人工挖孔扩底灌注桩施工质量与安全监控

2021-03-31周志贞扬州市金泰建设监理有限公司江苏扬州225009

建设监理 2021年1期

周志贞（扬州市金泰建设监理有限公司，江苏扬州 225009）

0 引言

人工挖孔扩底灌注桩（以下简称“扩底桩”）是用人工挖土成孔，并在桩底扩大尺寸，形成桩底扩大头，然后浇筑混凝土而成桩的。扩底桩通过桩底扩大头增加了桩端的有效承压面积，从而提高了桩的承载能力和抗压刚度，进而显著提高了材料的利用效率。扩底桩在施工时可直接检查桩孔尺寸和判断持力层的地质状况，所以桩质量可靠。扩底桩的施工工艺相对简单，施工设备要求低，可组织多桩位同时平行施工，工期较短，因而能够节省设备费用，有效降低工程造价。扩底桩的经济效果十分显著，越来越广泛地被应用于高层建筑、桥梁等工程中。本文结合工程实例，简述扩底桩施工的质量与安全控制要点，供相关人士参考。

1 工程概况

江苏省扬州市昌建广场二、三期工程，主要包括商业、办公、酒店、住宅等，地上总建筑面积为 274 904 m2，地下总建筑面积为 133 813 m2，地下 2 层，地上最多 33 层，沿街商业不设地下室。该工程各栋楼均采用扩底桩基础，桩径均为 0.8 m，设计有效桩长 12 m～16 m 不等，实际有效桩长由进入持力层深度控制。桩端持力层均为 ⑥ 中风化岩层，设计要求桩端进入持力层深度有两种，分别为不小于0.5 m 和 0.8 m（不包括锅底部分）。扩底桩的扩底直径为1.6 m，扩底头部分的高度考虑竖向压力的刚性扩散角和施工安全操作的要求设为 0.8 m，其侧面的斜率为 1∶2。扩大端底面呈锅底形，高度为 0.2 m，扩大端侧面与锅底端部交接采用竖直线段过渡，其长度为 0.5 m，以确保混凝土浇筑质量和桩端承载力。桩身纵向通长沿桩周边均匀布置 12 根Φ14 mm 主筋。由于本工程处于抗震设防 7 度区，所以箍筋在桩顶 5 倍桩直径范围内间距须加密 1 倍设置，以提高桩的抗剪强度。箍筋沿桩身分段配置，上部 4 m 范围内螺旋箍筋为 Φ8@100 mm，其余为 Φ8@200 mm。为加强钢筋笼的刚度和整体性，沿钢筋笼通长设置 Φ14@2 000 mm 的加劲环箍。桩身混凝土强度等级为 C35，纵向主筋混凝土保护层厚度为 50 mm。

2 监理质量控制要点

2.1 施工准备阶段的质量控制

（1）召开勘察、设计交底和图纸会审专题会议。监理应在开工前书面提请业主主持召开勘察、设计交底和图纸会审专题会议。勘察、设计单位应出具书面交底文件，应就审查合格的勘察、设计文件作出详细的说明。勘察单位应说明地质条件可能造成的工程风险，对成桩可行性，施工时对环境的影响及桩基施工中应注意的问题提出意见。设计单位应说明桩基特点、设计参数、原材料质量要求、施工工艺和质量要求、终孔标准、桩基检测要求等；应明确为保障工程安全和周边环境安全而采取的技术措施和安全措施以及有关注意事项等；应对各方提出的勘察、设计文件中存在的问题和需要解答、解决的技术难题进行充分协商，拟定解决办法。

（2）组织查勘施工现场召开施工现场管线交底会。协助建设单位组织燃气、通信、自来水公司、市政管网等单位召开施工现场规划红线及毗邻区域范围管线交底会，对施工单位进行交底，以掌握地下管线的情况。对孔位处和临近孔位的地下管线，事先制定可靠的安全技术保护措施，必要时对地下管线进行搬迁后再施工。

