淺析人工挖孔樁施工技術

高 杰

（順昌縣項目工程質量安全綜合技術中心，福建 南平 353000）

0 引言

人工挖孔樁具有多樁同時施工、施工工藝及設備簡單、外形尺寸檢查直觀、單樁承載力高、持力層確定方便和造價低等優點，被廣泛應用到工期緊張和地形復雜的房建和路橋項目樁基工程中。由于人工挖孔樁井下作業危險性較大，出于安全性考慮，其施工具有一定的局限性。在地下水位較高和存在流泥或流砂等復雜地質情況下，挖孔過程中稍有不慎將會出現塌孔事故，極大地威脅到孔下操作人員的安全，應采取安全且經濟的施工技術措施，確保人工挖孔樁施工質量和安全。

1 工程概況

福州大學旗山校區研究生公寓（52#～60#樓及配套設施）項目位于福州市閩候縣福州大學旗山校區生活區北側，總建筑面積為40901m2，共有9 棟公寓樓。建筑層數為6 層，建筑高度為28.8m，結構體系為框架結構。抗震設防烈度為7 度，安全等級為三級。本工程樁基采用人工挖孔樁，樁長為6～10m，樁徑為900mm，混凝土強度為C30，樁端持力層為碎塊狀強風化花崗巖，樁端進入巖層深度≥2m。

2 地質條件

施工現場的土層地質情況按照從上到下的順序依次如下：（1）素填土。主要成分為碎石、碎磚和砂性土等，欠固結，層厚0.80～2.40m；（2）淤泥。灰黑色，呈軟塑狀，混有少量中砂、貝殼和腐殖質，屬于高壓縮性土，層厚2.60～4.30m；（3）中砂。局部混有碎石和粉質黏土，呈密實狀態，層厚1.80～4.60m；（4）粉質黏土。局部含有砂礫，呈可塑狀態，灰黃色，局部存在漂石，厚度為1.0～2.3m，塊徑為1.2～1.8m，層厚為2.6～5.10m；（5）碎塊狀強風化花崗巖。黃褐色，有明顯的銹跡，裂隙發育，層厚6.30～10.50m；（6）中風化花崗巖。青灰色，塊狀構造，巖體完整，層厚4.20～7.60m。本工程地下水埋藏深度約為3.5～4.1m，地下水的存在對人工挖孔樁的作業影響較大。

3 施工難點分析

（1）本工程地質條件復雜。在地下水存在的情況下，淤泥和中砂很容易出現流砂或者流泥等現象，人工挖孔樁井下作業危險系數較大，護壁強度應適當增強。

（2）施工場地的高程較低。人工挖孔樁期間常伴有大雨或者暴雨等氣候，施工場地應做好排水措施，避免出現積水現象。

（3）地質條件中存在漂石。漂石的厚度較大，且質地堅硬，若采用人工鑿除方法處理，施工較為緩慢，結合公司多年的樁基施工經驗，厚漂石的處理采用微差爆破技術，將漂石松動爆破后再進行人工鑿除，爆破可能會產生飛石，應切實做好爆破安全施工措施。

4 人工挖孔樁施工技術

4.1 施工工藝流程

人工挖孔樁施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 人工挖孔樁施工工藝流程圖

4.2 施工準備

項目部技術人員應熟悉設計圖紙，仔細查閱地質勘察報告，詳細地了解各個巖土層的性質及漂石可能存在的區域，根據人工挖孔樁施工工藝流程，制定人工挖孔樁施工方案[1]。對施工過程中可能出現的質量缺陷提前進行預判，并擬定相應的預防措施，對樁基施工存在的危險源進行評估，尤其是井下安全作業的影響因素，并提出相應的解決對策[2]。由于本工程地質條件十分復雜，設計圖紙中護壁混凝土強度為C15。在地下水存在的情況下，該護壁混凝土強度難以支撐住流砂或者流泥的沖擊，根據以往的施工經驗，建議將護壁混凝土強度更改為C30，該建議得到設計單位的認可與采納，并相應做了設計變更。由于地下水較為豐富，正常情況應采取一定降水措施來確保樁基施工安全。根據樁基的布置情況，找出3 根深度最深的人工挖孔樁先行開挖，開挖后不灌注混凝土，將這3 個樁孔作為降水井來降低其他樁孔的水位。為了防止降雨出現的地表徑流水進入到樁孔內，在樁基施工區域以外約2m 的地方布設環形排水溝，溝寬為0.6m，溝深為0.8m；在樁基布置區域內布設井字形排水溝，溝寬為0.3m，溝深為0.4m，并與外部環形排水溝相互連通，從而做好場地的排水措施，確保樁孔護壁的穩定性。根據施工現場實際情況合理地布置施工機具，確保施工安全，人工挖孔樁施工機具平面布置如圖2 所示。

