人工挖孔樁的施工技術及安全質量控制淺析

朱本明

【摘 要】 人工挖孔灌注樁適用于土質較好、地下水位較低的粘土、亞粘土、含少量砂卵石的粘土層。采用人工挖孔灌注樁做基礎，具有機具設備簡單，施工操作方便，占用施工場地小，對周圍建筑物影響小，施工質量可靠，可全面展開施工，縮短工期，節(jié)省設備投資，造價低等優(yōu)點，而且單樁承載力高，可直觀樁外形尺寸和持力層地質條件，受力性能可靠及抗震性能強。從而在公路、鐵路、水利以及民用建筑中得到廣泛應用。但挖孔樁井下作業(yè)條件差、環(huán)境惡劣、勞動強度大，安全和質量控制顯得尤為重要。以供類似工程參考借鑒。

【關鍵詞】人工挖孔樁；施工；安全；質量

一、人工挖孔樁一般施工技術

（一）樁基基礎開挖及平整

測量放樣定位，修筑周邊的截排水系統(tǒng)。清除建基面的松散土層并平整、夯實。

（二）樁基鎖口施工及孔口防護

測量放樣定出樁基孔位的中心位置，打樁標示并設置護樁。用卷尺量出樁基孔口周圈的開挖開口線，灑白石灰予以標示。在施工過程中，每周檢查復核樁位。

根據(jù)樁基開挖開口線，先按開口線開挖1m深度，沿孔口周邊樁基設計直徑的外側立模，安裝周圈鋼筋，澆筑C30混凝土鎖口。

鎖口施工結束后，在孔口外側砌筑紅磚胎模。模板與紅磚胎模相距20cm，其間澆筑C20鋼筋混凝土形成孔口防護圍圈，井口防護圈高出地面50cm，防止開挖后的渣料、雜物和工具等掉入孔內。

孔口防護施工完成后，將孔口四周的地坪平整并澆筑lOcm厚的C15混凝土硬化場地，形成工作平臺。工作平臺澆筑成傾向沖溝下游側2%的斜坡，便于雨水排出。

（三）樁基開挖

樁基開挖按2～3人一組，井下1～2人開挖、裝渣，井口1人組織、提升。挖孔過程中，每天檢查樁孔尺寸、平面位置和豎軸線傾斜情況，如有偏差隨時糾正。

樁基開挖采用短進尺、勤支護、小爆破的原則進行施工。根據(jù)實際地質條件，一次開挖深度按0.5m～l.Om控制，開挖渣料由人工用鐵鍬裝渣，自制渣斗裝渣，通過布置在井口的卷揚機將渣斗提升井口，人工卸料。井身開挖成臺階狀。樁基開挖后的護壁混凝土分節(jié)澆筑，分節(jié)高度與開挖高度一致，開挖一節(jié)跟進護壁一節(jié)。

（四）樁基底部處理

樁基開挖到設計高程后，進行孔底處理，將孔底挖平，清除松碴、污泥等松散物。開挖過程中應經常檢查，了解地質情況，并繪制地質柱狀圖。若發(fā)現(xiàn)地質情況與設計不符，及時提出與設計監(jiān)理溝通，制定相應的處理措施。經監(jiān)理工程師孔終檢查合格后，提交工作面給樁基混凝土施工。

二、人工挖孔樁遇不良地質條件下的施工方法

（一）孔壁泥砂塌落

挖孔時遇到砂性土、淤泥、流砂等工程地質條件時，很容易發(fā)生護壁外圍泥砂塌落。如果地下涌水量不大，塌落不嚴重，可以用擋土板支撐，同時采用直徑25 mm的圓鋼加固或鋼板套筒突擊成孔及時澆筑混凝土護壁筒。

（二）較厚流砂層、淤泥層地質

尤其遇到大量地下水，隨著護壁外圍泥砂大量塌落，混凝土護壁筒可能成為懸空狀態(tài)，失去支撐，進而產生拉裂，直至斷裂、脫落。遇到這種情況，在施工時應采取以下加強措施：

