浅析人工挖孔桩施工技术

时间：2024-07-28

高杰

（顺昌县项目工程质量安全综合技术中心，福建南平 353000）

0 引言

人工挖孔桩具有多桩同时施工、施工工艺及设备简单、外形尺寸检查直观、单桩承载力高、持力层确定方便和造价低等优点，被广泛应用到工期紧张和地形复杂的房建和路桥项目桩基工程中。由于人工挖孔桩井下作业危险性较大，出于安全性考虑，其施工具有一定的局限性。在地下水位较高和存在流泥或流砂等复杂地质情况下，挖孔过程中稍有不慎将会出现塌孔事故，极大地威胁到孔下操作人员的安全，应采取安全且经济的施工技术措施，确保人工挖孔桩施工质量和安全。

1 工程概况

福州大学旗山校区研究生公寓（52#～60#楼及配套设施）项目位于福州市闽候县福州大学旗山校区生活区北侧，总建筑面积为40901m2，共有9 栋公寓楼。建筑层数为6 层，建筑高度为28.8m，结构体系为框架结构。抗震设防烈度为7 度，安全等级为三级。本工程桩基采用人工挖孔桩，桩长为6～10m，桩径为900mm，混凝土强度为C30，桩端持力层为碎块状强风化花岗岩，桩端进入岩层深度≥2m。

2 地质条件

施工现场的土层地质情况按照从上到下的顺序依次如下：（1）素填土。主要成分为碎石、碎砖和砂性土等，欠固结，层厚0.80～2.40m；（2）淤泥。灰黑色，呈软塑状，混有少量中砂、贝壳和腐殖质，属于高压缩性土，层厚2.60～4.30m；（3）中砂。局部混有碎石和粉质黏土，呈密实状态，层厚1.80～4.60m；（4）粉质黏土。局部含有砂砾，呈可塑状态，灰黄色，局部存在漂石，厚度为1.0～2.3m，块径为1.2～1.8m，层厚为2.6～5.10m；（5）碎块状强风化花岗岩。黄褐色，有明显的锈迹，裂隙发育，层厚6.30～10.50m；（6）中风化花岗岩。青灰色，块状构造，岩体完整，层厚4.20～7.60m。本工程地下水埋藏深度约为3.5～4.1m，地下水的存在对人工挖孔桩的作业影响较大。

3 施工难点分析

（1）本工程地质条件复杂。在地下水存在的情况下，淤泥和中砂很容易出现流砂或者流泥等现象，人工挖孔桩井下作业危险系数较大，护壁强度应适当增强。

（2）施工场地的高程较低。人工挖孔桩期间常伴有大雨或者暴雨等气候，施工场地应做好排水措施，避免出现积水现象。

（3）地质条件中存在漂石。漂石的厚度较大，且质地坚硬，若采用人工凿除方法处理，施工较为缓慢，结合公司多年的桩基施工经验，厚漂石的处理采用微差爆破技术，将漂石松动爆破后再进行人工凿除，爆破可能会产生飞石，应切实做好爆破安全施工措施。

4 人工挖孔桩施工技术

4.1 施工工艺流程

人工挖孔桩施工工艺流程如图1 所示。

图1 人工挖孔桩施工工艺流程图

4.2 施工准备

项目部技术人员应熟悉设计图纸，仔细查阅地质勘察报告，详细地了解各个岩土层的性质及漂石可能存在的区域，根据人工挖孔桩施工工艺流程，制定人工挖孔桩施工方案[1]。对施工过程中可能出现的质量缺陷提前进行预判，并拟定相应的预防措施，对桩基施工存在的危险源进行评估，尤其是井下安全作业的影响因素，并提出相应的解决对策[2]。由于本工程地质条件十分复杂，设计图纸中护壁混凝土强度为C15。在地下水存在的情况下，该护壁混凝土强度难以支撑住流砂或者流泥的冲击，根据以往的施工经验，建议将护壁混凝土强度更改为C30，该建议得到设计单位的认可与采纳，并相应做了设计变更。由于地下水较为丰富，正常情况应采取一定降水措施来确保桩基施工安全。根据桩基的布置情况，找出3 根深度最深的人工挖孔桩先行开挖，开挖后不灌注混凝土，将这3 个桩孔作为降水井来降低其他桩孔的水位。为了防止降雨出现的地表径流水进入到桩孔内，在桩基施工区域以外约2m 的地方布设环形排水沟，沟宽为0.6m，沟深为0.8m；在桩基布置区域内布设井字形排水沟，沟宽为0.3m，沟深为0.4m，并与外部环形排水沟相互连通，从而做好场地的排水措施，确保桩孔护壁的稳定性。根据施工现场实际情况合理地布置施工机具，确保施工安全，人工挖孔桩施工机具平面布置如图2 所示。

图2 人工挖孔桩施工机具平面布置图

4.3 挖孔

采用全站仪将桩位测放出来，根据桩径和混凝土护筒厚度将开挖边线测放出来后即可进行护筒土方开挖。本工程混凝土护筒高度为1000mm，露出地面高度为200mm，壁厚为250mm，在护筒内安装Φ8mm×200mm 的双层密布筋，护筒混凝土浇筑完成后待达到一定强度后即可开始桩孔土方开挖。桩孔土方按照从中间往周边的顺序进行分段分层开挖[3]，除了淤泥层和中砂层的开挖深度为0.5m 之外，其余岩土层开挖深度为1m。在桩孔顶部设置卷扬机，采用活底吊桶将挖出的岩土吊出地面，卸料点应距离桩孔位置≥2m。孔壁开挖应顺直光滑，桩孔的轴线偏差≤20mm，垂直度偏差＜0.5%。遇到漂石时，如果漂石厚度较薄，采用风镐进行人工凿除，如果漂石厚度较大时，则在漂石四周设置炮眼12 个，环形均匀布置，掏槽眼布设6 个，采用微差爆破技术进行破除，炮眼钻进深度为漂石底以上约1m，根据炮眼布置情况分别装乳化炸药，周边炮眼和掏槽眼分别装药0.25 节和0.5节，炮眼采用报纸和泥土填塞饱满，引爆器采用电雷管。为了防止飞石伤人，在护筒顶放置双层钢筋网，钢筋直径为16mm，接着将轮胎片双层铺设在钢筋网上，再叠放数层沙袋。在爆破区域设置安全警戒区，引爆由专业技术人员专人指挥操作，无关人员严禁进入爆破作业影响范围内，确保爆破区域施工安全。