圖2 人工挖孔樁施工機具平面布置圖

4.3 挖孔

采用全站儀將樁位測放出來，根據樁徑和混凝土護筒厚度將開挖邊線測放出來后即可進行護筒土方開挖。本工程混凝土護筒高度為1000mm，露出地面高度為200mm，壁厚為250mm，在護筒內安裝Φ8mm×200mm 的雙層密布筋，護筒混凝土澆筑完成后待達到一定強度后即可開始樁孔土方開挖。樁孔土方按照從中間往周邊的順序進行分段分層開挖[3]，除了淤泥層和中砂層的開挖深度為0.5m 之外，其余巖土層開挖深度為1m。在樁孔頂部設置卷揚機，采用活底吊桶將挖出的巖土吊出地面，卸料點應距離樁孔位置≥2m。孔壁開挖應順直光滑，樁孔的軸線偏差≤20mm，垂直度偏差＜0.5%。遇到漂石時，如果漂石厚度較薄，采用風鎬進行人工鑿除，如果漂石厚度較大時，則在漂石四周設置炮眼12 個，環形均勻布置，掏槽眼布設6 個，采用微差爆破技術進行破除，炮眼鉆進深度為漂石底以上約1m，根據炮眼布置情況分別裝乳化炸藥，周邊炮眼和掏槽眼分別裝藥0.25 節和0.5節，炮眼采用報紙和泥土填塞飽滿，引爆器采用電雷管。為了防止飛石傷人，在護筒頂放置雙層鋼筋網，鋼筋直徑為16mm，接著將輪胎片雙層鋪設在鋼筋網上，再疊放數層沙袋。在爆破區域設置安全警戒區，引爆由專業技術人員專人指揮操作，無關人員嚴禁進入爆破作業影響范圍內，確保爆破區域施工安全。

4.4 護壁施工

本工程護壁混凝土強度為C30，護壁厚度為150mm，護壁模板采用4 塊環形特制的鋼模組成。護壁混凝土應嚴格按照配合比設計進行稱量下料攪拌，混凝土采用現場機械攪拌，應攪拌均勻，坍落度為30～50mm。在護壁內布設鋼筋網片，鋼筋直接為10mm 圓鋼，安裝間距為150mm，鋼筋采用鐵絲綁扎，搭接長度為200mm，在鋼筋的兩端應設置彎鉤，彎鉤形狀呈U 型。當安裝下節鋼筋時，將兩節鋼筋的彎鉤相互拉緊并將彎鉤封閉連接成一個整體。鋼模安裝位置應準確無誤，采用鋼釬插搗護壁混凝土使之密實可靠，混凝土養護時間為1d，根據開挖樁孔數量來合理地配置鋼模的數量，使得鋼模能夠實現流水作業。當護壁施工至淤泥和中砂層時，為了提高護壁的剛度，護壁搭接長度為100mm。

