人工挖孔灌注桩施工技术及质量控制研究

摘要 人工挖孔灌注桩作为一种重要的基础工程施工方法，在桥梁、建筑等工程项目中发挥着关键作用。文章探讨了人工挖孔灌注桩施工技术的核心要点和实践应用，从施工前的准备工作、孔洞的挖掘技术、钢筋笼的安装与固定、注浆材料的选择与使用，以及施工过程中的质量控制等多个方面进行了分析，以确保挖孔灌注桩施工的高效性、稳定性和安全性。

关键词 人工挖孔；公路；混凝土灌注桩

中图分类号 U445 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）17-0092-03

0 引言

随着基础设施建设的不断推进，挖孔灌注桩作为一种重要的基础工程施工技术，在桥梁、高层建筑等领域的应用日益广泛。然而，由于施工过程中的技术复杂性和质量控制难度，其施工质量问题逐渐成为业界关注的焦点[1]。该文提出了针对性的质量控制措施，以提高挖孔灌注桩的施工质量，保障整个工程项目的长期稳定和安全。

1 人工挖孔灌注桩特点

（1）施工方法简单。与传统的机械挖掘相比，人工挖孔成孔的方法更为简单，不需要复杂的设备，可以灵活适应各种施工环境。

（2）高承载力。由于桩径较粗，人工挖孔灌注桩可以承受较大的垂直荷载，适用于高层建筑或重载结构。

（3）无振动、无噪声。无须使用大型机械设备，如振动锤或挖掘机，几乎不产生振动，从而显著降低对周围环境和既有建筑的影响，减少施工期间对附近居民生活的干扰。

（4）施工质量可靠。可以实时了解土层的类型、厚度和分布，从而更加准确地判断地质条件。利用手工工具对孔壁进行修整，确保孔壁的光滑和平整。同时，还可以对孔底进行彻底清理，去除松散的岩土和杂物，确保孔底的平整度和承载力，有助于提高桩基础的承载能力和稳定性[2]。

（5）适应性强。人工挖孔灌注桩适用于各种地质条件，包括软土、黏土、砂土等，且可以在狭窄的施工现场进行施工。

2 工程概况

省道410线朝天城区过境段工程（以下简称项目）位于广元市朝天区朝天镇境内，项目起止桩号为K0+000～K7+684.123，路线全长7.684 km。采用二级公路标准，该路段的设计速度为40 km/h，路基宽度为12 m。项目区沿线地形地貌总体属中低山区构造剥蚀、侵蚀、堆积复合地貌，斜坡、沟谷地形。项目桩基位于十分陡峭的山坡上，桩基地势高差大，场地布置和机具设备的转移十分困难，需开挖较大的施工平台，易造成山体滑坡等地质灾害。该工程人工挖孔桩基数量及类型见表1所示：

鉴于该工程的地质条件、水文状况、设计技术规格，以及桩基的数量和施工工期要求，针对施工场地受限的情况，采用人工挖孔灌注桩方案显示出了显著优势。施工设备轻巧、简单，操作便捷。与大型机械成孔方法相比，这些设备更易于运输和安装，降低了施工难度和复杂性；施工场地占用面积小，对周围环境的影响微乎其微。在施工过程中，无须大面积开挖或破坏植被，从而有效地保护了施工区域的生态环境，避免了大规模土方工程，水土流失的风险也得到了显著降低。施工过程中不会产生泥浆和污水等废弃物，对环境的污染几乎为零。

3 人工挖孔灌注桩施工方法

3.1 施工准备

在施工前，需要对场地进行平整，确保施工区域的稳定性和安全性。这包括清除坡体表面的危石及浮土，以减少潜在的安全隐患。地面标高需高于设计桩顶标高30 cm，以提供足够的施工空间。同时，应进行精确的测量工作，确定桩孔地面的高程，并根据设计要求计算开挖深度。为保障施工期间的排水通畅，防止水患对施工造成不利影响，作业面四周需要挖设排水沟，并搭建好孔口雨棚。此外，应合理规划和布置出渣道路，确保施工过程中的渣土能够及时清理和运输。在材料和机具的堆放方面，需要充分考虑孔壁压力和施工条件的影响，合理规划堆放位置，确保不会对孔壁稳定性造成不利影响，同时也要便于施工操作和材料使用。使用全站仪进行高精度测量，确定桩位的准确位置。为确保桩位的准确性，采用地面基线十字网控制桩位轴线。

