼，如此逐段挖孔，護壁，直至樁底。

大直徑人工挖孔樁以及在土質(zhì)條件較差地區(qū)，大都采取分段挖土、分段護壁的方法施工，以保證操作安全。對于深度< 6. 0 m，且土質(zhì)條件較好、不擴頭的樁（1000 mm 以內(nèi)）可采取不護壁挖掘。分段現(xiàn)澆混凝土護壁的厚度一般由設(shè)計人員在設(shè)計圖紙上給出。

為防止塌孔和保證操作安全，挖孔樁多設(shè)現(xiàn)澆混凝土支護，每節(jié)高1m，或加配適量直徑Φ6. 5～ 8 mm 光面鋼筋@200 ×200 mm，護壁混凝土強度標(biāo)號一般與樁芯一致（C20或C25、C30），挖孔時應(yīng)預(yù)留出護壁厚度，以保證設(shè)計的樁芯柱體尺寸。護壁施工采取拼裝而成的鋼模支護，拆上節(jié)支下節(jié)，循環(huán)周轉(zhuǎn)使用。對成樁直徑≥1. 5m 樁進行關(guān)模時，為防止模板跑位變形，需設(shè)內(nèi)支撐?；炷劣玫跬斑\輸人工澆筑，上部留100 mm 高作澆灌口，并用手提插入式振動器振搗，待混凝土強度達1M Pa即可拆摸。當(dāng)使用大廠水泥時可在8～ 12 h 后拆模（一般視當(dāng)?shù)貧鉁囟ǎ?。挖孔由人工自上而下逐層用鎬、鍬進行。挖土次序為先挖中間部分，后挖周邊。擴底部分采取先挖樁身圓柱體，再按擴底尺寸從上而下削土修成擴底鍋形。為防止擴底時擴大頭處的土體坍塌，可采取間隔樁位挖土措施，待澆筑樁芯混凝土前再挖除。棄土裝入吊桶垂直運輸，用轆轤吊至地面后，用手推車運出，或堆至一處再集體清運。

2.3.4 鋼筋籠制安

（圖2-3）

通常有樁內(nèi)綁扎和井口吊裝兩種方式。樁內(nèi)綁扎通常用于擋土樁，而工程樁則采用井口吊裝方式。對直徑和長度大的鋼筋籠在地面制造時，一般在主筋內(nèi)側(cè)每隔2～ 2. 5 m 加設(shè)一道與主筋直徑一致的加強箍，并在每箍內(nèi)設(shè)一“△”型加強支撐，同時將主箍焊接牢固組成骨架。為便于吊運，一般分節(jié)制作。鋼筋籠的主筋為通長鋼筋，其接頭通常采用對焊或雙面焊，主筋與箍筋間隔點焊固定?？刂票Ｗo層為≥50 mm，鋼筋籠外形尺寸偏差為±10 mm。鋼筋籠就位采用起重機進行吊裝，上下節(jié)主筋采用幫條雙面焊接，整體鋼筋籠用鋼管懸掛在井壁上借其自重保持垂直，見圖2-3（鋼筋籠吊裝示意圖）

2.3.5 灌注樁身混凝土

在灌注混凝土前，應(yīng)先放置鋼筋籠，并再次清除孔內(nèi)虛土?；炷了涠瓤刂茷?8～ 22 cm?；炷凉嘧⒖刹扇‖F(xiàn)場拌制或商品混凝土泵送形式?；炷料铝喜捎昧锊酆痛玻怪惫嗳霕犊變?nèi)，避免混凝土斜向沖擊孔壁，以免造成塌孔和混凝土離析現(xiàn)象。混凝土應(yīng)連續(xù)分層灌注，每層灌注高度一般不超過1.5 m，對擴大頭段采取一次性灌注振搗。對于直徑較大的挖孔樁分層搗實時，應(yīng)隨時振搗密實，直至樁頂。當(dāng)混凝土灌注量大時，可用混凝土泵車送料。在混凝土初凝前抹壓平整，以避免出現(xiàn)塑性收縮裂縫或環(huán)向干縮裂縫。表面浮漿層應(yīng)鑿除，使之與上部承臺或底板連接良好。

