人工挖孔樁施工技術的改進與實踐

李太方（廣東金筑工程管理有限公司， 廣東 惠州 516003）

1 工程概況

億量西山 2 號地塊住宅項目（以下簡稱“本項目”）位于山西省太原市萬柏林區(qū)西北高速公路以西，三面環(huán)山，南側北側均有縱橫溝壑。項目分為兩期建設，其中一期工程用地面積為 80 174.49 m2，建筑面積為 130 110.19 m2，建筑形式有聯(lián)排、合院、疊拼、商業(yè)和地下車庫，共計 40 棟單體建筑?；鶚妒┕挝粸殛兾鹘üさ诎私ㄔO集團有限公司和河南華水基礎工程有限公司。

2 工程地質與基樁設計情況

本項目所在地屬于低丘陵山區(qū)，位于山梁地帶。整體地勢西高東低，地形起伏較大，地面標高介于 879.03 m～928.27 m 之間，最大相對高差為 49.24 m，勘探深度內未揭露地下水。

部分建筑坐落在雜填土層，天然地基承載力不能滿足上部結構要求，需對此部分場地進行強夯處理，強夯能級在 4 000 kN·m～4 500 kN·m 之間，夯點間距為 6 m，處理后的地基承載力 ≥150 kPa。

強夯完成后，采用人工挖孔灌注樁，具體要求如下。

（1）樁端以強風化泥巖為持力層，要求樁端全斷面進入持力層不少于 2.5 m。

（2）樁身直徑為 850 mm，擴底寬度為 1 700 mm，擴底高度為 1 700 mm＋300 mm。

（3）樁基設計等級為乙級，一期工程總樁數(shù)為934 根。

（4）由于持力層標高需現(xiàn)場開挖才能明確，樁身長度應根據(jù)現(xiàn)場實際挖孔深度最終確定（現(xiàn)場人工挖孔樁實際尺寸在 3.5 m～23 m 之間，其中 9 m～16 m 的占比較大，整體呈陀螺狀分布）。

3 機械＋人工成孔灌注樁施工工藝

3.1 機械設備

旋挖鉆機、輪式起重機、裝載機和人工挖孔設備。

3.2 工具及其他

3.2.1 鋼護筒

鋼護筒由專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)定制，材質為 8 mm Q235 鋼板，外徑為 800 mm。要求端口打磨平整，杜絕飛邊和毛刺，內外均涂刷鐵紅色防銹漆，橢圓度、平整度、平面傾斜和焊接質量均要符合有關質量要求。首先根據(jù)估算的樁長制作適應性較廣的多組長護筒＋短護筒，然后在距護筒近端部 100 mm 位置預留 M18 螺栓孔，同時預備 6 mm Q235 鋼板制作的數(shù)組外徑為 770 mm、長度為 400 mm 的內側連接筒，用于連接護筒并可調節(jié)其長度。若遇護筒長度不滿足要求等特殊情況，需進行現(xiàn)場切割焊接，并確保相鄰筒節(jié)對口高差不大于 3 mm。

3.2.2 擴底鉆頭

擴底鉆頭由專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)定制，材質為優(yōu)質合金鋼。其結構為四連桿，桿為四方形，寬度為 150 mm，在桿端配置可以活動的連接裝置。桿件上端可與旋挖機鉆桿連接固定，兩側和下端配置螺旋鉆頭。主軸滑道收放自如，各部件焊接、各銷軸連接牢固。鉆進時，下端遇阻力后，左右兩端不斷隨樁孔擴大而張開，最大張開直線長度為 1 700 mm，全部張開完成后，正面形狀與設計擴底大樣圖類似。隨著鉆桿的提升，張開部分收攏。

3.2.3 護 蓋

護蓋由兩塊半圓形的 4 mm Q235 鋼板組成，通過螺栓拼裝固定，內徑為 800 mm。上端蓋檐水平寬度為150 mm，豎向高度為 100 mm；下端蓋檐水平寬度為30 mm，豎向高度為 80 mm。

