人工挖孔桩在黄土地区的应用

周洪光

摘要：本文介绍了黄土地区复杂地形条件下人工挖孔桩施工技术，提出了安全技术措施，并分析了在复杂地形条件下人工挖孔的优、缺点。

关键词：黄土地区、人工挖孔桩、施工、安全技术措施

1 概述

山西省霍永高速公路（西段）工程西上庄1#大桥位于隰县阳头升乡西上庄附近，左幅孔跨8×40+3×30m，全长418m；右幅孔跨8×40+2×30m，全长388m，共68根桩（其中0、7、10、11号墩台桩基桩长24～45m，桩径1.3～2.0m，采用人工挖孔；1～6、8、9号墩桩基桩长42～80 m，桩径1.8～2.2m，采用旋挖钻孔）。

桥址区地貌单元属黄土梁、峁与基岩冲沟地貌，地面起伏较大，沟谷呈“W”字型，沟壁陡峭，最大沟深达70多米。桥址区无地表水，局部开挖至50米左右发现少量地下水。桥址范围内土层垂直分布，由第四系全新统（Q4al+pl）冲洪积物（层厚0～4.0m）、上更新统（Q3eol）风积物（层厚0～9.1m）、中下更新统（Q2+1pl）洪积物（层厚0～60.8m）、新近系上新统（N2）粘土（层厚4～50.0m）组成。桥位区未发现不良地质现象，特殊性岩土为湿陷性黄土，湿陷性地层为Q3、Q2顶部，具有Ⅰ级（轻微）非自重湿陷性。

2 人工挖孔桩施工方法

2.1 砼护圈、护壁设计

为固定桩孔位置，防止地表水流入并保护孔口，在孔口处设置高出地面不小于30cm的砼护圈，护圈厚度为20~25cm，高度1m，采用C30砼。砼护壁每节高度不超过1m，其砼级别不应低于桩身砼的级别（本工程取C30），其厚度通过计算确定，应符合下式计算值：

t≥KPD/2fc

P=γHtg2(450-Φ/2)

式中t— 护壁厚度，cm；

P— 土对护壁的最大总压力，N/m2；

γ— 土的重度，KN/m3；

H— 挖孔桩护壁深度，m；

D— 挖孔桩外直径，m；

fc— 砼的轴心抗压强度设计值，Mpa；

Φ— 内摩擦角；

K— 安全系数，取1.65；

以45m挖孔桩为例，根据设计资料：γ=27.2KN/m3，H=45m，D=2.0m，fc=14.3 Mpa，Φ=25.40。经计算，P= 489.16KN/m2，t=6cm。

护壁按“梯套”施工法，下口厚度t取7～8cm，上口厚度t取14～15cm。为安全，可再加适量的φ6钢筋，间距20～30cm。

2.2 主要施工工艺流程

①施工准备→②测量放线→③开挖、护圈砼施工→④挖孔、护壁砼施工→重复④步骤至设计开挖深度→⑤桩孔验收→⑥钢筋笼安装→⑦导管法浇注砼→⑧成桩。

2.2.1 施工准备

（1）人员、设备、材料进场，并验收；由技术负责人组织安全技术交底。

（2）清除场地杂物和地表的松软土层，做好“四通一平”工作及孔口附近的排水设施。

2.2.2 测量放线

根据设计图纸坐标，利用全站仪放样桩位中心的准确位置，设置护桩，施测十字线，做好明确标识。

2.2.3 开挖、护圈砼施工

人力使用镐、铁锹进行开挖，然后用手推车装渣运至施工临时便道外侧堆放。护圈模板采用壁厚3mm的钢板制作，相同6扇拼装，螺栓连接。砼采用搅拌机现场搅拌，插入式振捣棒振捣。

2.2.4 挖孔、护壁砼施工

桩身开挖主要采用人工分段开挖，每开挖1m深度后，立即进行护壁钢筋的安装和砼浇筑，待护壁砼强度达到3～4h后，再进行下部开挖。

（1）挖孔：采用人工使用镐、铁锹进行开挖，然后装吊桶提出。遇到坚硬土层或者孤石后，采用人工配合风镐松动土层或分解孤石，然后装吊桶提出。

（2）钢筋绑扎：开挖断面测量合格后，立即进行钢筋绑扎施工，绑扎铅丝采用20#，梅花型绑扎。按照设计间距和规格进行绑扎安装，上下两节护壁间钢筋搭接绑扎长度不小于12cm。

