人工挖孔桩的施工技术及安全质量控制浅析

朱本明

【摘 要】 人工挖孔灌注桩适用于土质较好、地下水位较低的粘土、亚粘土、含少量砂卵石的粘土层。采用人工挖孔灌注桩做基础，具有机具设备简单，施工操作方便，占用施工场地小，对周围建筑物影响小，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，节省设备投资，造价低等优点，而且单桩承载力高，可直观桩外形尺寸和持力层地质条件，受力性能可靠及抗震性能强。从而在公路、铁路、水利以及民用建筑中得到广泛应用。但挖孔桩井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大，安全和质量控制显得尤为重要。以供类似工程参考借鉴。

【关键词】人工挖孔桩；施工；安全；质量

一、人工挖孔桩一般施工技术

（一）桩基基础开挖及平整

测量放样定位，修筑周边的截排水系统。清除建基面的松散土层并平整、夯实。

（二）桩基锁口施工及孔口防护

测量放样定出桩基孔位的中心位置，打桩标示并设置护桩。用卷尺量出桩基孔口周圈的开挖开口线，洒白石灰予以标示。在施工过程中，每周检查复核桩位。

根据桩基开挖开口线，先按开口线开挖1m深度，沿孔口周邊桩基设计直径的外侧立模，安装周圈钢筋，浇筑C30混凝土锁口。

锁口施工结束后，在孔口外侧砌筑红砖胎模。模板与红砖胎模相距20cm，其间浇筑C20钢筋混凝土形成孔口防护围圈，井口防护圈高出地面50cm，防止开挖后的渣料、杂物和工具等掉入孔内。

孔口防护施工完成后，将孔口四周的地坪平整并浇筑lOcm厚的C15混凝土硬化场地，形成工作平台。工作平台浇筑成倾向冲沟下游侧2%的斜坡，便于雨水排出。

（三）桩基开挖

桩基开挖按2～3人一组，井下1～2人开挖、装渣，井口1人组织、提升。挖孔过程中，每天检查桩孔尺寸、平面位置和竖轴线倾斜情况，如有偏差随时纠正。

桩基开挖采用短进尺、勤支护、小爆破的原则进行施工。根据实际地质条件，一次开挖深度按0.5m～l.Om控制，开挖渣料由人工用铁锹装渣，自制渣斗装渣，通过布置在井口的卷扬机将渣斗提升井口，人工卸料。井身开挖成台阶状。桩基开挖后的护壁混凝土分节浇筑，分节高度与开挖高度一致，开挖一节跟进护壁一节。

（四）桩基底部处理

桩基开挖到设计高程后，进行孔底处理，将孔底挖平，清除松碴、污泥等松散物。开挖过程中应经常检查，了解地质情况，并绘制地质柱状图。若发现地质情况与设计不符，及时提出与设计监理沟通，制定相应的处理措施。经监理工程师孔终检查合格后，提交工作面给桩基混凝土施工。

二、人工挖孔桩遇不良地质条件下的施工方法

（一）孔壁泥砂塌落

挖孔时遇到砂性土、淤泥、流砂等工程地质条件时，很容易发生护壁外围泥砂塌落。如果地下涌水量不大，塌落不严重，可以用挡土板支撑，同时采用直径25 mm的圆钢加固或钢板套筒突击成孔及时浇筑混凝土护壁筒。

（二）较厚流砂层、淤泥层地质

尤其遇到大量地下水，随着护壁外围泥砂大量塌落，混凝土护壁筒可能成为悬空状态，失去支撑，进而产生拉裂，直至断裂、脱落。遇到这种情况，在施工时应采取以下加强措施：

1.顶层护壁用直径20 cm的圆钢加设2个～4个吊耳，用钢丝绳固定在地面木桩上来加强支撑。

2.加密护壁筒竖向钢筋，并让钢筋外伸20cm以上，与下一节护壁筒的竖向钢筋及箍筋连接成整体，然后再浇筑成型。如果有必要，可在挖孔桩中部护壁筒上预留直径20cm左右的孔洞，但该部位的地质必须选择比较坚硬的土壤，然后再将护壁筒与护壁筒外周的土锚固在一起，用混凝土桩、竹木桩均可。这样护壁筒就不会断裂脱落。

