人工挖孔桩在民用建筑中的应用研究

陈明达

福建省荔隆建设工程有限公司（350001）

0 引言

人工挖孔是工业民用建筑施工中一种非常重要的桩基础施工方式。人工挖孔桩采用人力挖掘方式成孔，桩孔清理后即时安装钢筋笼，随后在桩孔内浇筑混凝土成桩。人工挖孔桩按照受力方式划分为端承型桩和摩擦型桩。坚硬土层适合采用主要受力在桩端的端承型桩；软硬结合的土层适合采用主要受力是桩身摩擦力的摩擦型桩[1]。人工挖孔桩具有以下特点:

1）不需要采用大型机械设备进行施工，依靠小型机械和人力即可完成，所以在操作面狭窄的场地也可施工。

2）由于桩孔可见性高且桩底、桩侧残渣清理度高，所以容易控制桩身质量和承载力。

3）应用技术简单，施工速度快，且噪声小，适合在人口密集市区施工。

4）人工挖孔桩安全问题突出，尤其是桩长较大和地下水位较低的桩位，容易产生严重的安全事故，比如缺氧窒息、塌孔等。

1 工程概况

福州市某中学教学楼，共6层，地下1层，总建筑面积为5 300 m2，结构型式是钢筋混凝土结构。由于工程位于闹市区，大型机械难以进入施工现场，同时也为了降低施工对附近居民生活、工作的影响，桩基采用人工挖孔桩。

2 施工工艺

2.1 图纸熟悉和人员培训

图纸是施工的依据和基础，所以首先要熟悉图纸设计的要求，如桩长、桩身大小、位置和其他技术要求等。同时，对施工人员的安全培训教育尤为重要，要求施工人员注意自身安全防护，在施工前一定要检查安全设施且佩戴好防护装备。

2.2 施工机具

1）镐、锤、钎、锹等挖掘工具和吊桶、小型机架等上下出土工具用于人工挖孔桩施工。链式电动葫芦作为此项目的起重工具，其起吊额定重量为10 kN；根据设计桩长选择合适的吊放深度，自动限位防坠装置设置在铰链处，其中承重吊链的破坏拉力≥60 kN。

2）由于福州地区雨水较多，地下水位较浅，所以采用抽水设备进行降水并在基坑内设置集水坑。

3）由于桩孔达到一定深度后，孔内光线较弱，采用低压防水照明设备进行照明。

4）由于孔内空气容易缺氧，采用鼓风机向孔内送风，以保证足够的氧气。其中鼓风机参数为:功率为1.5 kW，送风速度v≥25 L/s，配置d=10 cm的送风管。

5）人工挖孔桩孔壁采用钢模板护壁。

6）人员上下桩孔的垂直运输工具为吊挂式软爬梯。

7）由于孔内渣土量小且工作面有限，孔内渣土先用人工小推车运送至临时堆土场，然后再用大型运土机械统一运至场外指定位置。

2.3 场地平整和桩基开挖

人工挖孔桩虽然施工操作相对简单，但安全问题突出，尤其是在南方多雨天气下，如台风天气。所以要结合福州当地的现场情况进行科学合理的设计、施工，根据图纸设计确定桩基的准确位置，对其周围场地进行平整加固，防止坍孔。在桩孔周边设置排水沟引导雨水，以免雨水倒灌孔内；尤其是遇到台风、暴雨天气时，注意及时排除地表水，同时搭好孔口雨棚，保护桩孔以免引起孔壁坍塌[2]。施工用具、施工材料和渣土等堆放应距离孔口2 m之外；同时为确保孔内和地面人员安全，应在孔口设置80～100 cm高的护栏。

2.4 井孔开挖

1）为保证桩孔的稳固性，桩孔的开挖应遵循先中间后周边，先上部后下部的规则，逐层开挖。福州地区的地下水位较浅，开挖过程中遇到地下水应及时设置集水坑，然后采用潜水泵抽出降水。随着桩孔深度的加大，集水井也要随之加深，同时注意安装通风、照明、通讯等设备，以保证安全。

2）根据设计标准将桩孔挖至相应标高，然后将孔底的残渣、浮土等清理干净。保持孔底土层坚实平整，承载力及桩长需满足设计及规范要求。当桩孔清理干净、验收合格后，应及时进行后续工作，如安置钢筋笼和浇筑混凝土。

3）桩孔有时会出现流砂和流动性软弱层等现象，此时应采取以下措施:①采取随挖随护的措施，减小护壁的高度，每0.3～0.5 m进行支护。②可采用钢制护筒施工。护筒可用1～2 m高、4 mm厚的钢护筒，直径相比混凝土护壁内径略小。将混凝土护壁作为支点，采用油压千斤顶将钢护筒慢慢压入土中；压入一段开挖一段，待穿越软弱层或流砂后，再进行正常的挖孔施工。③也可采用水泥浆液、水玻璃双液浆等将流砂或软弱层加固，待流砂和软弱层凝固达到一定强度后再进行正常的开挖和支护工作。④如果采用以上措施仍然不能避免坍孔和周围地面下沉时，必须及时将桩孔用砂密实回填，同时将此现象迅速上报有关部门并请专家给出有效解决方案。