3.2 桩孔开挖

（1）桩孔防护

在孔口设置盖板、护栏，横向栏杆间挂密目网。立面防护栏上悬挂安全标识、禁令标志。孔口附近坡体下方设置被动防护挡板。挖孔工作暂停时，孔口必须使用钢筋焊接的钢筋网进行罩盖，纵、横间距为20 cm。

（2）孔口边坡防护

先将边坡开挖至桩顶高程，再按设计的跳挖开挖方式依次进行开挖。由于孔口地表不平整，多为斜坡，因此在山坡上施工时，应在施工前对临山侧进行边坡防护，采用钢管支撑，外侧用竹胶板或竹跳板做挡板，钢管横杆采用双层，间距为1 m，立柱间距为1.5 m，竹胶板高度为2.4 m，以防止山上滚石、滑坡等对孔内施工人员造成危害。

（3）锁口及护壁

每次护壁施工前，都必须严格检查桩身的净空尺寸、平面位置以及垂直度，以确保桩身符合设计要求。此外，必须确保在上一节护壁混凝土终凝并具备一定强度后，方可进行下一节的开挖工作。为保持桩身的稳定性，应遵循先挖桩芯部位、后挖四周护壁部位的顺序。

挖孔护壁采用20 cm厚的C30钢筋混凝土结构，每掘进1.0 m，进行护壁处理。在施工护壁时，首先进行护壁钢筋的安设工作。护壁钢筋按照设计要求进行布置和固定，以确保其能够提供足够的支撑和稳定性。经过验收后，进行护壁模板的安装。模板的安装需根据桩孔中心点进行校正，然后浇筑护壁混凝土。为确保护壁混凝土的密实度，上下护壁间需搭接50 mm，并使用φ25的钢筋或小型振动棒进行充分振捣。在浇筑护壁混凝土时，应防止护壁模板发生位移，确保四周浇筑均匀。

护壁混凝土达到一定强度后，进行拆模、校正。此后，按照该流程循环进行挖孔施工，直至完成整个桩基的挖孔工作。所有的桩基挖孔都必须设置混凝土护壁进行支撑，以确保施工过程安全。

护壁采用内齿式现浇钢筋混凝土结构，其内孔尺寸上口略大于设计尺寸，下口比上口尺寸大10～15 cm，以满足施工过程中的变形要求。这一细节处理有助于确保护壁的稳定性和承载能力，从而进一步提高灌注桩的整体质量。

在覆盖层中每开挖1 m，现浇一段护壁，上下节段间应搭接50～75 mm。护壁混凝土内布置φ10 mm钢筋作为环向箍筋，φ12 mm钢筋作为上下节段间的连接筋，为便于连接，钢筋两端设135°弯钩。在混凝土浇筑前，应在模板内设内支撑，以增强模板刚度。护壁混凝土采用机械拌和，插入式振动器捣实，当强度达10 MPa后方可拆除护壁模板。当挖孔达到设计深度后，对孔底和孔壁情况进行详细检查和处理。清除孔壁和孔底松动的岩石和土壤，确保孔壁和孔底的平整度和稳定性。对孔底进行整平处理，确保基桩的垂直度和水平度符合质量标准要求。

（4）土方开挖

主要采取人工开挖的方式，辅以风镐风钻，遵循先中间后周边的原则。在开挖前，应对孔口土石方进行开挖并采取相应的防护措施，根据设计的锁口尺寸，在原地面下挖10 cm，为后续的护壁和锁口的钢筋制作、模板安装做准备。为确保锁口位置的准确性和高程的精确性，在锁口模板的支护过程中应使用全站仪进行位置及高程的校核。当模板安装完成后，应进行锁口混凝土的浇筑工作，确保锁口的稳固性和密封性[3]。