（3）明确桩基检测要求。协助建设单位选定桩基检测单位，组织质监、建设、设计、施工、桩基检测单位商讨明确桩基检测要求，明确桩基工程检测按单位工程进行。采用静载加载方法进行竖向承载力检测，检测数量按不少于工程桩总桩数的 1%，且不得少于 3 根；当总桩数少于50 根时，不应少于 2 根。采用低应变法检测桩身完整性，检测数量不应少于总桩数的 50%，且不得少于 20 根，三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于 1 根。选用声波透射法按总桩数 10%（且不少于 10 根）比例进行桩身完整性检测。检测单位按上述要求编制了桩基检测方案，经设计单位签字确认后报质监站备案。

（4）明确桩基检验批的划分。桩基工程是地基与基础分部工程一个子分部工程。扩底桩的检验批按当日实际完成的挖桩数和混凝土浇筑桩数划分为一个检验批。

（5）制定混凝土试块制作计划。应在混凝土浇筑地点随机抽样制作混凝土试块以检验桩身混凝土强度。同一生产厂家的商品混凝土，每浇筑 50 m3，必须至少留置 1 组试块；当混凝土浇筑量不足 50 m3时，每连续浇筑 12 h 必须至少留置 1 组试块；对单柱单桩，每根桩应至少留置 1 组试块。

（6）审查桩基施工方案，组织专家论证审查。扩底桩开挖深度超过 16 m，属超危工程，桩基施工单位应编制《人工挖孔桩施工安全专项方案》，经桩基和总包单位技术负责人共同审核签字确认并加盖单位公章，报总监审查后，由总承包单位组织召开专家论证会进行方案论证。方案评审专家应从建设主管部门建立的专家库中选取，不少于 5 人。施工单位应按专家意见修改完善方案，并经专家组组长签字确认通过后才能实施。

（7）编制监理实施细则和旁站监理方案，组织召开监理工作交底会。监理应编制监理实施细则和旁站监理方案，组织召开监理工作交底会，说明监理工作程序、验收程序、施工记录及报验表格、资料归档要求，制定质量预控计划，设置质量控制要点，明确质量验收的标准和质量通病防治的措施。本工程停歇报验点设置为测量定位、终孔验收、钢筋笼隐蔽，要求施工方在停歇报验点到来前提前通知监理人员在约定时间内验收，未经验收合格，不得进入下道工序施工。

（8）试桩。本桩基工程设计等级为甲级，依据 JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》，施工前应进行试验桩检测并确定单桩极限承载力。设计单位应明确试桩的桩位，同时应结合试桩验证地质情况是否与地勘报告一致，检验成桩施工工艺能否满足设计要求。

2.2 施工过程的质量控制

2.2.1 测量、定位

监理应会同施工单位对业主提供的原始基准点的坐标、高程等测量控制点进行复核，对施工单位测放的工程定位轴线控制桩、基准标高控制点进行独立复核。监理对每栋楼的定位测量放线进行复核，无误后报请业主委托第三方测绘单位再进行复核，确保工程定位准确，符合总平面的设计要求。利用 CAD 软件事先计算出每根桩的坐标，制作成桩位坐标表，以便每根桩定位放线时进行对照、检查和复核。

2.2.2 挖孔

平整场地，用全站仪测放出桩位，报监理复核，无误后在地面上画出护壁外径，即可进行挖孔。土层采用铁锹挖掘，进入风化岩层后，采用风镐破碎挖除。每段内先挖中间，后挖周边；扩底部分先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。挖出的土及时用吊桶吊出。第一节护壁起着孔口防护、桩孔定位和导向作用，其施工精度非常关键。因此，第一节护壁挖土结束安装模板前，必须用桩心点校正孔壁尺寸，护壁中心线应和桩的轴线重合，监理应复核检查；挖土成孔时应控制孔的垂直度，确保其达到设计要求，以保证每段护壁的同心度；挖土时可向外多挖一点，确保混凝土护壁有足够的厚度，以保证其有充足的护壁能力。第一节混凝土护壁施工结束后，应把桩中心线、标高标记在护壁内侧，作为控制桩孔位置和垂直度以及确定桩的深度和桩顶标高的依据，经监理复核无误后再向下开挖。

