浅谈人工挖孔桩施工技术

李四德

中交集团公路一局第二工程有限公司萍洪项目部

摘要：人工挖孔桩具有机具设备简单，占用场地小，施工操作方便，无泥浆排出，对周围环境及建筑物影响小,比较环保，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低等优点，因此，近几年得到广泛运用，特别是在扩大头的桩基施工中，人工挖孔桩施工尤其具有优越性，可弥补机械施工的一些不足。本人就萍洪高速某桥梁施工谈谈挖人工挖孔桩桩基的施工。 关键词：人工挖孔 桩基 施工 

1、 工程概况

江西萍洪高速是江西省境内萍乡至洪口界的新建高速公路,该地区分布着连绵的丘陵,桥位处地表层为亚粘土,其下为全风化及部分风化砂岩,埋深10m-35m下为未风化岩石,可作为持力层,又人工挖孔桩施工技术在当地发展比较成熟,故该段高速中大部分桥梁的桩基础均采用人工挖孔灌注桩施工。本人曾在其中一座大桥做过现场施工,该桥共有桩基52根,全部采用人工挖孔灌注施工方法,桩长分布于12m-30m之间,桩径最小1.5m,最大2.0m, 0#、1#、2#、7#、8#为单排桩,桩顶设系梁; 3#、4#、5#、6#为群桩,桩顶设承台。混凝土护壁按设计采用10cm厚C20素混凝土护壁。

2、 施工前的准备工作

2.1、 在正式施工前，应具备以下工程资料

主要包括建筑物场地的工程地质和必要的地下水位资料；桩基施工相关图纸；主要施工机械及其配套设备的技术性能资料,相关机械操作手的操作证；桩基的施工组织设计或施工方案以及桩基钢筋混凝土所用建材（水泥、砂石、钢筋）的质检报告。

2.2、 施工前要制定周详的质量管理措施

在施工平面图上应标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施位置；指定施工工序检查程序；制定不良天气（雨季）施工的技术措施。考虑到该桥在工程总体中的位置及该桥不同桥墩施工周期的差异性,制定了优先施工3#、4#、5#、6#桩基,因为其上为施工周期较长的薄壁墩,同时可施工8#、7#桩基,因预制梁场位于该端,为架梁做好前提准备,最后施工0#、1#、2#的桩基,从而达到最优的施工进度。

2.3、 人工挖孔桩施工中安全措施

人工挖孔桩施工中安全措施非常重要，施工单位必须高度重视，应做到以下措施保障：孔内设应急爬梯供人员上下井；施工人员进入孔内必须戴安全帽；使用吊笼、电葫芦等应有安全可靠的自动卡紧保险装置；开挖深度超过10m时应配有通风设备；挖出的土石方应及时运离孔口，不得堆放在孔口四周1m范围内，机动车辆的通行不得对井壁造成安全影响；要注意安全用电，井下照明应采用12V以下安全灯。

3、 施工过程

施工流程简示如下:

场地平整→测量定桩位→ 开挖桩孔（一般为1 米深度）→ 支设护壁模板→进行护壁砼施工→按每节护壁要求高度重复开挖、护壁施工直到设计桩底标高→ 钢筋笼制作、吊装到位 → 桩基砼浇筑。

3.1、 开挖桩孔施工

3.1.1、 开始挖孔前，要平整好场地，清除地表松软土层和一切杂物，布置好控制网，根据监理复合过的桩基位置，采用十字交叉法订立每一孔桩的位置，并在桩位外设置定位龙门桩。

3.1.2、 根据设计桩径及护壁厚度在地面上放出开挖线，然后向下挖深1m，浇筑混凝土井圈第一节护壁。井圈应高出地面20cm，且应加厚10cm。而后将桩位纵横中心线测放到井圈上，并测出孔口控制高程，以利于下部掘进的高程控制，且要求第一井圈的中心线与设计轴线的偏差不得大于2cm。井圈高出地面还有利于防止地表水在施工过程中进入井内。