锁口浇筑完毕后，将桩芯十字轴线及标高精确投测到锁口护壁的混凝土上，这是桩孔施工过程中桩芯、垂直度、深度控制的重要依据。井口四周挖好排水沟，能够有效收集和排除雨水、地下水等水源。设置地表截、排水及防渗设施，进一步增强施工现场的排水能力。

3.3 排水措施

（1）一般性排水

在平整场地上应设置不小于1%的排水横坡，在地表桩基位置四周挖截水沟，并将从孔内排出孔外的水妥善引流到原有水系中。当孔内渗水量大时，用水泵排走。

（2）挖孔遇到潜水层承压水的处理

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在挖孔过程中，当遇到潜水层承压水且涌水量较大（90 m3/h以内）时，为防止水流对桩基施工的影响，常用的处理方法是水泥砂浆压灌卵石环圈。

3.4 检查处理及成孔检验

当挖孔达到设计标高后，应进行基桩平面位置、倾斜度检查，各项误差均需满足设计和规范要求。孔底必须做到平整，无松渣、污泥及沉淀等软层。

桩基成孔后应采用锤球检测桩孔直径、倾斜度及孔壁平整度，如：直径≥设计值，孔的倾斜度≤0.5%，孔壁顺适，符合成孔要求。

3.5 桩基钢筋加工及安装

（1）钢筋笼制作方法

钢筋笼制作主筋采用机械连接，相邻主筋端部的错开距离是一个需要特别关注的参数。根据规范要求，相邻主筋端部的错开距离应不小于35倍的钢筋直径（35 d），同时也不应小于50 cm，保证同一截面内的接头数目不多于主筋总根数的50%，再把加强筋按1道/2 m放置在主筋上。对于螺旋筋，应采取点焊与主筋牢固结合，而在每节钢筋笼接头处50 cm长度范围内的螺纹筋可暂不焊接，在进行钢筋笼安装时，应在焊接好主筋后再进行焊接。

（2）钢筋笼连接

桩基主筋的连接采用机械连接，而加强筋与螺旋筋的连接则采用电弧焊接。机械连接接头采用滚扎直螺纹接头。滚轧直螺纹接头应使用管钳和力矩扳手进行施工，将两个钢筋丝头在套筒中间位置相互顶紧。

滚压直螺纹接头完成后，为便于识别和检查，应随手刷上红漆作为标识。此外，还需特别关注单边外露丝扣的长度，确保其不超过2P（P为螺距），以保证接头的整体稳定性和密封性。力矩扳手的精度为±5%。

焊接接头每焊完一层后都需要对焊缝进行仔细检查。焊缝应结合紧密，平面平顺、整齐，不得出现气孔、夹渣、咬边等缺陷。同时，焊缝应无裂缝，主筋不得出现深度烧伤现象。Ⅲ级钢筋的单面焊接要求如表3所示：

钢筋笼成形后，在钢筋笼外侧设置定位筋，确保钢筋笼与成孔的同心度和混凝土保护层厚度符合设计要求。

（3）钢筋笼安放

1）圆桩钢筋笼安装：钢筋笼经验收合格后，分节吊装，钢筋笼起吊采用两点吊方式，选用19.6 mm的钢丝绳作为起吊工具。19.6 mm钢丝绳破断拉力为23 950 kg，安全系数取5，钢丝绳的受力将远远低于其破断拉力。根据安全系数的计算，单股钢丝绳可承受的最大拉力为4 790 kg。而在双股受力的情况下，即两根钢丝绳共同承担吊装力时，其总受力可达9 580 kg，而该项目桩基钢筋笼的最大重量为3 540 kg，满足要求。