3.在已成型的护壁筒上钻孔至砂土薄弱层，以充填、渗透和挤密的形式把灌浆材料充填到筒周土体的孔隙中，以固结护壁筒外围土体，确保护壁筒周边泥砂不塌落，从而增加桩周摩擦力。压力灌浆材料可选择粉煤灰、早强型水泥混凝土、石灰粘土混合料，具体配合比可根据现场地质条件试验后确定。

（三）孔底集水时灌注封底混凝土

1.浇筑混凝土前应检查孔底地质情况和孔径是否满足设计要求，并把孔底清理干净。

2.为了减少地下水的汇集，任何一根桩封底时都要把邻近桩孔的集水同时抽出，以减少邻桩孔的集水对工作桩孔的影响。

3.当孔深超过6m时，还要注意防止混凝土离析，用导管下入孔底，往导管里输送搅拌好的混凝土，混凝土量超过底节护壁筒顶以上，再慢慢撤除导管，就可塞住孔底大部分甚至全部的地下水。

4.如果地下水很多，而且挖孔桩较深，刚提起抽水泵，底部渗水就接近或超过20cm，清理完孔底渣土后让水继续上升，等到孔中渗水基本保持平衡稳定，用导管下入孔底，往导管里输送搅拌好的早强型混凝土，混凝土量超过底节护壁筒30cm以上，再慢慢撤除导管，由于水压力的作用，封底混凝士基本上密实，混凝士终凝后再抽水，由于封底混凝土已超过底节护壁，已经没有地下涌水，待水抽干，再对剩余的水进行处理。将表面混凝土松散部分人工清打凿毛并运到孔外，再进入下一道工序。

三、人工挖孔桩施工安全

（一）人工挖孔桩施工的安全难点

人工挖孔是用人工自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层由锤、钎破碎，弃渣装入活底吊桶，垂直运输。在孔口安装支架，用1～2t慢速卷扬机提升，吊出地面后，再用其他运输工具运出。这个看似简单的作业过程，充满着高危险性。

1.作业空间窄小。

孔底挖孔作业人员始终处在吊物下面作业，孔底空间有限，极易受到物体打击；挖孔作业人员上下桩孔容易失稳发生坠落。

2.作业环境复杂。

可遇到无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土、含少量的砂、砂卵石、姜结石的粘土层，也会遇到地下水位较高、涌水量大的冲击地带及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层。挖孔过程中有时会突然出现涌水和涌泥。随着孔深的增加还会出现缺氧或严重缺氧，有时还会遇到致命的有毒有害气体。

3.施工机具简单，但种类繁多，易造成伤害。

施工提升机具包括：lt-2t卷扬机配三木塔或It以上的单轨链条式电动葫芦配提升金属架与轨道，活底吊桶。挖孔工具包括：短柄铁锹、镐、锤、钎、风镐。为满足安全用电要求，还应配有36V低压变压器。桩孔深度超过lOm，或孔内空气含氧量不足时要配鼓风机、输风管，有地下水还应配潜水泵及胶皮软管等。目前施工企业本身技术队伍质量就不稳定，存在层层转包，挖孔桩多是农民工，又未必受过必要的安全技术培训。

（二）人工挖孔桩施工伤亡事故的类别

人工挖孔桩施工安全的难点，决定了人工挖孔桩施工伤亡事故的类别：

1.高处坠落。

地面作业人员或过往人员不慎坠入桩孔中；孔内作业人员在上下孔过程中失稳坠落孔底。

2.物体打击。

地面物体掉入桩孔中，孔中升降中的工器具掉下，活底吊桶或箩筐装载的弃土掉下，或绳索断裂、吊桶脱钩掉下击中孔底作业人员。

3.淹溺。

遇有流沙或涌泥，或地下水位高、壓力大，孔内瞬间大量涌水，孔内作业人员被淹没、掩埋。

4.坍塌。

孔壁没有护壁设施，或未按土质情况采取防流沙、涌泥措施，孔壁坍塌，掩埋孔底作业人员。

5.触电。

人工挖孔配备的施工机具中有部分电动机具和照明设施，因漏电造成作业人员触电。

6.窒息。

标准空气中氧气量的体积比为20.95%。体积比低于18%时为缺氧，此时人有疲劳感，注意力减退，动作极易失误。空气中氧气体积比低于12%时，为严重缺氧，此时人有头痛、恶心、眼花、呕吐，甚至丧失意识、言行不能自主的症状。空气中氧气的体积比低于6%时，为致命缺氧，此时人心跳微弱，血压大幅度下降，抢救不及时，就会因停止呼吸和心跳而死亡。据青海地区实际测定，井桩深度在20米时，空气中氧气含量低于18%，还常常伴有某些有毒有害气体或惰性气体含量增加。人体因缺氧而窒息，吸入有毒有害气体会引起申毒缺氧，造成窒息，甚至瞬间死亡。