（3）支立模板：护壁模板采用弧形工具式钢模，相同6扇拼装成截锥形，螺栓连接，上口直径与桩径相同，下口直径比上口直径小14～15cm，便于在上口进行砼的灌注。

（4）砼浇注：采用人工浇注，插入式振捣棒振捣。护壁砼标号不低于桩身砼强度级别，为加快施工进度, 混凝土中加入早强剂, 一般经3h~4h即可拆模。如此逐段挖孔、护壁, 直至桩底。

2.2.5 桩孔验收

挖孔达到设计深度，人工将孔底修理平整，并清除孔底松散的土碴、沉淀物等杂物；由施工单位自检合格后，报监理验收基底、桩径、孔深，合格后进入下道工序。

2.2.6 钢筋笼安装

钢筋笼在钢筋加工场分节制作，运至现场后，采用人工配合25T吊车吊入孔内，现场分节焊接接长，每完成一节请监理验收焊缝合格后进行下节焊接至设计长度。

2.2.7 导管法浇注砼

为保证砼密实度，采用导管法干孔浇注砼。采用吊车起吊安装导管，人工螺栓连接，直至导管底部距离孔底250～400mm。然后将导管固定在孔口位置，安装导管顶部的进料口。为了保证砼浇注时周边混凝土可以均匀上升，要求将导管安装在桩孔中心位置。

首批灌注砼的数量应能满足导管初次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部间隙的需要。在整个灌注时间内，保证导管埋深在2m～6m之间，经常测量孔内砼面的高程，及拆除导管。砼应连续浇筑，直至灌注的砼顶高程高出设计高程50cm后方可停止浇注。

3 安全技术措施保障

（1）挖孔作业前，孔口范围的地面进行平整、有专用弃渣便道、场地四周设临时排水沟。砼护圈须高出原地面30cm，并在护圈上方四围设置钢管围栏防护。

（2）挖孔人员必须配有安全帽、安全带、安全绳、工作手套和绝缘胶鞋，有害气体地层下应戴上防毒防尘面具。必要时头顶部位应设置护盖，取土吊桶升降时，挖孔人员应在护盖下面工作。井口作业人员应系好安全带。

（3）相邻两孔施工时，一孔进行浇筑混凝土时，另一孔的挖孔人员应停止作业，并撤出井孔。

（4）挖孔人员下孔作业前，采用鼓风机将孔内空气排出更换。人工挖孔深度超过10m时，采用机械通风，当采用风镐凿岩时，应加大送风量。

（5）挖孔人员应勤轮换，连续作业时间不宜超过2小时，以防止疲劳引发安全事故。

（6）孔内电缆、电线采用护套等有防磨损、防潮、防断等保护措施。孔内照明采用安全矿灯或24V以下的安全灯。

（7）施工现场的一切电源、电路的安装和拆除由持证电工操作。用电设备应严格接地或接零保护且安装漏电保护器，各桩孔用电应分闸，严禁一闸多用。

（8）提取土渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具，应经常检查，确保垂直运输设备的完好。供人员上下孔洞使用的垂直运输设备应安全可靠并配有防坠落装置，并配备备用软梯。

4 人工挖孔桩优、缺点

（1）人工挖孔桩施工工艺操作简单，机械设备均为工地常规工具，无需大型机械设备。施工占用场地小，适用于复杂地形条件。无振动、无污染，对周边环境影响小。

（2）可直接检查桩孔直径、垂直度和持力层土质情况，桩质量易保证。单桩承载力高，因为可以直观检查桩底情况，桩底部虚土可以清除干净，因此桩的沉降量小，承载力损失小。必要时可通过扩底大幅提高单桩的承载力。

（3）根据工期要求，可同时进行多根桩的平行施工，進度有保障。

（4）人工挖孔桩无需泥浆护壁，在无水或少水的黄土塬上，避免了远距离运水，节约水资源。

（5）同钻孔桩相比，可降低造价约25%以上。

（6）人工挖孔桩超过一定深度，挖孔人员劳动强度大，人身安全不易保证。

5 结语

综上所述，在干旱、无地下水或少量地下水的黄土地区，只要采用合理的安全技术措施，加强施工人员的安全意识，做好过程监控，人工挖孔桩也是一种切实可行的施工方法。