试析人工挖孔灌注桩施工工艺和安全

严建安，杨 军，李巧峰

（1.长江委陆水枢纽管理局，湖北 赤壁 437302；2.长江工程设计有限公司，武汉 430010）

1 引 言

随着科学技术迅速发展与不断进步，灌注桩成孔施工一般采用机械成孔，但在地质勘察资料详尽、地下水位低、渗水量小、劳动力资源充足、工作面大或场地狭窄地段，满足建设工程项目工期、质量和限额投资要求，尽早发挥投资效益情况下，仍可采用人工挖孔灌注桩施工。人工挖孔灌注桩施工具有以下优点：采用流水施工方式，尽可能地利用工作面，可缩短工期；充分利用劳动力资源，组织连续施工，可以充分发挥施工机具和劳动力的生产效率，有效降低成本，提高承包单位的经济效益；单位时间内投入的劳动力、施工机具、材料等资源较为均衡，专业施工队之间可实行有效搭接。

2 施工准备

施工准备工作主要包含以下内容：

（1）确定施工单位项目负责人，组建施工项目管理机构，确定项目施工总目标，明确项目施工内容、职能管理部门分工、人员岗位职责；制定切实可行的施工工艺和施工管理控制流程；建立和健全技术管理体系、质量管理体系和质量保证体系。

（2）熟悉施工设计图纸和设计说明书，掌握建设工程的地形、水文、测量、气象数据；搜集并熟悉地质勘察报告、地形图及标桩、水电气引入标志、地上地下管线、地上原有建筑物以及道路等环境信息；参加施工图纸会审和设计交底会议。

（3）熟悉项目工程需遵循的相关建筑法律、法规和规范、规程，有关质量检验、控制的技术法规和质量验收标准。

（4）编制施工组织设计。主要包括：施工平面布置、施工进度计划、资源配置计划、质量控制措施和安全管理措施等。

（5）在施工现场按照设计图纸要求，采用GPS全站仪进行轴线、桩位、高程的测量放样。施工图现场核对和测量放样记录情况应按规定程序报送有关单位。

（6）做好施工现场内的“三通一平”准备工作，主要包括：进料及出碴的施工道路修筑，施工用电电缆架设、施工供水、供风及排水系统布置，周边排水沟及集水井修筑，场地平整等；

（7）做好施工机具配置、劳动力安排和施工材料的准备工作；做好施工机具维修保养、限位保险装置、钢丝绳强度以及联结部位紧固度的检查工作。

（8）做好职业健康和环境保护以及安全生产管理的预控工作，组织施工人员认真学习有关环境保护和安全生产方面的法律、法规，对新工人应进行岗前培训。

3 施工方法

3.1 测量定位

首先在施工范围内，测量原始地形图，进行场地平整，修筑场内临时施工道路、排水沟及集水井等，进行临建设施、施工机具及水电气系统布置；如遇在河边有水的地段，应先进行黏土回填和碾压，在迎水面回填级配块石护坡，均由起点向终点推进；然后按设计图纸的要求，采用GPS全站仪进行挖孔灌注桩轴线、桩号、高程测量放线，定桩位；在孔口外围采用木桩或小型预制混凝土桩做好桩位纵、横轴线和基准点标记，并做好桩位纵、横轴线和基准点桩位保护工作。

3.2 土石方开挖

开口位置的直径为设计灌注桩直径加护壁厚度；每段开挖深度为0.8～1.0m，遇到流沙层时宜为0.5m左右；遇到坚土、风化石、孤石或岩石时，可采用风镐、潜孔钻钻孔配以小药量先进行爆破解体，然后由人工采用镐、锹、土筐、提土桶将土体配以卷扬机提升机具或人工手摇机具作垂直运输至孔口上部，随即装入斗车运至场外指定的弃碴位置；每段以1∶20成喇叭型由人工从上到下依次开挖，此工法便于护壁上下钢筋联接及混凝土灌注；在开挖过程中，当遇到地下水位以下或有大量渗水时，应在孔底侧挖集水坑，用高扬程潜水泵将水排出。