2.3.6 混凝土養(yǎng)護

在混凝土澆筑12h 后進行灑水養(yǎng)護，且養(yǎng)護時間不少于7d。

2.4 人工挖孔樁樁端土承載力的確定

人工挖孔樁承載類型是端承樁，單樁承載力的大小取決于樁端土力學(xué)性質(zhì)及承載能力。樁基工程設(shè)計前，應(yīng)由勘察單位將樁端土承載力特征值qpa提供給設(shè)計單位，但該值是勘察單位在沒有樁孔的條件下，根據(jù)鉆探取樣、土工試驗、原位測試等綜合手段獲得的，未經(jīng)靜載荷試驗驗證，其值經(jīng)驗性比較強，人為因素較大，有時會與實際出入很大。樁端土承載力取值過高，不能保證樁基工程的安全、取值偏低，又會造成工程上的浪費。所以既保證樁基工程的安全，又能節(jié)省工程造價，人工挖孔樁樁端土承載力的確定十分重要。其試驗方法有巖基載荷檢測和深層平板載荷檢測，其荷試驗方法原理是模擬樁在豎向荷載作用下，考察樁端巖土壓縮變形量與荷載之間的關(guān)系，從而確定樁端巖土承載力特征值qpa。見圖2-4（深層平板載荷檢測示意圖）

圖2-4

2.5 混凝土樁體離析

2.5.1 混凝土離析

混凝土成分的一般聚集和散料層的出現(xiàn)都屬于離析，但兩者影響樁身質(zhì)量的程度不同。由前者到后者是一個連續(xù)過程，這個過程可稱為混凝土拌和物的逆轉(zhuǎn)，其過程為：混凝土拌和物—組分運動—骨料脫漿—骨料析出。

2.5.2 混凝土樁體重度離析

以脫漿為標(biāo)準，混凝土樁體離析分為輕度離析和重度離析兩種。重度離析即脫漿層的出現(xiàn)引起的離析不僅是混凝土質(zhì)量的一般變化，而且是材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式的改變。在一般情況下，混凝土灌注樁要研究的離析主要是重度離析，

2.5.3 樁體混凝土離析的主要原因

1）挖孔工序完成后，樁孔底部土中的水具有一定壓力，若灌注的混凝土自重壓力小于水壓力，混凝土呈漂浮狀態(tài)，其漿體隨滲出水上升，骨料下降，離析發(fā)生。

2）同樣，完成樁孔后一段時間，孔內(nèi)形成積水，若直接從上部向下傾倒混凝土，混凝土拌和物受水作用發(fā)生解體，組分兩向運動，導(dǎo)致骨料脫漿和骨料析出。在上述情況下，采取振搗方法將加重混凝土離析。

2.6人工挖孔樁的安全技術(shù)措施

2.6.1挖孔樁的常見安全事故

人工挖孔樁的常見安全事故有孔口石塊或雜物掉入孔口，砸傷正在孔中的施工人員；孔口操作人員吸入地下有害氣體，中毒昏迷甚至死亡；孔壁支護不當(dāng)而坍塌，砸傷甚至活埋操作工人；孔內(nèi)電纜、電線磨損受潮導(dǎo)致工人觸電傷亡；深孔中突然涌水淹沒操作人員等等。實踐證明，只要施工人員樹立安全意識，加強安全教育，做好安全技術(shù)交底，各種安全技術(shù)措施到位，人工挖孔樁的這些常見安全事故是完全可以避免的。

2.6.2孔口圍護措施

孔口四周必須澆筑混凝土護圈，并在護圈上設(shè)置圍欄圍護，且應(yīng)高出地面0. 8 m?？變?nèi)作業(yè)時，孔口上面必須有人監(jiān)護。挖出的土方應(yīng)及時運離孔口，不得堆放在孔口四周1 m 范圍內(nèi)，混凝土圍圈上不得放置工具和站人。孔內(nèi)作業(yè)人員必須頭戴安全帽、身系安全帶，特殊情況下還應(yīng)戴上防毒防塵面具。

2.6.3孔中防毒措施

地下特殊地層中往往含有CO，SO2，H2S 或其他有毒氣體，故每次下孔前，必須對樁孔內(nèi)氣體進行抽樣檢測（可用快速檢測管），發(fā)現(xiàn)有害氣體含量超過允許值時，應(yīng)將有害氣體清除至化學(xué)毒物最低允許濃度的衛(wèi)生標(biāo)準，并采用足夠的安全衛(wèi)生防范措施，如設(shè)置專門設(shè)備向孔內(nèi)通風(fēng)換氣（通風(fēng)量不少于25 L/ s）等措施，以防止急性中毒事故的發(fā)生。

2.6.4防觸電措施

施工現(xiàn)場的一切電源、電路的安裝和拆除必須由持證電工操作。用電設(shè)備必須嚴格接地或接零保護且安裝漏電保護器，各樁孔用電必須分閘，嚴禁一閘多用?？咨想娎|必須架空2. 0 m 以上，嚴禁拖地埋壓土中?？變?nèi)電纜、電線必須采用護套等有防磨損、防潮、防斷等保護措施?？變?nèi)照明應(yīng)采用安全礦燈或12 V 以下的安全燈?？字胁僮鞴?yīng)手戴工作手套，腳穿絕緣膠鞋。