3.2.4 護筒環(huán)

護筒環(huán)由 Φ25 mm 圓鋼制作而成，被焊接在護筒距端部 200 mm 處，用于固定護筒。

3.2.5 鋼筋混凝土塊支座

鋼筋混凝土塊支座由 C30 混凝土制成，中間加配8 mm 螺紋鋼筋，高度和寬度均為 300 mm。在上部適當位置留有卡槽，用于放置鋼管。

3.2.6 鋼 管

鋼管為加厚 1.8 m 長鋼管。

3.3 施工工序

3.3.1 平整場地

清除地表雜物，整平場地，確保鉆機安放平穩(wěn)牢固，在施工中不發(fā)生傾斜。設置排水線路，預留機械進出通道。

表 1 地基土分層及主要物理學指標

3.3.2 樁位放樣

認真復核設計方提供的坐標、高程等有關數(shù)據(jù)，確定無誤后采用全站儀進行樁位放樣，沿樁中心拉十字線做好標志。測量復驗完成后，記錄放樣數(shù)據(jù)并存檔。

3.3.3 開孔鉆進

（1）鉆機就位。先調整鉆桿垂直度，對準樁孔中心，然后開機進行旋挖取土石開孔。

（2）鉆孔前，按勘察報告提供的地質資料繪制地質剖面圖，掛在鉆機上。

（3）開鉆時慢速低檔鉆進，鉆至 1 m 以下后再以正常速度鉆進。

（4）鉆進過程中及時清渣，并且注意地層的變化。在地層變化處撈取渣樣，判斷地層的類型，并記入在記錄表中，以便與地質剖面圖對照。

（5）根據(jù)鉆進阻力、渣樣和地質圖，初步判斷是否進入強風化泥巖，施工單位和監(jiān)理單位應共同進行認定，記錄標高，保存相關數(shù)據(jù)及現(xiàn)場影像資料。首次認定時，勘察單位也要參與。

3.3.4 更換鉆頭，進行擴孔

持力層標高確定后，繼續(xù)鉆進 1.9 m；初步清土完成后，更換擴底鉆頭進行擴孔。鉆頭被連接到鉆桿上，并放到孔底位置，然后緩慢施壓，使鉆頭逐漸張開。為防止鉆頭變形，要求鉆頭勻速鉆進，確保鉆進位移的穩(wěn)定。根據(jù)油壓值，可以調節(jié)擴孔鉆頭的削土量，以防出現(xiàn)超負荷現(xiàn)象。剛開始施工時，應根據(jù)樁徑所需的最大擴底直徑逐步摸索并確定機械行程。當擴底鉆頭完全張開達到 1.7 m后，輕輕提動鉆具，使之產(chǎn)生一定的向上收縮力，在徑向和軸向的雙重作用下，收攏鉆頭，慢慢將其提出孔外并及時清理。隨后，再次更換鉆頭，進行取土石作業(yè)。在此過程中，一般同時開鉆 3～4 個樁孔，集中擴底或取土石。

3.3.5 安裝鋼護筒

測定樁孔持力層標高處距孔口的距離，另外增加300 mm 超出孔口的高度，據(jù)以確定鋼護筒的長度，再根據(jù)現(xiàn)場實際進行選配或切割焊接以滿足要求。檢查孔壁土質情況，若不光滑、有突出物等，應及時進行處理?？卓趯ΨQ安放鋼筋混凝土支座，支座底部應平整夯實，入土 200 mm。吊裝時采用兩點起吊，垂直緩慢放入，嚴禁高起猛落，避免碰撞或強行下放。待鋼護筒落至計劃標高后，將鋼管穿入護筒環(huán)內，并放置在鋼筋混凝土支座上的卡槽內固定，鋼管不得少于 2 根；其次在平整孔口四周后抹上砂漿或混凝土并收平，再用水平測量儀測出頂面高程并加以標注，用于鉆孔深度及混凝土澆筑高度的輔助測定；最后在護筒上安裝上護蓋，每側均卡緊螺栓。