3.3 测量控制

桩位轴线采取在地面设置的纵、横控制桩、基准点。用于第一段护壁模板架设及孔径的中心位置控制，第一段护壁应高出地面200mm，用于防水、挡碴和定位，当第一段混凝土护壁灌注拆模后，将桩控制轴线，高程引到第一节混凝土护壁上；每节以十字线对中，吊大线垂控制中心点位置，用直尺杆找圆周，然后由基准点测量孔深；第一段桩位控制轴线、基准点控制标志引到护壁过程中，在整个测量控制过程中显得尤其重要，也是测量控制的重点工作之一，测量人员要认真做好测量检查和复核工作，按规定程序将测量成果报送有关部门审批后，方可进行以下孔段土石方开挖。

3.4 浇筑护壁混凝土

护壁混凝土的强度等级和配筋按设计图纸要求进行施工，当设计图纸未作具体要求时，一般护壁厚度为100～150mm，直筋配筋直径为6～8mm，直筋间距150～200mm、长度以插入下层护壁50～100mm；构造筋采用直径为6mm、间距按150～200mm布设；护壁混凝土强度等级为C20～C25，按1：20喇叭型护壁，应采用外齿式，上下壁搭接不小于50mm，上下护壁有钢筋宜弯成弯钩便于拉结，避免由于流砂、淤泥、坍塌体而造成护壁因自重而沉裂；护壁混凝土应按批准的施工配合比单配料，现场采用小型搅拌机拌和，护壁混凝土浇筑用小型插入式振捣棒捣实；地质条件较好、桩身较浅、孔底扩孔、次坚石或坚石部位可不设护壁。

3.5 模板安装拆除及下段施工

模板采用定型钢模和木模，建议优先采用定型钢模板，便于装拆。模板内用短钢筋支撑，模板外用钢管支撑或方木支撑，确保在混凝土灌注过程中模板不变形，不发生位移；在支撑架设过程中，应考虑储料平台布设及荷载影响，以便于施工操作；护壁混凝土达到一定强度后可拆模，常温下24小时便可拆模，在冬季施工时，混凝土宜掺早强剂，拆模后，再开挖下段土方，然后继续支模灌注混凝土，如此循环，直至设计要求的深度。

3.6 钢筋笼制安

3.6.1 钢筋笼制作方式

钢筋笼分为场外制作、现场制作和孔内制安3种形式。

3.6.2 钢筋笼制作

钢筋笼制作严格按照设计图纸要求进行，先用直径为16～18mm的圆钢制作定位支架，然后在支架外侧等距布设主筋，再在主筋外侧布设螺旋箍筋。当采用场外和现场制作时，应采取有效措施防止钢筋笼在搬运和吊装时变形，当钢筋笼长超过15m时，由于起吊设备所限，一般宜分两段制安。严格按施工规范要求执行，焊接位置应相互错开，35倍钢筋直径区段范围内的接头数不得超过钢筋总数的一半，在孔内焊接。钢筋笼安装定位后，应在周边梅花形布设预制混凝土保护层垫块。钢筋笼安装完毕，并再次清除孔底浮土或沉碴，排除积水，进行验收，作好桩身灌注前的准备工作。

3.6.3 钢筋笼孔内制安

钢筋笼孔内制安适用于有护壁、无渗水（或渗水量较小）、无大型起吊设备以及桩身较长部位。首先在孔口、孔底布设定位支架并对主筋的位置进行编号，主筋在加工厂或施工现场焊接，对号进行点焊或绑扎，外箍筋在现场先做定型，然后套在主筋外侧从底部向孔口方向依次绑扎，在适当位置再加定位支架。该方法制安一次到位，避免在孔内焊接主筋和利用起吊设备安装。钢筋笼安装定位后，应在周边梅花形布设预制混凝土保护层垫块。钢筋笼安装完毕，并再次清除孔底浮土或沉碴，排除积水，进行验收，作好桩身灌注前的准备工作。

3.7 灌注桩身混凝土

钢筋笼安装完毕，并经检查验收合格后，尽快进行混凝土灌注施工。按批准的施工配合比下料，如施工环境条件发生变化，按技术复核程序调整施工配合比并报批；混凝土坍落度一般为50～80mm，碎石或卵石最大粒径应小于50mm，并不大于主筋净距的1／3，混凝土级配一般采用二级配，高温季度应掺缓凝剂，低温季度应掺早强剂；在孔口采用有效方法固定钢筋笼，防止钢筋笼在混凝土灌注前下沉和混凝土灌注后上浮；混凝土下料采用直径为200mm钢套管或溜筒，出口处离浇筑面高度应小于2m，采用人工平仓和振捣，浇筑层厚度一般控制在500mm左右，必须随灌随振，不得超振或欠振，每根桩身混凝土灌注应连续施工，防止出现冷缝，直到混凝土灌注至设计要求的桩顶位置为止。单根桩身混凝土方量较大的应取一组试块，每100m3或每台班至少取1组试块。