2.6.5防孔壁坍塌措施

在熟悉地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，開挖樁孔時原則上要設(shè)置混凝土護壁或鋼護筒護壁，特別是直徑在1. 2 m 以上的樁孔?；炷磷o壁每節(jié)高1 m，厚約0. 1 m，可加配適量鋼筋，混凝土強度等級不低于C20。一般每天挖1 m 深，立即支模澆筑快硬混凝土，第二天繼續(xù)施工。已擴底的樁孔，要及時澆灌樁身混凝土或封底，不能盡快澆灌混凝土的樁應(yīng)暫時不擴底，以防擴大頭塌方。人工挖孔樁開挖程序，應(yīng)采用間隔挖孔方法，以減少水的滲透和防止土體滑移，防止在挖土成孔過程中因鄰樁混凝土未初凝而發(fā)生竄孔現(xiàn)象。

2.6.6防孔壁涌水措施

當(dāng)相距10 m 以內(nèi)的鄰樁正在澆灌混凝土或樁孔積水很深時，要考慮對正在挖孔樁的危險影響，一般應(yīng)暫停施工，人不準下孔。隨時加強對土壁涌水情況的觀察，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時采取處理措施。采用潛水泵抽水時，基本上抽干孔中積水后，作業(yè)人員才能下至孔中進行挖土。地下水豐富時，可將中間部位樁孔提前開挖，匯集附近的地下水，用1 臺～2 臺潛水泵將水抽出，起到深井降水的作用。

3 案例

3.1 工程概況

某3000t/d選礦系統(tǒng)粉礦倉工程：鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，抗震烈度7度，地上7層，總高28.6m，跨度6m，特點是荷載大，設(shè)計3種灌注樁均為樁徑1.5m，樁有效長度9-30m，其樁的承載力分別要求為3980KN、5700KN、7960KN。原始地形為斜坡及沖溝，由東向西傾斜，后經(jīng)過改造為礦山生產(chǎn)用地。在擬建建筑范圍內(nèi)，形成三個臺階并分布有多處擋墻，地面標(biāo)高介于1802.42～1789.23米。地貌單元屬于巖溶中山山麓斜坡地貌。其場地狹窄開挖土方須二次搬運、坡度大東面、西面落差大（約8m）、恰逢雨季施工，所以在場地東邊必須進行放坡，開挖孔樁尚需考慮鄰近設(shè)施安全。根據(jù)場地地質(zhì)條件、環(huán)境條件，根據(jù)本地施工經(jīng)驗該工程人工挖孔樁開挖降水方案為：如孔內(nèi)滲水量不大，則在樁心挖一集水坑，然后用吊桶將泥水吊出。如遇大量滲水則在孔底一側(cè)挖集水坑，用小水泵抽水。東邊放坡采用噴錨支護方案。

3.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)《勘察技術(shù)報告》得知，地基土構(gòu)成從上至下為第四系人工堆積層、第四系坡積層、第四系坡殘積層及下伏基巖組成。基礎(chǔ)范圍內(nèi)，人工堆積揭露層厚為1.6～7.8m，第四系坡積層揭露層厚為0.4～8.4m，層頂埋深1.6～12.3m，第四系坡殘積層揭露層厚為0.9～6.8m，層頂埋深3.9～25.5m，下伏基巖揭露層厚為1.6～3.6m，層頂埋深9.9～20.1m。

3.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察資料，場地地下水埋藏深淺不一，屬孔隙性潛水，主要由地面排水下滲及大氣降雨補給，在勘察期間測得場地地下水位埋深5.5～16.2m，地下水對砼及鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕性。

3.4 灌注樁及噴錨支護施工

3.4.1 護壁施工

1）開挖前，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況，根據(jù)設(shè)計要求制定準確的樁孔施工方案，確定開孔順序，成孔深度，分項工程施工進度計劃等等，施工時開打挖孔樁直徑按2倍護壁厚度加樁身直徑進行，并每節(jié)檢查，以確保護壁施工后樁身直徑滿足設(shè)計要求，施工時采用兩人一組，每組挖兩孔，護壁和挖孔交替作業(yè)，每段挖土深度控制在1m內(nèi)，采用模板澆注鋼筋砼護壁圈。護壁圈上壁厚150mm，下壁厚75mm，每段搭接長度不小于75mm。在挖孔作業(yè)中，遇到地下障礙物混凝土或磚混物，采用風(fēng)鎬及人員適當(dāng)爆破排除；在施工中遇易垮地層，采用控制每段挖土深度不超過0. 5m，并插鋼筋增加強度，入巖部分基巖開挖則由卡房分礦持證專業(yè)爆破人員適當(dāng)爆破式（放小炮）排除，確保成孔質(zhì)量。

2）護壁施工時，挖孔樁第一節(jié)護壁高出自然地坪150mm，防止地面