人工挖孔樁在黃土地區的應用

周洪光

摘要：本文介紹了黃土地區復雜地形條件下人工挖孔樁施工技術，提出了安全技術措施，并分析了在復雜地形條件下人工挖孔的優、缺點。

關鍵詞：黃土地區、人工挖孔樁、施工、安全技術措施

1 概述

山西省霍永高速公路（西段）工程西上莊1#大橋位于隰縣陽頭升鄉西上莊附近，左幅孔跨8×40+3×30m，全長418m；右幅孔跨8×40+2×30m，全長388m，共68根樁（其中0、7、10、11號墩臺樁基樁長24～45m，樁徑1.3～2.0m，采用人工挖孔；1～6、8、9號墩樁基樁長42～80 m，樁徑1.8～2.2m，采用旋挖鉆孔）。

橋址區地貌單元屬黃土梁、峁與基巖沖溝地貌，地面起伏較大，溝谷呈“W”字型，溝壁陡峭，最大溝深達70多米。橋址區無地表水，局部開挖至50米左右發現少量地下水。橋址范圍內土層垂直分布，由第四系全新統（Q4al+pl）沖洪積物（層厚0～4.0m）、上更新統（Q3eol）風積物（層厚0～9.1m）、中下更新統（Q2+1pl）洪積物（層厚0～60.8m）、新近系上新統（N2）粘土（層厚4～50.0m）組成。橋位區未發現不良地質現象，特殊性巖土為濕陷性黃土，濕陷性地層為Q3、Q2頂部，具有Ⅰ級（輕微）非自重濕陷性。

2 人工挖孔樁施工方法

2.1 砼護圈、護壁設計

為固定樁孔位置，防止地表水流入并保護孔口，在孔口處設置高出地面不小于30cm的砼護圈，護圈厚度為20~25cm，高度1m，采用C30砼。砼護壁每節高度不超過1m，其砼級別不應低于樁身砼的級別（本工程取C30），其厚度通過計算確定，應符合下式計算值：

t≥KPD/2fc

P=γHtg2(450-Φ/2)

式中t— 護壁厚度，cm；

P— 土對護壁的最大總壓力，N/m2；

γ— 土的重度，KN/m3；

H— 挖孔樁護壁深度，m；

D— 挖孔樁外直徑，m；

fc— 砼的軸心抗壓強度設計值，Mpa；

Φ— 內摩擦角；

K— 安全系數，取1.65；

以45m挖孔樁為例，根據設計資料：γ=27.2KN/m3，H=45m，D=2.0m，fc=14.3 Mpa，Φ=25.40。經計算，P= 489.16KN/m2，t=6cm。

護壁按“梯套”施工法，下口厚度t取7～8cm，上口厚度t取14～15cm。為安全，可再加適量的φ6鋼筋，間距20～30cm。

2.2 主要施工工藝流程

①施工準備→②測量放線→③開挖、護圈砼施工→④挖孔、護壁砼施工→重復④步驟至設計開挖深度→⑤樁孔驗收→⑥鋼筋籠安裝→⑦導管法澆注砼→⑧成樁。

2.2.1 施工準備

（1）人員、設備、材料進場，并驗收；由技術負責人組織安全技術交底。

（2）清除場地雜物和地表的松軟土層，做好“四通一平”工作及孔口附近的排水設施。

2.2.2 測量放線

根據設計圖紙坐標，利用全站儀放樣樁位中心的準確位置，設置護樁，施測十字線，做好明確標識。

2.2.3 開挖、護圈砼施工

人力使用鎬、鐵鍬進行開挖，然后用手推車裝渣運至施工臨時便道外側堆放。護圈模板采用壁厚3mm的鋼板制作，相同6扇拼裝，螺栓連接。砼采用攪拌機現場攪拌，插入式振搗棒振搗。

2.2.4 挖孔、護壁砼施工

樁身開挖主要采用人工分段開挖，每開挖1m深度后，立即進行護壁鋼筋的安裝和砼澆筑，待護壁砼強度達到3～4h后，再進行下部開挖。

（1）挖孔：采用人工使用鎬、鐵鍬進行開挖，然后裝吊桶提出。遇到堅硬土層或者孤石后，采用人工配合風鎬松動土層或分解孤石，然后裝吊桶提出。

（2）鋼筋綁扎：開挖斷面測量合格后，立即進行鋼筋綁扎施工，綁扎鉛絲采用20#，梅花型綁扎。按照設計間距和規格進行綁扎安裝，上下兩節護壁間鋼筋搭接綁扎長度不小于12cm。

