試析人工挖孔灌注樁施工工藝和安全

嚴(yán)建安，楊 軍，李巧峰

（1.長江委陸水樞紐管理局，湖北 赤壁 437302；2.長江工程設(shè)計有限公司，武漢 430010）

1 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展與不斷進步，灌注樁成孔施工一般采用機械成孔，但在地質(zhì)勘察資料詳盡、地下水位低、滲水量小、勞動力資源充足、工作面大或場地狹窄地段，滿足建設(shè)工程項目工期、質(zhì)量和限額投資要求，盡早發(fā)揮投資效益情況下，仍可采用人工挖孔灌注樁施工。人工挖孔灌注樁施工具有以下優(yōu)點：采用流水施工方式，盡可能地利用工作面，可縮短工期；充分利用勞動力資源，組織連續(xù)施工，可以充分發(fā)揮施工機具和勞動力的生產(chǎn)效率，有效降低成本，提高承包單位的經(jīng)濟效益；單位時間內(nèi)投入的勞動力、施工機具、材料等資源較為均衡，專業(yè)施工隊之間可實行有效搭接。

2 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作主要包含以下內(nèi)容：

（1）確定施工單位項目負(fù)責(zé)人，組建施工項目管理機構(gòu)，確定項目施工總目標(biāo)，明確項目施工內(nèi)容、職能管理部門分工、人員崗位職責(zé)；制定切實可行的施工工藝和施工管理控制流程；建立和健全技術(shù)管理體系、質(zhì)量管理體系和質(zhì)量保證體系。

（2）熟悉施工設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書，掌握建設(shè)工程的地形、水文、測量、氣象數(shù)據(jù)；搜集并熟悉地質(zhì)勘察報告、地形圖及標(biāo)樁、水電氣引入標(biāo)志、地上地下管線、地上原有建筑物以及道路等環(huán)境信息；參加施工圖紙會審和設(shè)計交底會議。

（3）熟悉項目工程需遵循的相關(guān)建筑法律、法規(guī)和規(guī)范、規(guī)程，有關(guān)質(zhì)量檢驗、控制的技術(shù)法規(guī)和質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。

（4）編制施工組織設(shè)計。主要包括：施工平面布置、施工進度計劃、資源配置計劃、質(zhì)量控制措施和安全管理措施等。

（5）在施工現(xiàn)場按照設(shè)計圖紙要求，采用GPS全站儀進行軸線、樁位、高程的測量放樣。施工圖現(xiàn)場核對和測量放樣記錄情況應(yīng)按規(guī)定程序報送有關(guān)單位。

（6）做好施工現(xiàn)場內(nèi)的“三通一平”準(zhǔn)備工作，主要包括：進料及出碴的施工道路修筑，施工用電電纜架設(shè)、施工供水、供風(fēng)及排水系統(tǒng)布置，周邊排水溝及集水井修筑，場地平整等；

（7）做好施工機具配置、勞動力安排和施工材料的準(zhǔn)備工作；做好施工機具維修保養(yǎng)、限位保險裝置、鋼絲繩強度以及聯(lián)結(jié)部位緊固度的檢查工作。

（8）做好職業(yè)健康和環(huán)境保護以及安全生產(chǎn)管理的預(yù)控工作，組織施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)有關(guān)環(huán)境保護和安全生產(chǎn)方面的法律、法規(guī)，對新工人應(yīng)進行崗前培訓(xùn)。

3 施工方法

3.1 測量定位

首先在施工范圍內(nèi)，測量原始地形圖，進行場地平整，修筑場內(nèi)臨時施工道路、排水溝及集水井等，進行臨建設(shè)施、施工機具及水電氣系統(tǒng)布置；如遇在河邊有水的地段，應(yīng)先進行黏土回填和碾壓，在迎水面回填級配塊石護坡，均由起點向終點推進；然后按設(shè)計圖紙的要求，采用GPS全站儀進行挖孔灌注樁軸線、樁號、高程測量放線，定樁位；在孔口外圍采用木樁或小型預(yù)制混凝土樁做好樁位縱、橫軸線和基準(zhǔn)點標(biāo)記，并做好樁位縱、橫軸線和基準(zhǔn)點樁位保護工作。

