淺談人工挖孔灌注樁施工

云南錫業股份有限公司建設發展部

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上升，所以提出其運用和施工應注意的質量和安全事項及必須采取的有效措施，以求保證施工質量與安全的目的。

關鍵詞：人工挖孔灌注樁施工

1 前言

隨著現代化建設的不斷發展，鋼筋混凝土灌注樁基礎在建設工程中的應用越來越廣泛。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構的樁基。近年來隨著高層建筑及大跨度大荷載工業建筑的增多，采用的樁基相應地向大直徑灌注樁方向發展。國外實踐經驗證明：當上部結構荷載很大時，采用大直徑樁是比較經濟的。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。而人工挖孔的優點表現在：施工設備簡單；噪音小；施工速度快；可按施工進度要求決定同時開挖樁孔的數量；可直接觀察地質變化情況，樁底沉渣能清除干凈，施工質量可靠。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性要廣的多，不僅適用于軟土地基也適用于山區丘陵土質等比較堅硬，地形地貌變化比較大的地區。

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，設計人員視樁端土質條件，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，其矢高取（0.1～0.15）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。當樁長L ≤8 m 時，樁身直徑（不含護壁厚度，下同）不應小于0.8m；當8 m < L ≤15 m 時，樁身直徑不應小于1.0m；當15 m < L ≤20 m 時，樁身直徑不應小于1.2m；樁長> 20 m，樁身直徑應適當加大。挖孔樁的護壁最小厚度應不小于100mm。 當樁間凈距（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，其施工用機具設備較為簡單，主要設備見表2-2（人工挖掘成孔施工機具設備表）

表2-2

序號主要設備及用途

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鼓風機和送風管，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鎬。

6雙輪手推車或機動翻斗車、農用車。

7混凝土攪拌機（樁芯混凝土市區內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、應急用軟梯、36 V 低壓變電器及井內照明設施、空壓機及風鎬。

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爆破在樁位進行開挖，每挖深1 m 左右（視土質而定）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，然后按常規方法安設鋼筋籠，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、定樁位挖第一節樁孔土方支模澆灌第一節混凝土護壁在護壁上二次測標高及做好軸線標志安裝、垂直運輸架、起重卷揚機、孔底吊土桶、通風、照明設施等第二節樁身挖土護壁重復第二節挖土、支模、澆灌混凝土護壁工序，循環作業直至設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。第一節砼護壁高出地面20 cm 左右，以便于擋水和定位。若地質情況較好，護壁可采用素砼，砼強度采用C20～ C25。當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條件較差地區，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，且土質條件較好、不擴頭的樁（1000 mm 以內）可采取不護壁挖掘。分段現澆混凝土護壁的厚度一般由設計人員在設計圖紙上給出。

為防止塌孔和保證操作安全，挖孔樁多設現澆混凝土支護，每節高1m，或加配適量直徑Φ6. 5～ 8 mm 光面鋼筋@200 ×200 mm，護壁混凝土強度標號一般與樁芯一致（C20或C25、C30），挖孔時應預留出護壁厚度，以保證設計的樁芯柱體尺寸。護壁施工采取拼裝而成的鋼模支護，拆上節支下節，循環周轉使用。對成樁直徑≥1. 5m 樁進行關模時，為防止模板跑位變形，需設內支撐。混凝土用吊桶運輸人工澆筑，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。當使用大廠水泥時可在8～ 12 h 后拆模（一般視當地氣溫而定）。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）

通常有樁內綁扎和井口吊裝兩種方式。樁內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，一般在主筋內側每隔2～ 2. 5 m 加設一道與主筋直徑一致的加強箍，并在每箍內設一“△”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。控制保護層為≥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，應先放置鋼筋籠，并再次清除孔內虛土。混凝土塌落度控制為18～ 22 cm。混凝土灌注可采取現場拌制或商品混凝土泵送形式。混凝土下料采用溜槽和串筒，要垂直灌入樁孔內，避免混凝土斜向沖擊孔壁，以免造成塌孔和混凝土離析現象。混凝土應連續分層灌注，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，應隨時振搗密實，直至樁頂。當混凝土灌注量大時，可用混凝土泵車送料。在混凝土初凝前抹壓平整，以避免出現塑性收縮裂縫或環向干縮裂縫。表面浮漿層應鑿除，使之與上部承臺或底板連接良好。