1.頂層護壁用直徑20 cm的圓鋼加設2個～4個吊耳，用鋼絲繩固定在地面木樁上來加強支撐。

2.加密護壁筒豎向鋼筋，并讓鋼筋外伸20cm以上，與下一節(jié)護壁筒的豎向鋼筋及箍筋連接成整體，然后再澆筑成型。如果有必要，可在挖孔樁中部護壁筒上預留直徑20cm左右的孔洞，但該部位的地質必須選擇比較堅硬的土壤，然后再將護壁筒與護壁筒外周的土錨固在一起，用混凝土樁、竹木樁均可。這樣護壁筒就不會斷裂脫落。

3.在已成型的護壁筒上鉆孔至砂土薄弱層，以充填、滲透和擠密的形式把灌漿材料充填到筒周土體的孔隙中，以固結護壁筒外圍土體，確保護壁筒周邊泥砂不塌落，從而增加樁周摩擦力。壓力灌漿材料可選擇粉煤灰、早強型水泥混凝土、石灰粘土混合料，具體配合比可根據(jù)現(xiàn)場地質條件試驗后確定。

（三）孔底集水時灌注封底混凝土

1.澆筑混凝土前應檢查孔底地質情況和孔徑是否滿足設計要求，并把孔底清理干凈。

2.為了減少地下水的匯集，任何一根樁封底時都要把鄰近樁孔的集水同時抽出，以減少鄰樁孔的集水對工作樁孔的影響。

3.當孔深超過6m時，還要注意防止混凝土離析，用導管下入孔底，往導管里輸送攪拌好的混凝土，混凝土量超過底節(jié)護壁筒頂以上，再慢慢撤除導管，就可塞住孔底大部分甚至全部的地下水。

4.如果地下水很多，而且挖孔樁較深，剛提起抽水泵，底部滲水就接近或超過20cm，清理完孔底渣土后讓水繼續(xù)上升，等到孔中滲水基本保持平衡穩(wěn)定，用導管下入孔底，往導管里輸送攪拌好的早強型混凝土，混凝土量超過底節(jié)護壁筒30cm以上，再慢慢撤除導管，由于水壓力的作用，封底混凝士基本上密實，混凝士終凝后再抽水，由于封底混凝土已超過底節(jié)護壁，已經沒有地下涌水，待水抽干，再對剩余的水進行處理。將表面混凝土松散部分人工清打鑿毛并運到孔外，再進入下一道工序。

三、人工挖孔樁施工安全

（一）人工挖孔樁施工的安全難點

人工挖孔是用人工自上而下逐層用鎬、鍬進行，遇堅硬土層由錘、釬破碎，棄渣裝入活底吊桶，垂直運輸。在孔口安裝支架，用1～2t慢速卷揚機提升，吊出地面后，再用其他運輸工具運出。這個看似簡單的作業(yè)過程，充滿著高危險性。

1.作業(yè)空間窄小。

孔底挖孔作業(yè)人員始終處在吊物下面作業(yè)，孔底空間有限，極易受到物體打擊；挖孔作業(yè)人員上下樁孔容易失穩(wěn)發(fā)生墜落。

2.作業(yè)環(huán)境復雜。

可遇到無地下水或地下水較少的粘土、粉質粘土、含少量的砂、砂卵石、姜結石的粘土層，也會遇到地下水位較高、涌水量大的沖擊地帶及近代沉積的含水量高的淤泥、淤泥質土層。挖孔過程中有時會突然出現(xiàn)涌水和涌泥。隨著孔深的增加還會出現(xiàn)缺氧或嚴重缺氧，有時還會遇到致命的有毒有害氣體。