3.2 土石方開挖

開口位置的直徑為設(shè)計灌注樁直徑加護壁厚度；每段開挖深度為0.8～1.0m，遇到流沙層時宜為0.5m左右；遇到堅土、風(fēng)化石、孤石或巖石時，可采用風(fēng)鎬、潛孔鉆鉆孔配以小藥量先進行爆破解體，然后由人工采用鎬、鍬、土筐、提土桶將土體配以卷揚機提升機具或人工手搖機具作垂直運輸至孔口上部，隨即裝入斗車運至場外指定的棄碴位置；每段以1∶20成喇叭型由人工從上到下依次開挖，此工法便于護壁上下鋼筋聯(lián)接及混凝土灌注；在開挖過程中，當(dāng)遇到地下水位以下或有大量滲水時，應(yīng)在孔底側(cè)挖集水坑，用高揚程潛水泵將水排出。

3.3 測量控制

樁位軸線采取在地面設(shè)置的縱、橫控制樁、基準(zhǔn)點。用于第一段護壁模板架設(shè)及孔徑的中心位置控制，第一段護壁應(yīng)高出地面200mm，用于防水、擋碴和定位，當(dāng)?shù)谝欢位炷磷o壁灌注拆模后，將樁控制軸線，高程引到第一節(jié)混凝土護壁上；每節(jié)以十字線對中，吊大線垂控制中心點位置，用直尺桿找圓周，然后由基準(zhǔn)點測量孔深；第一段樁位控制軸線、基準(zhǔn)點控制標(biāo)志引到護壁過程中，在整個測量控制過程中顯得尤其重要，也是測量控制的重點工作之一，測量人員要認(rèn)真做好測量檢查和復(fù)核工作，按規(guī)定程序?qū)y量成果報送有關(guān)部門審批后，方可進行以下孔段土石方開挖。

3.4 澆筑護壁混凝土

護壁混凝土的強度等級和配筋按設(shè)計圖紙要求進行施工，當(dāng)設(shè)計圖紙未作具體要求時，一般護壁厚度為100～150mm，直筋配筋直徑為6～8mm，直筋間距150～200mm、長度以插入下層護壁50～100mm；構(gòu)造筋采用直徑為6mm、間距按150～200mm布設(shè)；護壁混凝土強度等級為C20～C25，按1：20喇叭型護壁，應(yīng)采用外齒式，上下壁搭接不小于50mm，上下護壁有鋼筋宜彎成彎鉤便于拉結(jié)，避免由于流砂、淤泥、坍塌體而造成護壁因自重而沉裂；護壁混凝土應(yīng)按批準(zhǔn)的施工配合比單配料，現(xiàn)場采用小型攪拌機拌和，護壁混凝土澆筑用小型插入式振搗棒搗實；地質(zhì)條件較好、樁身較淺、孔底擴孔、次堅石或堅石部位可不設(shè)護壁。

3.5 模板安裝拆除及下段施工

模板采用定型鋼模和木模，建議優(yōu)先采用定型鋼模板，便于裝拆。模板內(nèi)用短鋼筋支撐，模板外用鋼管支撐或方木支撐，確保在混凝土灌注過程中模板不變形，不發(fā)生位移；在支撐架設(shè)過程中，應(yīng)考慮儲料平臺布設(shè)及荷載影響，以便于施工操作；護壁混凝土達(dá)到一定強度后可拆模，常溫下24小時便可拆模，在冬季施工時，混凝土宜摻早強劑，拆模后，再開挖下段土方，然后繼續(xù)支模灌注混凝土，如此循環(huán)，直至設(shè)計要求的深度。