4.4 护壁施工

本工程护壁混凝土强度为C30，护壁厚度为150mm，护壁模板采用4 块环形特制的钢模组成。护壁混凝土应严格按照配合比设计进行称量下料搅拌，混凝土采用现场机械搅拌，应搅拌均匀，坍落度为30～50mm。在护壁内布设钢筋网片，钢筋直接为10mm 圆钢，安装间距为150mm，钢筋采用铁丝绑扎，搭接长度为200mm，在钢筋的两端应设置弯钩，弯钩形状呈U 型。当安装下节钢筋时，将两节钢筋的弯钩相互拉紧并将弯钩封闭连接成一个整体。钢模安装位置应准确无误，采用钢钎插捣护壁混凝土使之密实可靠，混凝土养护时间为1d，根据开挖桩孔数量来合理地配置钢模的数量，使得钢模能够实现流水作业。当护壁施工至淤泥和中砂层时，为了提高护壁的刚度，护壁搭接长度为100mm。

由于地下水较为丰富，护壁将可能出现渗漏现象。如果渗漏情形为点状时，直接在渗漏点位置凿出孔径为50mm 的孔洞，将木楔打入孔内，木楔周边采用防水砂浆粉刷密实，木楔吸水膨胀后即可止住渗漏[4]。如果渗漏情形为带状时，沿着带状渗漏点布置的方向凿出孔径为50mm 的孔洞，将止水阀门安装在孔洞内，待护壁后面的地下水全部流出水压变小后，再采用防水砂浆粉刷平整。如果带状渗漏的面积较大时，在护壁上挂设钢筋网再采用防水砂浆粉刷平整，等粉刷层强度达到规定强度时即可将止水阀关闭。桩孔开挖过程中如果出现流砂或流泥现象，根据实际情况采取不同的技术措施，如果流泥厚度≤1.5m 且不严重情况下，在护壁混凝土中掺入速凝剂和早强剂，加快桩孔开挖速度，提高护壁的早期强度。如果护壁存在坍塌迹象时，在孔内采用沙袋叠放将护壁压住，待护壁强度足以抵御流砂时再卸除沙袋。当流泥厚度＞1.5m 且严重情况下，在土体中插入长度为1～1.5m 直径为16mm 螺纹钢筋，挖除土方后采用辫状的稻草围堵。如果泥沙呈涌出现象，则先在土体中密插毛竹片，接着在竹片外再用辫状的稻草进行封堵，将护壁厚度增加到200mm。如果采取上述技术措施还是没办法阻止涌出的泥沙，则采用长护筒护壁进行桩孔土方的开挖，在钢护筒顶部加设3 道加劲肋，钢护筒壁厚为5mm，高度为6m，钢护筒的下沉采用千斤顶辅助顶进，待钢护筒穿过流泥或者流砂层后插入粉质粘土层1m 后，后续岩层的开挖按照拟定的施工方案继续施工，直至达到设计高程。开挖至碎块状强风化花岗岩时，应第一时间通知监理工程师到现场进行鉴定与复核，持力层确定后继续往下开挖2m 即可终孔。桩孔开挖完成后，孔径、孔深和垂直度偏差经监理工程师验收合格后即可下放钢筋笼。

4.5 钢筋笼制作与安装

由于桩长较短，无需分段制作，钢筋笼直接在加工现场按照设计图纸进行制作与加工，所采用的钢筋质量必须符合设计要求。钢筋笼按照设计要求每隔2m 设置一道加强箍，为了防止运输和吊装时钢筋笼出现变形，每隔1 个加强箍设置一道十字支撑。在每道加强箍的主筋上采用铁丝将保护层垫块绑扎牢固。钢筋笼采用专用的板车运输到桩孔边，采用吊车将钢筋笼吊起后对准孔位中心缓慢下放。钢筋笼就位后，复核其轴线和高程无误后将吊筋挂在护筒顶上的槽钢上。

4.6 混凝土灌注

钢筋笼固定后，采用潜水泵将孔底的地下水抽出地面，为了防止孔底少量的地下水对混凝土质量产生影响，在混凝土浇筑之前，往孔内投入适量的干水泥，使得孔底无明水现象。桩身混凝土坍落度为60～80mm，采用串筒进行辅助下料，串筒下端与孔底的距离≤2m，防止混凝土下落过程中出现离析现象[5]。混凝土按照分层法进行灌注，分层厚度为1m，混凝土灌注后及时振捣密实，混凝土灌注应连续。作为降水用的3 根人工挖孔桩由于地下水出水量较大，无法直接排干，采用导管法进行水下混凝土灌注，混凝土坍落度调整为180～220mm，导管直径为300mm，导管安装时应做密闭性试验，试验合格即可进行安装。导管下口与孔底的距离为0.3m，根据首灌计算公式可知料斗的容量为2m3，首灌成功后继续进行混凝土灌注，导管埋入混凝土深度控制在2～6m 范围内，根据导管的埋深合理地拆除管节，混凝土灌注速度为2m/h。水下混凝土的超灌高度为0.3m。