3.施工機具簡單，但種類繁多，易造成傷害。

施工提升機具包括：lt-2t卷揚機配三木塔或It以上的單軌鏈條式電動葫蘆配提升金屬架與軌道，活底吊桶。挖孔工具包括：短柄鐵鍬、鎬、錘、釬、風鎬。為滿足安全用電要求，還應配有36V低壓變壓器。樁孔深度超過lOm，或孔內空氣含氧量不足時要配鼓風機、輸風管，有地下水還應配潛水泵及膠皮軟管等。目前施工企業(yè)本身技術隊伍質量就不穩(wěn)定，存在層層轉包，挖孔樁多是農民工，又未必受過必要的安全技術培訓。

（二）人工挖孔樁施工傷亡事故的類別

人工挖孔樁施工安全的難點，決定了人工挖孔樁施工傷亡事故的類別：

1.高處墜落。

地面作業(yè)人員或過往人員不慎墜入樁孔中；孔內作業(yè)人員在上下孔過程中失穩(wěn)墜落孔底。

2.物體打擊。

地面物體掉入樁孔中，孔中升降中的工器具掉下，活底吊桶或籮筐裝載的棄土掉下，或繩索斷裂、吊桶脫鉤掉下?lián)糁锌椎鬃鳂I(yè)人員。

3.淹溺。

遇有流沙或涌泥，或地下水位高、壓力大，孔內瞬間大量涌水，孔內作業(yè)人員被淹沒、掩埋。

4.坍塌。

孔壁沒有護壁設施，或未按土質情況采取防流沙、涌泥措施，孔壁坍塌，掩埋孔底作業(yè)人員。

5.觸電。

人工挖孔配備的施工機具中有部分電動機具和照明設施，因漏電造成作業(yè)人員觸電。

6.窒息。

標準空氣中氧氣量的體積比為20.95%。體積比低于18%時為缺氧，此時人有疲勞感，注意力減退，動作極易失誤?？諝庵醒鯕怏w積比低于12%時，為嚴重缺氧，此時人有頭痛、惡心、眼花、嘔吐，甚至喪失意識、言行不能自主的癥狀。空氣中氧氣的體積比低于6%時，為致命缺氧，此時人心跳微弱，血壓大幅度下降，搶救不及時，就會因停止呼吸和心跳而死亡。據(jù)青海地區(qū)實際測定，井樁深度在20米時，空氣中氧氣含量低于18%，還常常伴有某些有毒有害氣體或惰性氣體含量增加。人體因缺氧而窒息，吸入有毒有害氣體會引起申毒缺氧，造成窒息，甚至瞬間死亡。

（三）人工挖孔樁傷亡事故的原因及對策

人工挖孔樁施工傷亡事故多發(fā)的原因主要是施工企業(yè)人工挖孔樁施工沒有做到安全施工，在對人工挖孔樁施工的危害辨識、危險評價的過程中沒有系統(tǒng)的研究人工挖孔樁施工工藝各構成部分或整系統(tǒng)可能發(fā)生事故的危險性及其產生途徑，做到事先預測事故發(fā)生的可能性，掌握事故發(fā)生的規(guī)律；沒有在施工組織設計、施工、運行管理中對事故發(fā)生的危險性加以辨識，根據(jù)對危險性評價的結果，提出相應的切實可行的安全技術措施，加強過程控制，消除事故隱患。從人、機具和施工環(huán)境上做到安全。

1.事故發(fā)生的原因。

（1）施工前沒有進行認真研究

施工企業(yè)沒有認真研究施工圖紙、工程地質、水文地質勘察資料和人工挖孔樁施工的規(guī)范和規(guī)程，沒有認真研究人工挖孔樁施工的工藝過程，提不出或沒有提出人工挖孔樁施工安全技術措施，或雖已提出，但缺乏全面性、針對性和操作性，因而不能準確地對作業(yè)人員進行全面的安全技術措施交底，有的甚至不進行交底，人工挖孔樁作業(yè)人員沒有安全指導措施。