（三）人工挖孔桩伤亡事故的原因及对策

人工挖孔桩施工伤亡事故多发的原因主要是施工企业人工挖孔桩施工没有做到安全施工，在对人工挖孔桩施工的危害辨识、危险评价的过程中没有系统的研究人工挖孔桩施工工艺各构成部分或整系统可能发生事故的危险性及其产生途径，做到事先预测事故发生的可能性，掌握事故发生的规律；没有在施工组织设计、施工、运行管理中对事故发生的危险性加以辨识，根据对危险性评价的结果，提出相应的切实可行的安全技术措施，加强过程控制，消除事故隐患。从人、机具和施工环境上做到安全。

1.事故发生的原因。

（1）施工前没有进行认真研究

施工企业没有认真研究施工图纸、工程地质、水文地质勘察资料和人工挖孔桩施工的规范和规程，没有认真研究人工挖孔桩施工的工艺过程，提不出或没有提出人工挖孔桩施工安全技术措施，或虽已提出，但缺乏全面性、针对性和操作性，因而不能准确地对作业人员进行全面的安全技术措施交底，有的甚至不进行交底，人工挖孔桩作业人员没有安全指导措施。

（2）作业人员安全素质低

施工企业人工挖孔桩施工的作业人员安全素质低，安全风险意识不强，自我保护意识差，安全操作技能差，容易发生误操作；他们缺乏救护知识，还会使事故蔓延、恶化和扩大。现场安全监督管理不到位，甚至是无的放矢进行监督，没有能力及时发现隐患、消除隐患，甚至无力排除隐患。

（3）施工企业安全投入不到位

为了谋求效益最大化，施工企业舍不得投入。因此没有必要的防护手段或防护措施不可靠，没有监测孔内空气和有毒气体的仪器设施，孔内空气无法检测；没有通风换气设施，没有采取通风换气措施；没有设计孔壁的护璧设施，没有防流沙、涌泥措施；电动机具配电系统没有采用TN-S系统，且无安全电压，电线乱拉乱扯，甚至有裸露现象。

2.对策。

（1）施工准备

技术交底要详细周全，可操作性强。现场技术人员应向施工人员仔细交待挖孔桩处的地质情况和地下水情况，提出可能出现的问题和应急处理措施。按应急方案配置所需的材料、机具和设备，并经常检查和督促落实。

（2）安全技术措施

过程监控要环环相扣，规范化操作。（1）开挖桩孔必须采取孔壁支护，挖一层支护一层。挖出的士石方应及时运离孔口，孔口周围1m内不得堆积土渣及机具。机动车辆的通行不得对井壁的安全造成影响。（2）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；使用的电葫芦、吊笼等应安全可靠并配有自动卡紧保险装置。（3）施工中抽水、照明、通风等所配电气设备应一机一闸一漏电保护器，供电线路要用三芯橡皮线，电线要架空，与地面保持安全距离，不得拖拽在地上，用电系统必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005（2012版）规定。并经常检查电线和漏电保护器是否完好，照明应采用安全矿灯或12 V以下的安全灯。（4）需爆破时必须采用浅眼少药松动控制爆破；爆破后，孔内有害气体及时排除，经检测达标方可下井。5）从孔中抽水时排水口应距孔口5m以上，并保证施工现场排水畅通。