在主吊点的操作中，采用25 t的汽车吊水平起吊钢筋笼。为确保起吊过程中的稳定性，使用吊车的大钩在钢筋笼的顶端进行两点固定，而副吊点则利用副钩在钢筋笼的1/2至1/3中间部位进行两点吊装。当主吊点将钢筋笼吊至空中后，副吊点将进行空中翻转操作，笼中心对准桩位中心，扶正后缓慢匀速下入孔内，全程应严格控制其摆动幅度，以防止与孔壁发生碰撞。

吊筋下至孔口时，用两根[12槽钢支撑于孔口，槽钢两侧的垫放应高于护筒的枕木，枕木宽度为30 cm。松开主钩钢绳，用同样方法吊起下一节钢筋笼，当上下两节笼在同一铅垂线上时，转动上节钢筋笼，以使两节笼的主筋对正，机械连接主筋，然后缠绕上螺旋筋。在最后一节钢筋笼连接完成后，当地面高程高于设计的桩顶高程，吊放钢筋笼顶部至孔口时，需连接相同直径的钢筋笼接长（笼体采用4～8根主筋，按照2 m间距设置加劲箍），接长后的钢筋笼顶应低于护壁顶50 cm左右，在钢筋笼入孔并校正中心位置后，焊接限位钢筋，限位钢筋采用4根Φ25钢筋，与笼顶加劲箍进行焊接支撑在护壁上，可有效防止其上浮和偏位。钢筋笼吊装施工工艺流程如图1所示：

图1 钢筋笼吊装施工工艺流程图

2）方桩钢筋笼因其钢筋密实自重较大，很难采用机械整体吊装工艺，方桩钢筋笼采用孔口制作。首先在桩基四周安装就位钢筋，逐一焊接箍筋，在箍筋焊接完毕后安装主筋，主筋采用吊车单根下放至孔内，然后按照设计规范进行安装。

3.6 桩身混凝土施工

桩基混凝土在拌和站集中拌和，使用混凝土运输车运输，采用混凝土泵车或吊车入孔，导管法灌注。当孔内无水、采用导管法浇筑时，按水下混凝土的浇筑方法，当浇筑到设计标高后对顶面2 m高度内混凝土插入振捣棒进行振实。振捣采用插入式50振动棒，其作用半径为40～50 cm，振动时为保证捣实均匀同时减少混凝土表面的气泡操作应快插慢拔，并不断上下移动振动棒。振动棒移动间距应在40 cm以内，与护壁保持5～10 cm的距离，对每一个振动部位，应持续进行振动操作，确保混凝土中的气泡被有效排除，直至该部位的混凝土达到密实状态，当孔内积水较多或渗水严重时，一般每分钟水位上升超过5 cm时，采用水下混凝土的施工工艺。

4 结语

人工挖孔灌注桩施工技术作为一种传统的深基础施工方法，具有灵活性强、适应性好等优点，特别适用于地质条件复杂或施工环境受限的情况。质量控制是人工挖孔灌注桩施工技术的关键环节。从施工前的准备、施工过程中的监控到施工后的检测与评估，每一个环节都应严格控制，以确保桩身的承载能力和整体稳定性。特别是在混凝土配比、钢筋笼制作与安装、混凝土灌注与振捣等方面，应采取科学有效的质量控制措施，避免质量问题的发生。人工挖孔灌注桩施工技术及质量控制研究是一个复杂而重要的课题，需要在实践中不断总结经验教训，完善技术标准和管理制度，以确保该技术能够在各种工程实践中发挥更大作用。

参考文献

[1]廖文锋.桥梁基础人工挖孔桩施工技术与质量控制[J].工程建设与设计，2019（18）：197-198.

[2]吴康宁.人工挖孔灌注桩施工技术及质量控制[J].安徽建筑，2023（8）：17-18+60.

[3]郭恒，欧阳博.四平市紫气大路立交桥人工挖孔桩施工中的特殊工艺和质量控制技术[J].黑龙江交通科技，2013（6）：91+93.