（2）作業(yè)人員安全素質低

施工企業(yè)人工挖孔樁施工的作業(yè)人員安全素質低，安全風險意識不強，自我保護意識差，安全操作技能差，容易發(fā)生誤操作；他們缺乏救護知識，還會使事故蔓延、惡化和擴大?，F(xiàn)場安全監(jiān)督管理不到位，甚至是無的放矢進行監(jiān)督，沒有能力及時發(fā)現(xiàn)隱患、消除隱患，甚至無力排除隱患。

（3）施工企業(yè)安全投入不到位

為了謀求效益最大化，施工企業(yè)舍不得投入。因此沒有必要的防護手段或防護措施不可靠，沒有監(jiān)測孔內空氣和有毒氣體的儀器設施，孔內空氣無法檢測；沒有通風換氣設施，沒有采取通風換氣措施；沒有設計孔壁的護璧設施，沒有防流沙、涌泥措施；電動機具配電系統(tǒng)沒有采用TN-S系統(tǒng)，且無安全電壓，電線亂拉亂扯，甚至有裸露現(xiàn)象。

2.對策。

（1）施工準備

技術交底要詳細周全，可操作性強?，F(xiàn)場技術人員應向施工人員仔細交待挖孔樁處的地質情況和地下水情況，提出可能出現(xiàn)的問題和應急處理措施。按應急方案配置所需的材料、機具和設備，并經常檢查和督促落實。

（2）安全技術措施

過程監(jiān)控要環(huán)環(huán)相扣，規(guī)范化操作。（1）開挖樁孔必須采取孔壁支護，挖一層支護一層。挖出的士石方應及時運離孔口，孔口周圍1m內不得堆積土渣及機具。機動車輛的通行不得對井壁的安全造成影響。（2）孔內設應急爬梯，供人員上下井；施工人員進入孔內必須戴安全帽；使用的電葫蘆、吊籠等應安全可靠并配有自動卡緊保險裝置。（3）施工中抽水、照明、通風等所配電氣設備應一機一閘一漏電保護器，供電線路要用三芯橡皮線，電線要架空，與地面保持安全距離，不得拖拽在地上，用電系統(tǒng)必須符合《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范》JGJ46-2005（2012版）規(guī)定。并經常檢查電線和漏電保護器是否完好，照明應采用安全礦燈或12 V以下的安全燈。（4）需爆破時必須采用淺眼少藥松動控制爆破；爆破后，孔內有害氣體及時排除，經檢測達標方可下井。5）從孔中抽水時排水口應距孔口5m以上，并保證施工現(xiàn)場排水暢通。

（3）施工組織要上下兼顧，臨危不亂

（1）孔下作業(yè)不得超過2人，作業(yè)時應戴安全帽、穿雨衣、雨褲及長筒雨靴?？紫伦鳂I(yè)人員和孔上人員要有聯(lián)絡信號，每工作1h，井下人員和地面人員進行交換。（2）孔下人員應注意觀察孔壁變化情況。如發(fā)現(xiàn)塌落或護壁筒裂紋現(xiàn)象應及時采取支撐措施。如有險情，應及時發(fā)出信號，以便迅速撤離，并盡快采取有效措施排除險情。（3）地面人員應注意孔下發(fā)出的聯(lián)絡信號，反應靈敏快捷。經常檢查支架、滑輪、繩索是否牢固。下吊時要掛牢，提上來的土石要倒干凈，卸在距離孔口2m以外。

四、人工挖孔樁施工質量控制措施

（一）修筑鋼筋混凝土井圈護壁應保證護壁的厚度、配筋、混凝土強度符合設計要求

上下節(jié)護壁筒的搭接長度不得小于50mm；每節(jié)護壁筒在當日施工完畢；護壁筒模板在24h后拆除；發(fā)現(xiàn)護壁筒有蜂窩、漏水現(xiàn)象時，應及時補強以防造成事故。