3.3.6 安裝人工挖孔機械

現(xiàn)場人工挖孔機械由專業(yè)企業(yè)生產(chǎn)，主要結構用方鋼制作，主機采用電磁制動，按鈕操作。該機安全高效、拆裝方便、簡單易操作，3～4 人即可移動。每臺設備有各自專用的開關箱，并分設動力開關箱和照明開關箱。機械到位后，安裝吊桶，并為吊桶升降鋼絲繩配備自動卡緊保險裝置。照明采用 12 V 低壓防水燈，孔口設活動蓋板，配備送風裝置和應急爬梯。井上井下操作人員、施工管理人員均配備對講機，并保持通信暢通。

3.3.7 人工擴孔、清孔底

在人工挖孔人員下井前須對孔進行通風和毒氣檢測，下井后應在護筒上安裝下護蓋。首先將機械擴孔余留土石鏟入吊桶并提升至地面；然后觀察土層地質情況，判斷是否進入強風化泥巖，及時與施工管理人員、監(jiān)理工程師、建設單位專業(yè)技術人員溝通，各方隨后入井檢查確認。若擴底孔型和孔深不符合設計大樣要求，施工人員須用風鎬進行手工修整，最后將鑿下的土石清理干凈，吊運出井。

3.3.8 取出鋼護筒

終孔清底后，報監(jiān)理單位進行檢查驗收。要求孔型、孔徑、進入持力層深度和孔底留渣厚度必須符合設計和規(guī)范要求，必須填寫驗收記錄并存檔。拆除護蓋、人工挖孔機械及輔助照明通風設備管線，采用輪式起重機緩慢垂直起吊鋼護筒至地面，暫存在適當?shù)攸c或直接安裝在其他具備條件的樁孔中。

3.3.9 制作與安裝鋼筋籠，澆筑混凝土

鋼筋籠必須嚴格按照圖紙要求進行制作，安裝時實行整體一次吊裝方案。吊放時要注意避免碰落孔壁土石塊或造成小面積坍塌。入孔后須緩慢下放，若遇阻力應停止下放，查明原因后進行處理。導管安裝完成后即可澆筑混凝土，澆筑時須連續(xù)進行，分層振搗密實。

4 安全驗算

施工過程中，鋼護筒受力最大值為孔壁坍塌后最深處所受的側向土壓力。因此，鋼護筒厚度可按

式 1 中：p為土和地下水對鋼護筒的最大側壓強（N/m2），本工程無地下水；Y為樁孔最深處范圍內土體天然重度加權值（kN/m3），本工程取 20.5 kN/m3；H為鋼護筒最深處土的高度，本工程取 21 m。式 2 中：t為鋼護筒厚度（mm）；K 為安全系數(shù)，本工程取 1.65；D為鋼護筒外徑（m），本工程取 0.80 m；fc 為鋼材的軸心抗壓強度設計值（N/mm2)，鋼護筒采用 Q235 鋼板，取 215 N/mm2。

經(jīng)計算，得出：

在實際施工中，鋼護筒采用t＝8 mm 的 Q235 鋼板制作，其強度能滿足安全要求。雖然鋼護筒僅對持力層以上巖土層的坍塌起到安全防護作用，但擴大頭部分已進入強風化巖層，且主要在垂直方向受力，因而其穩(wěn)定性也能滿足安全要求。

5 人工＋機械成孔工藝與傳統(tǒng)人工挖孔工藝的對比

（1）工作效率高。人工＋機械成孔的工作效率是人工挖孔的 12～18 倍，大大縮短了施工工期。采用此工藝，每個旋挖機班組配合相應擴孔工人，在正常情況下每天可成孔并澆筑 6～8 根灌注樁，由于成孔速度快，降低了塌孔的風險。而采用傳統(tǒng)人工挖孔，每孔每天只能掘進約 2 m，進入強風化巖層后速度更慢，且護壁混凝土模板需在灌注混凝土 24 h 后才能拆除，經(jīng)常數(shù)天不能成孔。