（3）施工组织要上下兼顾，临危不乱

（1）孔下作业不得超过2人，作业时应戴安全帽、穿雨衣、雨裤及长筒雨靴。孔下作业人员和孔上人员要有联络信号，每工作1h，井下人员和地面人员进行交换。（2）孔下人员应注意观察孔壁变化情况。如发现塌落或护壁筒裂纹现象应及时采取支撑措施。如有险情，应及时发出信号，以便迅速撤离，并尽快采取有效措施排除险情。（3）地面人员应注意孔下发出的联络信号，反应灵敏快捷。经常检查支架、滑轮、绳索是否牢固。下吊时要挂牢，提上来的土石要倒干净，卸在距离孔口2m以外。

四、人工挖孔桩施工质量控制措施

（一）修筑钢筋混凝土井圈护壁应保证护壁的厚度、配筋、混凝土强度符合设计要求

上下节护壁筒的搭接长度不得小于50mm；每节护壁筒在当日施工完毕；护壁筒模板在24h后拆除；发现护壁筒有蜂窝、漏水现象时，应及时补强以防造成事故。

（二）钢筋笼的制作与质量验收

钢筋进场要验收，要有质保单，并要求作力学性能试验和焊接试验，合格后才能启用。焊条要有质保单，型号要与钢筋的性能相适应。钢筋笼制作严格按设计加工，主筋位置用钢筋定位支架控制等分距离；加颈箍宜设在主筋外侧，以加強对钢筋笼的箍子作用，且不会增加施工难度，主筋一般不设弯钩。钢筋笼搬运和吊装时，应防止变形；安放前需再检查孔内的情况，以确定孔内无塌方和沉渣；安放要对准孔位，扶稳、缓慢、顺直，避免碰撞孔壁，严禁墩笼、扭笼。注意钢筋笼的标高，到达设计位置后应采用工艺筋（吊筋、抗浮筋）固定，避免钢筋笼下沉或受混凝土上浮力的影响而上浮。钢筋保护层的厚度为无护壁时70mm、混凝土护壁时35 mm，保护层用水泥砂浆块制作，当无混凝土护壁时严禁用粘土砖或短钢筋头代替（砖吸水、短钢筋头锈蚀后会引起钢筋笼锈蚀的连锁反应）。当成孔深度与设计深度不同时，钢筋笼长度也宜随之变化，但摩擦桩的钢筋笼长度可不变。

（三）混凝土灌注施工

检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。在灌注混凝土前，应进行清孔工作，要求孔壁、孔底必须清理干净，孔底无浮渣，孔壁无松动。孔底沉渣厚度应符合规范要求。当有地下水而渗水量不大时，则应抽除孔内集水后，用串筒法灌注混凝士，串筒末端离孔底高度不宜大于2m，混凝士宜采用插入式振捣器振实。如果渗水量过大，集水过多不便排干，则应用导管法水下灌注混凝土。混凝土的粗骨料可选用碎石或卵石，其最大粒径不宜大于50mm，并不大于主筋净距的1/3。坚持按配合比投料，混凝土坍落度不宜过大，以5cm～8cm为宜，每50cm为一层及时振捣，混凝土灌注要保持连续。坍落度损失大于5cm/h时，要调整配合比。混凝土拌合料质量控制，每盘混凝土的拌合时间不得少于90s，开始搅拌时必须做一次坍落度检测，调整好流动性，且具有较好的粘聚性，灌注时作坍落度损失的观察，以指导混凝土配合比的调整，拌好的混凝土应立即使用，有离析现象严禁灌入桩孔。注意桩头混凝土的标高，应适当超出设计标高，以保证在凿除浮浆层后，桩头进入承台内50mm～l00mm。气温高于30℃时注意缓凝，气温低于0℃时注意抗冻。

（四）保证质量的其他要点

混凝土灌注过程中必须实行旁站，全员、全过程控制，严格把关。要及时跟踪检验，及时评定质量结果。

五、结束语

人工挖孔桩施工方便、速度较快、不需要大型机械设备，挖孔桩要比木桩、混凝土打入桩抗震能力强，造价比冲锥冲孔、冲击锥冲孔、冲击钻机冲孔、回旋钻机钻孔、沉井基础节省。从而在水利、公路、民用建筑中得到广泛应用。但挖孔桩井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大，安全和质量显得尤为重要。场地内打降水井抽水，当确因施工需要采取小范围抽水时，应注意对周围地层及建筑物进行观察，发现异常情况应及时通知有关单位进行处理。

参考文献：

[1]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，[S]。

[2]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015年版），[S]。