（二）鋼筋籠的制作與質量驗收

鋼筋進場要驗收，要有質保單，并要求作力學性能試驗和焊接試驗，合格后才能啟用。焊條要有質保單，型號要與鋼筋的性能相適應。鋼筋籠制作嚴格按設計加工，主筋位置用鋼筋定位支架控制等分距離；加頸箍宜設在主筋外側，以加強對鋼筋籠的箍子作用，且不會增加施工難度，主筋一般不設彎鉤。鋼筋籠搬運和吊裝時，應防止變形；安放前需再檢查孔內的情況，以確定孔內無塌方和沉渣；安放要對準孔位，扶穩(wěn)、緩慢、順直，避免碰撞孔壁，嚴禁墩籠、扭籠。注意鋼筋籠的標高，到達設計位置后應采用工藝筋（吊筋、抗浮筋）固定，避免鋼筋籠下沉或受混凝土上浮力的影響而上浮。鋼筋保護層的厚度為無護壁時70mm、混凝土護壁時35 mm，保護層用水泥砂漿塊制作，當無混凝土護壁時嚴禁用粘土磚或短鋼筋頭代替（磚吸水、短鋼筋頭銹蝕后會引起鋼筋籠銹蝕的連鎖反應）。當成孔深度與設計深度不同時，鋼筋籠長度也宜隨之變化，但摩擦樁的鋼筋籠長度可不變。

（三）混凝土灌注施工

檢查成孔質量合格后應盡快灌注混凝土。在灌注混凝土前，應進行清孔工作，要求孔壁、孔底必須清理干凈，孔底無浮渣，孔壁無松動。孔底沉渣厚度應符合規(guī)范要求。當有地下水而滲水量不大時，則應抽除孔內集水后，用串筒法灌注混凝士，串筒末端離孔底高度不宜大于2m，混凝士宜采用插入式振搗器振實。如果滲水量過大，集水過多不便排干，則應用導管法水下灌注混凝土。混凝土的粗骨料可選用碎石或卵石，其最大粒徑不宜大于50mm，并不大于主筋凈距的1/3。堅持按配合比投料，混凝土坍落度不宜過大，以5cm～8cm為宜，每50cm為一層及時振搗，混凝土灌注要保持連續(xù)。坍落度損失大于5cm/h時，要調整配合比?；炷涟韬狭腺|量控制，每盤混凝土的拌合時間不得少于90s，開始攪拌時必須做一次坍落度檢測，調整好流動性，且具有較好的粘聚性，灌注時作坍落度損失的觀察，以指導混凝土配合比的調整，拌好的混凝土應立即使用，有離析現(xiàn)象嚴禁灌入樁孔。注意樁頭混凝土的標高，應適當超出設計標高，以保證在鑿除浮漿層后，樁頭進入承臺內50mm～l00mm。氣溫高于30℃時注意緩凝，氣溫低于0℃時注意抗凍。

（四）保證質量的其他要點

混凝土灌注過程中必須實行旁站，全員、全過程控制，嚴格把關。要及時跟蹤檢驗，及時評定質量結果。

五、結束語

人工挖孔樁施工方便、速度較快、不需要大型機械設備，挖孔樁要比木樁、混凝土打入樁抗震能力強，造價比沖錐沖孔、沖擊錐沖孔、沖擊鉆機沖孔、回旋鉆機鉆孔、沉井基礎節(jié)省。從而在水利、公路、民用建筑中得到廣泛應用。但挖孔樁井下作業(yè)條件差、環(huán)境惡劣、勞動強度大，安全和質量顯得尤為重要。場地內打降水井抽水，當確因施工需要采取小范圍抽水時，應注意對周圍地層及建筑物進行觀察，發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知有關單位進行處理。

參考文獻：

[1]《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-2008，[S]。

[2]《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010（2015年版），[S]。