3.1.3、 护壁混凝土采用现场人工拌合、孔内人工浇捣。护壁每节高度与开挖进尺一致，桩孔挖掘及混凝土护壁两道工序必须连续作业，不得中途停顿，以防坍孔。上下节护壁的搭接长度不得小于5cm，每节护壁在当日施工完毕后宜养护24h后拆除；发现护壁有蜂窝、漏水现象时，应及时补强以防止造成事故。该工程中设计护壁为C20素混凝土，厚度0.1～0.2 m，这样经过24小时后拆模强度可达3mpa以上（日平均气温在15度以上），有较高的施工的安全系数。修筑钢筋混凝土护壁应保证护壁的配筋和混凝土浇筑强度。

3.1.4、 进行第二节井孔土方开挖时，先从井口用垂球吊线找出井孔中心点，并在井孔底部打入一根短木桩，将桩中心投影到木桩顶上，以此为据进行第二节护壁的土方开挖。在开挖过程中应该密切注意地质状况的变化。对于土质好的地段可采用人工挖孔连续作业。松软土层采用人工挖掘、风化岩层采用风镐挖掘、弱风化岩层和较硬基岩采用浅孔松动爆破,严格控制炸药用量并在炮眼附近加强支护。孔深大于5m时，必须采用电雷管引爆。卷扬机配三角架提升出碴。

3.1.5、 排水

开挖过程中，孔内渗流量不大时，采用出渣桶将泥水一起吊出，如渗水量较大,则在孔底一侧挖集水坑,用高扬程水泵排出。

3.1.6、 通风及照明

挖孔桩施工深度超过8 米时，必须采取通风措施，要用鼓风机连续向孔内送气,风管口要求距孔底2m 左右,孔内照明采用防爆灯泡,灯泡离孔底2m。特别注意孔内爆破后应先通风排烟15min并经检查无有害气体后，施工人员方可下井继续作业。

3.1.7、 成孔验收

重复上述过程即可完成挖土护壁的工作，直至桩底设计高程。在施工过程中，应该以每一节护壁为验收步骤，合格后方可进行下节的开挖施工。挖至设计标高时，把孔底的松渣等扰动过的软层全部清理掉；并对桩位、孔深、孔径、垂直度（斜度）进行检查，位置利用桩位控制点，进行检测;孔径、形状和倾斜度采用外径D 等于挖孔桩钢筋笼直径，长度不小于4D-6D 的钢筋检孔器吊入孔内检测;当发现有成孔不直、孔径减小、断面变形超过规范容许值等时进行重新修整。嵌岩深度必须要满足设计要求。成孔完毕应报监理检查验收,验收合格后方可进行下步混凝土的浇筑。

3.2、 钢筋笼的制作与吊放

3.2.1、 钢筋笼的加工制作

桩身较短的钢筋笼制作时按一节整作,较长桩的钢筋笼分两节制作。同一节段螺纹筋焊接采用闪光对焊接长，按照编号截取钢筋笼分节所需的长度。两节段钢筋笼间连接采用搭接焊连接，焊缝长度单面焊为10d，且同一截面钢筋接头不超过50%。声测管应保证不漏水。钢筋笼每隔2m设置一道加强筋,加强箍筋在的胎架上进行弯制。各节钢筋笼内声测管均预先绑扎在钢筋笼内。钢筋骨架的保护层，通过骨架周围均匀焊接的定位钢筋来保证。定位钢筋按竖向每隔2m 设一道，每道沿圆周对称布置4 个。

主筋与加强筋采用绑扎和点焊相结合的方式，保证钢筋笼骨架在吊装时有足够的刚度。接头采用双面绑条焊焊接，上下节段保持顺直。孔桩钢筋骨架允许偏差：骨架长度±100mm，骨架直径±20mm，主筋间距±5d，加劲筋间距±20mm，箍筋间距±20mm，骨架垂直度1%孔深。

3.2.2、 钢筋笼运输及吊放

由于是丘陵地形,钢筋笼运输不便,本工程钢筋笼均在桩基附近就近制作。钢筋笼用25t 汽车起重机吊装就位,使用专用吊具，防止吊点处骨架变形，起吊过程中不得造成钢筋笼产生残余变形。钢筋笼骨架对接时，每一根钢筋接头位置应按标识一一对应。钢筋笼入孔后，牢固定位，以免在灌注砼过程中发生掉笼或浮笼现象。桩身钢筋笼连接及安装后应报监理进行验收并记录。