3.6 鋼筋籠制安

3.6.1 鋼筋籠制作方式

鋼筋籠分為場外制作、現(xiàn)場制作和孔內(nèi)制安3種形式。

3.6.2 鋼筋籠制作

鋼筋籠制作嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙要求進行，先用直徑為16～18mm的圓鋼制作定位支架，然后在支架外側(cè)等距布設(shè)主筋，再在主筋外側(cè)布設(shè)螺旋箍筋。當(dāng)采用場外和現(xiàn)場制作時，應(yīng)采取有效措施防止鋼筋籠在搬運和吊裝時變形，當(dāng)鋼筋籠長超過15m時，由于起吊設(shè)備所限，一般宜分兩段制安。嚴(yán)格按施工規(guī)范要求執(zhí)行，焊接位置應(yīng)相互錯開，35倍鋼筋直徑區(qū)段范圍內(nèi)的接頭數(shù)不得超過鋼筋總數(shù)的一半，在孔內(nèi)焊接。鋼筋籠安裝定位后，應(yīng)在周邊梅花形布設(shè)預(yù)制混凝土保護層墊塊。鋼筋籠安裝完畢，并再次清除孔底浮土或沉碴，排除積水，進行驗收，作好樁身灌注前的準(zhǔn)備工作。

3.6.3 鋼筋籠孔內(nèi)制安

鋼筋籠孔內(nèi)制安適用于有護壁、無滲水（或滲水量較小）、無大型起吊設(shè)備以及樁身較長部位。首先在孔口、孔底布設(shè)定位支架并對主筋的位置進行編號，主筋在加工廠或施工現(xiàn)場焊接，對號進行點焊或綁扎，外箍筋在現(xiàn)場先做定型，然后套在主筋外側(cè)從底部向孔口方向依次綁扎，在適當(dāng)位置再加定位支架。該方法制安一次到位，避免在孔內(nèi)焊接主筋和利用起吊設(shè)備安裝。鋼筋籠安裝定位后，應(yīng)在周邊梅花形布設(shè)預(yù)制混凝土保護層墊塊。鋼筋籠安裝完畢，并再次清除孔底浮土或沉碴，排除積水，進行驗收，作好樁身灌注前的準(zhǔn)備工作。

3.7 灌注樁身混凝土

鋼筋籠安裝完畢，并經(jīng)檢查驗收合格后，盡快進行混凝土灌注施工。按批準(zhǔn)的施工配合比下料，如施工環(huán)境條件發(fā)生變化，按技術(shù)復(fù)核程序調(diào)整施工配合比并報批；混凝土坍落度一般為50～80mm，碎石或卵石最大粒徑應(yīng)小于50mm，并不大于主筋凈距的1／3，混凝土級配一般采用二級配，高溫季度應(yīng)摻緩凝劑，低溫季度應(yīng)摻早強劑；在孔口采用有效方法固定鋼筋籠，防止鋼筋籠在混凝土灌注前下沉和混凝土灌注后上浮；混凝土下料采用直徑為200mm鋼套管或溜筒，出口處離澆筑面高度應(yīng)小于2m，采用人工平倉和振搗，澆筑層厚度一般控制在500mm左右，必須隨灌隨振，不得超振或欠振，每根樁身混凝土灌注應(yīng)連續(xù)施工，防止出現(xiàn)冷縫，直到混凝土灌注至設(shè)計要求的樁頂位置為止。單根樁身混凝土方量較大的應(yīng)取一組試塊，每100m3或每臺班至少取1組試塊。

4 施工中異常情況處理

4.1 流砂層

在土方開挖過程中，遇到流砂層時應(yīng)采用鋼板模支撐并針對具體情況作出相應(yīng)處理，為防止土壁坍落和流砂，可減少每段護壁的高度，待穿過流砂層后按常規(guī)方法開挖土方和灌注護壁。

4.2 滲水點

如遇巖體裂縫滲水，可采用麻絲或棉絮堵縫，用拌和均勻的黏土壓敷在上面；或用特種水泥防滲劑直接進行堵漏；在集中出水口引出導(dǎo)水管，然后立模，在混凝土中摻入早強劑灌注護壁，出水口管頭應(yīng)有內(nèi)絲口，以便堵頭封堵；引水管引至集水井然后用高揚程的潛水泵抽排。

4.3 坍塌體

如遇松散土體或坍塌體，采用鋼筋錨桿施工方法改變土體受力性能，加強土體的固結(jié)，如有滲水應(yīng)采用導(dǎo)水管引出，然后再灌注混凝土護壁，出水口可用絲口封堵。