（2）精度高。旋挖機采用全液壓驅動電腦控制，能精確定位樁心，自動校正鉆孔垂直度和自動測量鉆孔深度，成孔非常規(guī)范。采用人工挖孔，無測量儀器輔助，全憑工人感覺，造成孔內凹凸不平，或寬或窄。

（3）安全風險降低。采用人工＋機械成孔工藝，使得人員進入孔內時間減少至傳統(tǒng)人工挖孔的十幾分之一，去除了支模澆筑護壁的施工工序，大大降低了造成人體傷害的因素，如空氣稀薄、職業(yè)病、潮濕、坍塌等。施工點集中、范圍小，容易發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。

（4）減少不利天氣對施工的影響。進入冬期施工后，傳統(tǒng)人工挖孔護壁混凝土的制作和澆筑都難以順利展開，而人工＋機械成孔工藝能將各項工作正常進行。

（5）施工成本明顯下降。采用機械鉆孔，節(jié)約了工期，極大地減少了人工費用和管理費用的支出。樁孔尺寸精度高，混凝土澆筑量變得更容易控制，而且鋼護筒可以被回收重復使用。

（6）管理監(jiān)督更加輕松。采用人工＋機械成孔工藝，現(xiàn)場所需施工人員相對較少，工作程序明確，人為矛盾不易發(fā)生。采用傳統(tǒng)人工挖孔，由于難以監(jiān)督管理，在護壁內工人經(jīng)常會少放或不放鋼筋。改為鋼護筒后，此類問題不復存在。

（7）人工挖孔樁優(yōu)點得到保留。可直接檢查成孔質量、樁底清孔除渣徹底干凈、擴底滿足設計承載要求等人工挖孔樁優(yōu)點得到保留。每次終孔清底后，監(jiān)理工程師和建設單位專業(yè)技術人員均可對成樁情況進行實際觀察、量測。

6 存在問題及解決方案

6.1 塌 孔

施工過程中，兩個樁孔在鋼護筒提出后未及時澆筑造成中下部發(fā)生小面積塌孔，與此處雜填土未夯實也存在一定關系。后續(xù)機械初步清理渣土，重新安裝鋼護筒，人工徹底清孔?；炷翝仓r直接將塌孔處用混凝土填實。

6.2 煤矸石區(qū)難以成孔

煤矸石回填溝壑鉆進時，受材料自身原因及強夯影響深度等條件限制，旋挖機提鉆時經(jīng)常小范圍坍塌，勉強成孔后又難以安裝鋼護筒擴底。經(jīng)各方討論，樁短處采用傳統(tǒng)人工挖孔完成。樁長超過 12 m 的采用機械成孔后，對孔口 2 m 以下灌注水泥砂漿，待達到一定強度后再次機械成孔，即可進行鋼護筒安裝、人工擴底。

6.3 施工技術依據(jù)不足

機械＋人工挖孔成孔施工工藝缺乏相應施工技術依據(jù)，建筑樁基技術規(guī)范中干作業(yè)成孔灌注樁條文難以直接引用，相關技術論證亦未得到推廣認可。

6.4 鋼護筒長度調整、運輸存在一定困難

由于樁長不一，鋼護筒有時需加長或截短。工程完工后，遠距離運輸或長期存放不經(jīng)濟。如該項施工技術得到推廣，鋼護筒市場需求量加大，可由租賃企業(yè)加工制作并改進拼接方法，施工企業(yè)向其租用，達到互利互惠、降低成本的效果。

綜上所述，經(jīng)實踐檢驗，采用機械＋人工挖孔成孔的施工工藝，既保留了傳統(tǒng)工藝可徹底清孔、可直觀檢查持力層、質量穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，又能極大的提高施工進度、降低安全風險、且經(jīng)濟效益顯著。因此，建議因地制宜合理的對此項技術加以應用，不斷完善和優(yōu)化，同時增訂相關技術規(guī)范以指導施工。