3.3、 混凝土的浇筑

混凝土的浇筑应在成孔后及时施工。在混凝土非水下浇筑时应使用串筒，从桩的一侧下料，人工摊铺并振捣；在有地下水时可用导管进行水下混凝土浇筑。

3.3.1、 水下灌注桩基混凝土

由于该工程桩基开挖期间或多或少均存在地下水渗透的情况,故绝大部分均采用水下砼灌注,采用直升导管，导管采用内径为25cm、壁厚4mm的钢管组成，管节间的连接采用装有橡胶垫圈的法兰盘连接，管节的制作第一节为6m，其余管节分别长2.6m、2m、1m、0.5m,以便于不同桩长的拼装。砼采用混凝土罐车运输(地势不便于运输的地方采用地泵泵送)至井口，直接将砼倒入漏斗内，吊车配合灌注。

3.3.1.1、首批灌注混凝土的数量

首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部的需要，见图6.5.4，所需混凝土数量可参考公式(6.5.4)计算：

式中：V——灌注首批混凝土所需数量(m3)；

D——桩孔直径(m)；

H1——桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；

H2——导管初次埋置深度(m)；

d——导管内径(m)；

h1——桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m)，即H1=/；

——混凝土拌和物的重度(取24kN／m3)；

——井孔内水或泥浆的重度(kN／m3)；

——井孔内水或泥浆的深度(m)。

施工中根据每根灌注桩的孔径、桩长确定初次灌注混凝土时的灌入量，并选用合适的储料斗。采用木栓塞拔塞法或砍球法利用首批混凝土的重力使导管内的空气和水受挤压由管底排出,注意在首批砼泄入导管的同时，罐车内的砼迅速放入漏斗，以确保管端部的砼封底成功。且首批砼灌注正常后应连续不断灌注砼，严禁中途停工。

3.3.1.2、导管提升及埋升控制

在灌注砼开始时，导管底部至孔底应有250～400㎜的空间。灌注水下砼时，应经常探测孔内砼面高度，以控制导管埋深，便于准确地拆卸导管。如控制不准，将造成导管拔漏、导管埋置过深拔不出来或断桩事故。因此测深是一项重要工作，应采用较为准确的方法和探测工具。施工中经常采用重锤探测法，原理是用测绳系以重锤，放入孔中，凭探测者手中所提测锤在砼顶面以前与接触砼顶面以后不同重量的感觉而判断。实践证明,两人同时用两个测锤测探，可以有效防止误测。导管埋深应控制在2-6米之间。在任何情况下，不得少于1米或大于6米。

3.3.1.3、砼浇注高度控制

灌注桩的砼顶面高出设计高程0.5-1.0m,以保证桩头砼的质量。

3.3.1.4、砼及浇注时间的控制

水下混凝土配合比设计：水下砼拌合配置强度较设计要求提高10～20%，粗骨料粒径不大于40mm，含砂率控制在40%～50%间，水灰比控制在0.5～0.6 间，坍落度18～22cm，初凝时间控制在6 小时以上。水下砼的拌合时间不少于2 分钟， 砼自搅拌出料到砍球开灌的总储料时间不超过30 分钟， 正常灌注时， 导管灌注间隙不超过20 分钟， 砼自拌合机出料到灌入导管的时间不超过40 分钟。本工程配制的水下混凝土均掺入了适量缓凝剂,以增强混凝土工作性。

3.3.2、少数无地下水情况下桩基砼的灌注(干灌法)

3.3.2.1、干灌法施工方法

在本桥桥台处,由于地势较高,孔内积水很少，可按非水下砼灌注法(干灌法)。该法采用串筒灌注砼，串筒的直径为40cm，每节长度在1.5m 以内，上下节采用吊耳挂接，且串筒底部与孔内底部或混凝土面高度不大于2m。随着砼浇筑，逐段取下串筒。

混凝土在搅拌站集中拌制，用砼罐车运输(地势不便于运输的地方采用地泵泵送)至井口的下料斗,然后由串筒导入井底，每层灌注高度不得超过30cm,分层捣实直至桩顶。振捣方法由井下的操作工人每30cm 振捣一遍。串筒中间用尼龙绳吊牢防止脱落伤人。为了保证桩顶砼的质量，其表面浮浆应及时凿除并超灌不小于20cm。