4.4 滲水量較大

在開挖過程中，如孔內(nèi)滲水較嚴(yán)重，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察資料在樁身周邊查清滲水通道后，可采用水泥灌漿方法切斷滲水通道，灌漿應(yīng)摻用早強外加劑或變換漿液濃度等有效方法進行施工處理；切斷滲水通道后，再進行土方開挖，灌注混凝土護壁；此法有時可能加大施工成本，應(yīng)多方案比較分析論證后方可采用。

4.5 孔內(nèi)積水不能排除

成孔后，在地下水位以下或滲水量較大的情況下，孔內(nèi)積水無法排除，應(yīng)按水下混凝土制備和灌注方法施工。

5 施工安全

現(xiàn)場施工安全包括用電安全、人身安全、機具操作運行安全以及孔口安全防護設(shè)施等。施工中必須做到“安全第一、質(zhì)量第一、以人為本”，切實落實安全生產(chǎn)責(zé)任制，確保建設(shè)工程施工順利進行。施工安全管理要點有：

（1）現(xiàn)場管理人員、特種作業(yè)人員應(yīng)具有資格證或上崗證，嚴(yán)禁無證上崗；施工人員未經(jīng)安全作業(yè)培訓(xùn)且考試合格不得進入施工現(xiàn)場；嚴(yán)格執(zhí)行安全管理制度。

（2）檢查現(xiàn)場施工機具的限位控制裝置、鋼絲繩強度、聯(lián)結(jié)部位緊固度；施工現(xiàn)場的一切電源電路安裝或拆除應(yīng)由持證電工操作，電器必須嚴(yán)格接地和使用漏電保護裝置，嚴(yán)禁一閘多孔和一閘多用。

（3）當(dāng)樁身凈距小于兩倍樁徑或小于2.5m時，應(yīng)分2序孔或3序孔間隔開挖施工，防止在施工過程中發(fā)生塌孔現(xiàn)象；1序孔施工完畢，再進行2序孔施工，依次類推；樁身澆注混凝土?xí)r，周邊10m范圍內(nèi)孔內(nèi)嚴(yán)禁人工作業(yè)。

（4）進孔開挖前，首先應(yīng)探明孔內(nèi)是否有有害氣體、坍塌體、流砂淤積體等不利情況，遇到持殊情況應(yīng)向項目的技術(shù)負(fù)責(zé)人報告，以便作出相應(yīng)處理。

（5）施工單位應(yīng)具備對有害氣體檢測方法和手段，應(yīng)配備對講機、電鈴、安全繩或應(yīng)急軟爬梯；施工現(xiàn)場應(yīng)有安全專職人員巡回監(jiān)督檢查；嚴(yán)禁施工人員酒后下孔作業(yè)、孔內(nèi)吸煙和使用明火作業(yè)；已灌注完混凝土和正在挖孔未完的樁口，應(yīng)設(shè)置井蓋和圍欄圍護。

（6）爆破施工前，做好安全爆破準(zhǔn)備工作，劃定安全距離，設(shè)置警戒哨，遇孤石或次堅石爆破時，施工人員必須撤離到安全地帶，并以警報器嗚笛告之開始爆破和結(jié)束爆破，確保施工人員的人身安全。

（7）孔深大于10m時，應(yīng)采用鼓風(fēng)機送風(fēng)，向孔內(nèi)強制輸送清潔空氣，排除有害氣體，風(fēng)量不應(yīng)小于25L／s，鑿巖時應(yīng)加大送風(fēng)量；凡在孔內(nèi)抽水之后，必須先將抽水專用電源切斷，作業(yè)人員方可下樁孔作業(yè)；孔內(nèi)施工照明采用礦井燈或低于12V安全燈，嚴(yán)禁帶電源操作；孔口配合孔內(nèi)作業(yè)人員要密切注視孔內(nèi)的情況，不得擅離崗位。

（8）當(dāng)樁孔開挖到一定深度后，在離開挖孔底3m左右的高度應(yīng)設(shè)置半圓形的密眼鋼筋安全防護網(wǎng)，在吊桶或土筐上下時，應(yīng)停止挖土，作業(yè)人員必須站在防護網(wǎng)下面，以保安全。