（3）支立模板：護壁模板采用弧形工具式鋼模，相同6扇拼裝成截錐形，螺栓連接，上口直徑與樁徑相同，下口直徑比上口直徑小14～15cm，便于在上口進行砼的灌注。

（4）砼澆注：采用人工澆注，插入式振搗棒振搗。護壁砼標號不低于樁身砼強度級別，為加快施工進度, 混凝土中加入早強劑, 一般經3h~4h即可拆模。如此逐段挖孔、護壁, 直至樁底。

2.2.5 樁孔驗收

挖孔達到設計深度，人工將孔底修理平整，并清除孔底松散的土碴、沉淀物等雜物；由施工單位自檢合格后，報監理驗收基底、樁徑、孔深，合格后進入下道工序。

2.2.6 鋼筋籠安裝

鋼筋籠在鋼筋加工場分節制作，運至現場后，采用人工配合25T吊車吊入孔內，現場分節焊接接長，每完成一節請監理驗收焊縫合格后進行下節焊接至設計長度。

2.2.7 導管法澆注砼

為保證砼密實度，采用導管法干孔澆注砼。采用吊車起吊安裝導管，人工螺栓連接，直至導管底部距離孔底250～400mm。然后將導管固定在孔口位置，安裝導管頂部的進料口。為了保證砼澆注時周邊混凝土可以均勻上升，要求將導管安裝在樁孔中心位置。

首批灌注砼的數量應能滿足導管初次埋置深度（≥1.0m）和填充導管底部間隙的需要。在整個灌注時間內，保證導管埋深在2m～6m之間，經常測量孔內砼面的高程，及拆除導管。砼應連續澆筑，直至灌注的砼頂高程高出設計高程50cm后方可停止澆注。

3 安全技術措施保障

（1）挖孔作業前，孔口范圍的地面進行平整、有專用棄渣便道、場地四周設臨時排水溝。砼護圈須高出原地面30cm，并在護圈上方四圍設置鋼管圍欄防護。

（2）挖孔人員必須配有安全帽、安全帶、安全繩、工作手套和絕緣膠鞋，有害氣體地層下應戴上防毒防塵面具。必要時頭頂部位應設置護蓋，取土吊桶升降時，挖孔人員應在護蓋下面工作。井口作業人員應系好安全帶。

（3）相鄰兩孔施工時，一孔進行澆筑混凝土時，另一孔的挖孔人員應停止作業，并撤出井孔。

（4）挖孔人員下孔作業前，采用鼓風機將孔內空氣排出更換。人工挖孔深度超過10m時，采用機械通風，當采用風鎬鑿巖時，應加大送風量。

（5）挖孔人員應勤輪換，連續作業時間不宜超過2小時，以防止疲勞引發安全事故。

（6）孔內電纜、電線采用護套等有防磨損、防潮、防斷等保護措施。孔內照明采用安全礦燈或24V以下的安全燈。

（7）施工現場的一切電源、電路的安裝和拆除由持證電工操作。用電設備應嚴格接地或接零保護且安裝漏電保護器，各樁孔用電應分閘，嚴禁一閘多用。

（8）提取土渣的吊桶、吊鉤、鋼絲繩、卷揚機等機具，應經常檢查，確保垂直運輸設備的完好。供人員上下孔洞使用的垂直運輸設備應安全可靠并配有防墜落裝置，并配備備用軟梯。

4 人工挖孔樁優、缺點

（1）人工挖孔樁施工工藝操作簡單，機械設備均為工地常規工具，無需大型機械設備。施工占用場地小，適用于復雜地形條件。無振動、無污染，對周邊環境影響小。

（2）可直接檢查樁孔直徑、垂直度和持力層土質情況，樁質量易保證。單樁承載力高，因為可以直觀檢查樁底情況，樁底部虛土可以清除干凈，因此樁的沉降量小，承載力損失小。必要時可通過擴底大幅提高單樁的承載力。

（3）根據工期要求，可同時進行多根樁的平行施工，進度有保障。

（4）人工挖孔樁無需泥漿護壁，在無水或少水的黃土塬上，避免了遠距離運水，節約水資源。

（5）同鉆孔樁相比，可降低造價約25%以上。

（6）人工挖孔樁超過一定深度，挖孔人員勞動強度大，人身安全不易保證。

5 結語

綜上所述，在干旱、無地下水或少量地下水的黃土地區，只要采用合理的安全技術措施，加強施工人員的安全意識，做好過程監控，人工挖孔樁也是一種切實可行的施工方法。