4 施工中异常情况处理

4.1 流砂层

在土方开挖过程中，遇到流砂层时应采用钢板模支撑并针对具体情况作出相应处理，为防止土壁坍落和流砂，可减少每段护壁的高度，待穿过流砂层后按常规方法开挖土方和灌注护壁。

4.2 渗水点

如遇岩体裂缝渗水，可采用麻丝或棉絮堵缝，用拌和均匀的黏土压敷在上面；或用特种水泥防渗剂直接进行堵漏；在集中出水口引出导水管，然后立模，在混凝土中掺入早强剂灌注护壁，出水口管头应有内丝口，以便堵头封堵；引水管引至集水井然后用高扬程的潜水泵抽排。

4.3 坍塌体

如遇松散土体或坍塌体，采用钢筋锚杆施工方法改变土体受力性能，加强土体的固结，如有渗水应采用导水管引出，然后再灌注混凝土护壁，出水口可用丝口封堵。

4.4 渗水量较大

在开挖过程中，如孔内渗水较严重，应根据地质勘察资料在桩身周边查清渗水通道后，可采用水泥灌浆方法切断渗水通道，灌浆应掺用早强外加剂或变换浆液浓度等有效方法进行施工处理；切断渗水通道后，再进行土方开挖，灌注混凝土护壁；此法有时可能加大施工成本，应多方案比较分析论证后方可采用。

4.5 孔内积水不能排除

成孔后，在地下水位以下或渗水量较大的情况下，孔内积水无法排除，应按水下混凝土制备和灌注方法施工。

5 施工安全

现场施工安全包括用电安全、人身安全、机具操作运行安全以及孔口安全防护设施等。施工中必须做到“安全第一、质量第一、以人为本”，切实落实安全生产责任制，确保建设工程施工顺利进行。施工安全管理要点有：

（1）现场管理人员、特种作业人员应具有资格证或上岗证，严禁无证上岗；施工人员未经安全作业培训且考试合格不得进入施工现场；严格执行安全管理制度。

（2）检查现场施工机具的限位控制装置、钢丝绳强度、联结部位紧固度；施工现场的一切电源电路安装或拆除应由持证电工操作，电器必须严格接地和使用漏电保护装置，严禁一闸多孔和一闸多用。

（3）当桩身净距小于两倍桩径或小于2.5m时，应分2序孔或3序孔间隔开挖施工，防止在施工过程中发生塌孔现象；1序孔施工完毕，再进行2序孔施工，依次类推；桩身浇注混凝土时，周边10m范围内孔内严禁人工作业。

（4）进孔开挖前，首先应探明孔内是否有有害气体、坍塌体、流砂淤积体等不利情况，遇到持殊情况应向项目的技术负责人报告，以便作出相应处理。

（5）施工单位应具备对有害气体检测方法和手段，应配备对讲机、电铃、安全绳或应急软爬梯；施工现场应有安全专职人员巡回监督检查；严禁施工人员酒后下孔作业、孔内吸烟和使用明火作业；已灌注完混凝土和正在挖孔未完的桩口，应设置井盖和围栏围护。

（6）爆破施工前，做好安全爆破准备工作，划定安全距离，设置警戒哨，遇孤石或次坚石爆破时，施工人员必须撤离到安全地带，并以警报器呜笛告之开始爆破和结束爆破，确保施工人员的人身安全。

（7）孔深大于10m时，应采用鼓风机送风，向孔内强制输送清洁空气，排除有害气体，风量不应小于25L／s，凿岩时应加大送风量；凡在孔内抽水之后，必须先将抽水专用电源切断，作业人员方可下桩孔作业；孔内施工照明采用矿井灯或低于12V安全灯，严禁带电源操作；孔口配合孔内作业人员要密切注视孔内的情况，不得擅离岗位。

（8）当桩孔开挖到一定深度后，在离开挖孔底3m左右的高度应设置半圆形的密眼钢筋安全防护网，在吊桶或土筐上下时，应停止挖土，作业人员必须站在防护网下面，以保安全。