4）用风镐将桩孔内的强风化、局部中风化软石凿除，如遇中、微风化岩石可采用微差控制的爆破方法进行开挖。爆破后会产生大量的烟气，此时应采取通风排烟措施，可采用高压风或者鼓风机等设备进行排烟，烟气处理后不能让施工人员立即作业，应下放小动物试探有无缺氧或有毒气体，检测合格后才能进行施工。

2.5 护壁施工

为了保证施工人员安全及防止桩孔坍塌，根据设计图纸要求，桩孔采用混凝土护壁支护。混凝土强度等级为C20，配置φ6@300钢筋；护壁每节高度和厚度分别可取0.6～0.8 m和100 mm，上口、下口宽度分别取150～200 mm和100 mm。为了提高模板利用率，护壁施工可采用“拆上节支下节、轮回周转利用”的方式。混凝土浇筑采用吊桶运输、人工浇筑的方式，浇筑口预留在从第二节护壁模板起首的上方，高度为100 mm，混凝土浇筑后24 h可拆模。

浇筑护壁混凝土时，须反复振捣使混凝土密实，以免出现空鼓、蜂窝等质量问题。当地下水位较高、模板被浸没时，不得浇筑混凝土。如果在浇筑混凝土后出现护壁漏水、漏浆等现象，须及时采取控制措施。处于同一水平面上的孔圈二正交直径宜为d≤50 mm，十字控制点设置在第一节混凝土护壁上，每一节设横杆吊大线坠作中心线，将桩径偏差控制在-50～50 mm范围内。

2.6 钢筋笼制作安装

在平整光滑的场地上绑扎人工挖孔桩钢筋笼。在桩孔完成后，用1台50 t履带吊和1台20 t汽车吊起吊、安装钢筋笼。制作和安装钢筋笼时需遵循以下规定:

1）钢筋笼外径d1比设计桩孔D小140 mm左右（D-d1≈140 mm）。

2）须在钢筋笼内设置加强筋，以提高其稳定性。

3）浇筑混凝土时需保证钢筋笼主筋的保护层厚度不小于70 mm，容许偏差为±20 mm。

4）钢筋笼可采用履带吊和汽车吊同时吊装。先将钢筋笼吊离地面一定距离，然后履带吊上升、汽车吊配合，防止钢筋笼底端与地面接触或碰撞，直至履带吊垂直吊起全部钢筋笼并就位；放置过程中严防钢筋笼碰撞孔壁。浇筑混凝土时，应采取放置混凝土垫块、固定箍筋等措施，固定钢筋笼位置，保证混凝土保护层厚度。

5）如果钢筋笼长度不满足桩长需求，需要分段连接时，连接焊缝、接头数量应达到技术规范要求。

2.7 桩身混凝土浇筑

桩身浇筑混凝土的强度等级为C25，由搅拌车运输，运输泵泵入模。灌注前，当桩孔内无地下水或地下水较少时，应清除孔底的浮土和水，并采用串筒投料。混凝土应垂直、分层、连续浇筑，不得中断；每层厚度控制在1.5 m以内。由于桩孔内人工振捣困难，可在混凝土中加入一定量的减水剂，以改善混凝土的坍落度。在桩上部的钢筋加密部分，仍然要振动和压实[3]。施工中为保证桩端混凝土强度，在孔口一定高度以上的浇筑混凝土达到规定强度后，应进行桩头处理。当桩孔渗水量过大时，应根据挖孔桩水下混凝土灌注的有关规定，采用水下混凝土灌注的方法。由于南方气温较高，混凝土浇筑12 h后，采用覆盖草袋、洒水等方式对其进行养护，养护时间 t≥14 d。

3 人工挖孔桩施工安全措施

由于桩孔狭小、土质疏松且容易坍塌，人工挖孔桩施工时应特别注重施工安全。

1）在开挖过程中容易发生意外事故，应加强开挖人员与地上人员的配合，防止井下事故的发生。

2）孔内容易缺氧和产生有毒气体，尤其是采用爆破法施工后的桩孔，在人员进入前可先进行动物试验，确认孔内安全后再进入施工。

3）为防止杂物掉落伤人，安全帽是孔内操作人员必备的安全设备。每次上岗前、下班后都要仔细检查梯子和吊篮的安全性、可靠性。另外要采用36 V以下的低压防水照明灯具来保证孔内照度。

4）第一块钢盖板设置在桩孔处，工作结束后封严。应在操作员头部上方1.0 m处设置第二个钢筋保护盖板。在进行地下土石方吊运时，操作人员应站在隐蔽处，防止因土石坠落而受伤。

5）堆放的杂物、材料和用具应远离桩孔孔口，桩孔开口应高于地面0.1 m。同时，应及时清除孔口周围散乱的土方。

6）钢筋笼应由有经验的人员吊装，以确保附近建筑物和行人的安全。

7）桩孔间距太小容易相互影响，产生不安全因素，规定相邻两桩孔最小施工距离不得小于4.5 m[4]。

4 结语

人工挖孔桩的特殊优势使其在建筑工程中得到广泛的推广和应用，相关施工技术也在不断地完善。施工中需要对施工细节进行把控，落实安全措施，控制好关键点，以提高人工挖孔桩施工效率，确保施工质量符合设计要求和相关技术标准。