2.3.6 混凝土養護

在混凝土澆筑12h 后進行灑水養護，且養護時間不少于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性質及承載能力。樁基工程設計前，應由勘察單位將樁端土承載力特征值qpa提供給設計單位，但該值是勘察單位在沒有樁孔的條件下，根據鉆探取樣、土工試驗、原位測試等綜合手段獲得的，未經靜載荷試驗驗證，其值經驗性比較強，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都屬于離析，但兩者影響樁身質量的程度不同。由前者到后者是一個連續過程，這個過程可稱為混凝土拌和物的逆轉，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引起的離析不僅是混凝土質量的一般變化，而且是材料性質和結構形式的改變。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，其漿體隨滲出水上升，骨料下降，離析發生。

2）同樣，完成樁孔后一段時間，孔內形成積水，若直接從上部向下傾倒混凝土，混凝土拌和物受水作用發生解體，組分兩向運動，導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；孔壁支護不當而坍塌，砸傷甚至活埋操作工人；孔內電纜、電線磨損受潮導致工人觸電傷亡；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，做好安全技術交底，各種安全技術措施到位，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，并在護圈上設置圍欄圍護，且應高出地面0. 8 m。孔內作業時，孔口上面必須有人監護。挖出的土方應及時運離孔口，不得堆放在孔口四周1 m 范圍內，混凝土圍圈上不得放置工具和站人。孔內作業人員必須頭戴安全帽、身系安全帶，特殊情況下還應戴上防毒防塵面具。

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，必須對樁孔內氣體進行抽樣檢測（可用快速檢測管），發現有害氣體含量超過允許值時，應將有害氣體清除至化學毒物最低允許濃度的衛生標準，并采用足夠的安全衛生防范措施，如設置專門設備向孔內通風換氣（通風量不少于25 L/ s）等措施，以防止急性中毒事故的發生。

2.6.4防觸電措施

施工現場的一切電源、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。孔上電纜必須架空2. 0 m 以上，嚴禁拖地埋壓土中。孔內電纜、電線必須采用護套等有防磨損、防潮、防斷等保護措施。孔內照明應采用安全礦燈或12 V 以下的安全燈。孔中操作工應手戴工作手套，腳穿絕緣膠鞋。

2.6.5防孔壁坍塌措施

在熟悉地質條件的基礎上，開挖樁孔時原則上要設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。混凝土護壁每節高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暫時不擴底，以防擴大頭塌方。人工挖孔樁開挖程序，應采用間隔挖孔方法，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生竄孔現象。

2.6.6防孔壁涌水措施

當相距10 m 以內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，一般應暫停施工，人不準下孔。隨時加強對土壁涌水情況的觀察，發現異常情況應及時采取處理措施。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選礦系統粉礦倉工程：鋼筋砼框架結構，抗震烈度7度，地上7層，總高28.6m，跨度6m，特點是荷載大，設計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，后經過改造為礦山生產用地。在擬建建筑范圍內，形成三個臺階并分布有多處擋墻，地面標高介于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施安全。根據場地地質條件、環境條件，根據本地施工經驗該工程人工挖孔樁開挖降水方案為：如孔內滲水量不大，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 工程地質條件

根據《勘察技術報告》得知，地基土構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。基礎范圍內，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 水文地質條件

根據巖土工程勘察資料，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構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，應結合現場實際情況，根據設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，并每節檢查，以確保護壁施工后樁身直徑滿足設計要求，施工時采用兩人一組，每組挖兩孔，護壁和挖孔交替作業，每段挖土深度控制在1m內，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。在挖孔作業中，遇到地下障礙物混凝土或磚混物，采用風鎬及人員適當爆破排除；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爆破人員適當爆破式（放小炮）排除，確保成孔質量。

2）護壁施工時，挖孔樁第一節護壁高出自然地坪150mm，防止地面