用干灌法进行桩基混凝土浇灌时,必须一次性浇灌完成。

3.3.2.2、干灌时如何消除水的影响 

浇筑桩身混凝土主要应保证混凝土符合设计强度，要保证混凝土的均匀性、密实性，因此防止孔内水影响混凝土的配合比和密实性。

3.3.2.2.1、孔底积水 

浇筑前要抽干孔内积水，抽水的潜水泵要装设逆流阀，保证提出水泵时，不致使抽水管中残留水又流入桩孔内。如果孔内的水抽不干，提出水泵后，可用部分干拌混凝土混合料或干水泥铺入孔底，然后再浇注混凝土。 

如果孔底水量大，确实无法采取抽水的方法解决，桩身混凝土的施工就应当采取水下浇筑施工工艺了。 

3.3.2.2.2、孔壁渗水 

对孔壁渗水，不容忽视，因桩身混凝土浇筑时间较长，如果渗水过多，将会影响混凝土质量，降低桩身混凝土强度，可在桩身混凝土浇筑前采用防水材料封闭渗漏部位。对于出水量较大的孔可用木楔打入，周围再用防水材料封闭，或在集中漏水部分嵌入泄水管，装上阀门，在施工桩孔时打开阀门让水流出，浇筑桩身混凝土时，再关闭，这样也可解决其影响桩身混凝土质量的问题。

3.4、 成桩质量检验

在施工中我们要求做到每根成桩应该具有钢筋加工检验记录，混凝土浇注申请单，混凝土拌和物质量及浇注记录，混凝土试块资料及桩身完整性检测资料。通过对桩基同步养生混凝土试块的抗压试验和对成桩进行的逐根超声波声测检桩等检测，证明该工程挖孔桩施工质量是优良的。

3.5、 人工挖孔桩施工过程中易出现的问题

3.5.1、地下水问题

地下水对人工挖孔桩的施工影响最大。当地下水位不大时可进行单桩桩内抽水；当地下水位较大时可采用多桩同时抽水法来降低地下水；如果桩设计深度不大时可考虑在场地四周设置井点排水。

3.5.2、流沙层问题

人工挖孔桩在开挖时，如果遇到细砂、粉砂层地质时，再加上地下水的作用，极易形成流砂，严重时发生井漏，造成质量和安全事故。因此要采取有效可靠的措施。在流砂情况较轻时，可缩短挖孔层深，正常的1 m左右一段改为0.3～0.5 m，并随挖随检随护壁；在流砂情况较严重时，常用下钢护筒的方法，钢护筒同钢模板相似，以孔外径为直径，可分为4－6段圆弧。

3.5.3、淤泥质土层问题

   在遇到淤泥质等软弱土层时，一般可用木板、模板等支档，同时缩短开挖深度，并及时验收浇筑混凝土护壁。这些支挡的木方、模板要沿周边打入底部不少于0.2m深，上部嵌入上段已浇好的混凝土护壁后面，可斜向放置，双排布置互相反向交叉，能达到很好的支挡效果。

   总之，人工挖孔桩施工时，一旦遇到不利的地质条件，除制定单桩的施工措施外，应该合理安排人工挖孔桩的施工顺序，对减少施工难度起到重要作用，在制定施工方案时要依据实际情况综合分析，统筹安排，在条件可能的情况下，先施工较浅的桩，后施工深一些的桩，先施工外围（或迎水部位）的桩，后施工中部的桩。

4、 结语

通过本工程的施工，笔者认为人工挖孔桩的优点是显而易见的。人工挖孔桩不仅在良好的地质条件可以广泛应用，而且随着施工技术的改进，在有地下水、流砂层和淤泥质土质中也得到了发展和应用。客观地说，人工挖孔桩在良好地质条件的地基中运用时更能发挥其优越性。当扩大头人工挖孔桩在不良地基中运用时，其扩大头部分极易坍塌造成质量和安全事故，应该慎用。因此我们在做桩基设计时，一定要重视地质勘探资料，在地质状况不良的情况下，宜采用其它桩基型式进行设计施工。

参考文献

1 <<公路桥涵施工技术规范>> JTJ041-2000

2 <<路桥隧施工技术指导>>

作者简介:李四德 男 1984年1月26日 本科 助理工程师