由于地下水較為豐富，護壁將可能出現滲漏現象。如果滲漏情形為點狀時，直接在滲漏點位置鑿出孔徑為50mm 的孔洞，將木楔打入孔內，木楔周邊采用防水砂漿粉刷密實，木楔吸水膨脹后即可止住滲漏[4]。如果滲漏情形為帶狀時，沿著帶狀滲漏點布置的方向鑿出孔徑為50mm 的孔洞，將止水閥門安裝在孔洞內，待護壁后面的地下水全部流出水壓變小后，再采用防水砂漿粉刷平整。如果帶狀滲漏的面積較大時，在護壁上掛設鋼筋網再采用防水砂漿粉刷平整，等粉刷層強度達到規定強度時即可將止水閥關閉。樁孔開挖過程中如果出現流砂或流泥現象，根據實際情況采取不同的技術措施，如果流泥厚度≤1.5m 且不嚴重情況下，在護壁混凝土中摻入速凝劑和早強劑，加快樁孔開挖速度，提高護壁的早期強度。如果護壁存在坍塌跡象時，在孔內采用沙袋疊放將護壁壓住，待護壁強度足以抵御流砂時再卸除沙袋。當流泥厚度＞1.5m 且嚴重情況下，在土體中插入長度為1～1.5m 直徑為16mm 螺紋鋼筋，挖除土方后采用辮狀的稻草圍堵。如果泥沙呈涌出現象，則先在土體中密插毛竹片，接著在竹片外再用辮狀的稻草進行封堵，將護壁厚度增加到200mm。如果采取上述技術措施還是沒辦法阻止涌出的泥沙，則采用長護筒護壁進行樁孔土方的開挖，在鋼護筒頂部加設3 道加勁肋，鋼護筒壁厚為5mm，高度為6m，鋼護筒的下沉采用千斤頂輔助頂進，待鋼護筒穿過流泥或者流砂層后插入粉質粘土層1m 后，后續巖層的開挖按照擬定的施工方案繼續施工，直至達到設計高程。開挖至碎塊狀強風化花崗巖時，應第一時間通知監理工程師到現場進行鑒定與復核，持力層確定后繼續往下開挖2m 即可終孔。樁孔開挖完成后，孔徑、孔深和垂直度偏差經監理工程師驗收合格后即可下放鋼筋籠。

4.5 鋼筋籠制作與安裝

由于樁長較短，無需分段制作，鋼筋籠直接在加工現場按照設計圖紙進行制作與加工，所采用的鋼筋質量必須符合設計要求。鋼筋籠按照設計要求每隔2m 設置一道加強箍，為了防止運輸和吊裝時鋼筋籠出現變形，每隔1 個加強箍設置一道十字支撐。在每道加強箍的主筋上采用鐵絲將保護層墊塊綁扎牢固。鋼筋籠采用專用的板車運輸到樁孔邊，采用吊車將鋼筋籠吊起后對準孔位中心緩慢下放。鋼筋籠就位后，復核其軸線和高程無誤后將吊筋掛在護筒頂上的槽鋼上。

4.6 混凝土灌注

鋼筋籠固定后，采用潛水泵將孔底的地下水抽出地面，為了防止孔底少量的地下水對混凝土質量產生影響，在混凝土澆筑之前，往孔內投入適量的干水泥，使得孔底無明水現象。樁身混凝土坍落度為60～80mm，采用串筒進行輔助下料，串筒下端與孔底的距離≤2m，防止混凝土下落過程中出現離析現象[5]。混凝土按照分層法進行灌注，分層厚度為1m，混凝土灌注后及時振搗密實，混凝土灌注應連續。作為降水用的3 根人工挖孔樁由于地下水出水量較大，無法直接排干，采用導管法進行水下混凝土灌注，混凝土坍落度調整為180～220mm，導管直徑為300mm，導管安裝時應做密閉性試驗，試驗合格即可進行安裝。導管下口與孔底的距離為0.3m，根據首灌計算公式可知料斗的容量為2m3，首灌成功后繼續進行混凝土灌注，導管埋入混凝土深度控制在2～6m 范圍內，根據導管的埋深合理地拆除管節，混凝土灌注速度為2m/h。水下混凝土的超灌高度為0.3m。

5 結束語

人工挖孔樁施工完成后按照設計要求進行靜載、鉆孔取芯和動測試驗，試驗結果均符合設計要求。實踐表明，存在淤泥、中砂層、厚度較大漂石和地下水等復雜地質條件下，采取上述的人工挖孔樁施工技術能夠有效地保證樁基施工質量和井下作業的安全性，值得在類似的項目進行推廣。