2.2.3 原材料进场验收

用于桩身的钢筋应有标牌和出厂合格证，标明钢筋的生产厂家、种类、规格、数量等。监理应对其直径、重量偏差、外观质量等进行平行检验，并按规定频次见证取样送检，检测合格后方可使用。由于护壁混凝土单次浇筑方量非常少，且护壁混凝土对桩身质量没有影响，一般采用现场自拌方式。施工单位在施工护壁时往往偷工减料，但护壁施工（护壁厚度、混凝土强度、配筋等）涉及孔内作业人员的生命安全和后续成桩施工能否顺利进行，因而监理还须对护壁使用的钢筋、混凝土原材料及配合比等进行重点检查控制。

2.2.4 护壁施工

挖孔作业时，为防止孔壁渗水和坍塌，保证孔内作业人员的生命安全和成桩作业顺利进行，一般采用混凝土护壁对孔壁进行支护和防水。成孔作业采取分段挖土、分段护壁，以保证孔壁稳定性和操作安全。每段护壁的高度取决于孔壁土体直立自稳的能力，视土质情况通常以 0.5 m～1.0 m 为一施工段；分段现浇混凝土护壁厚度一般取受力最大处，即地下最深段护壁所承受的土压力及地下水的侧压力确定其厚度。混凝土护壁形式有外齿式和内齿式两种，本工程采用内齿式现浇钢筋混凝土护壁。

监理应检查每节护壁的直径、厚度，护壁厚度不得出现负偏差；应组织护壁钢筋隐蔽验收，护壁竖向钢筋应上下搭接≥250 mm，充分发挥钢筋的抗拉力作用，以防因周边地层发生沉降、造成负摩阻力而导致护壁整体下滑；应复核护壁的中心位置，控制其同心度和垂直度；每次浇筑护壁混凝土前，必须复核内模定位一次，以保证基桩的垂直度和有效直径；同一水平面上的护壁任意直径的极差应≤50 mm，应检查护壁混凝土是否浇筑密实，不得出现孔洞、蜂窝，以防发生渗漏水；应要求采取短钢筋插捣配合敲击模板的措施，使混凝土浇筑密实，防止振动棒振捣时扰动孔周边土层，甚至造成土层塌落，使护壁混凝土夹泥而影响质量安全；为防止上下护壁交接处漏水，应要求护壁的上端做成内高外低的企口形状，以保证上节护壁的下端插入下节护壁的上端≥50 mm；施工下节护壁时，应要求将上节护壁底上的泥土清理干净。

2.2.5 终孔验收

由于工程地质的不确定性，地勘报告中提供的土质情况会与实际桩孔位置的土质有一定出入，特别是各土层面的标高和土层厚度。为确保工程质量，桩的支撑端必须落在设计要求的持力层中。因此，在设计图纸中不先确定桩的长度，而是由地质勘察专业人员下孔检查，根据孔底土质情况确定桩长；若孔底岩层倾斜，还应凿成水平或台阶状。监理应会同地勘人员对孔底持力层岩性、入岩深度逐孔进行隐蔽验收，由勘察单位出具桩端持力层的岩性报告。监理应逐孔检查孔底形状、尺寸、沉渣厚度等情况；应要求将孔壁污泥和孔底虚土、残渣、泥浆、积水等清理干净，防止混凝土浇灌后导致桩端混凝土强度不足而降低桩的承载能力，进而造成桩基使用阶段产生过大的沉降量而引发质量事故。为了保证桩混凝土与中风化岩接触面的质量，终孔验收合格后，应立即用水泥浆封底，使孔底的风化岩不被水泡软。由于钢筋笼吊放过程中可能会刮擦孔壁，且桩底扩大端斜面部位有可能塌孔，所以会产生新的沉渣。为保证清孔质量，在浇灌混凝土前应再次检查孔底沉渣情况，要求实测沉渣厚度必须≤50 mm，以确保混凝土顺利浇筑。

2.2.6 钢筋笼制作和安放

钢筋笼应根据实际孔深进行加工制作。监理应对照图纸检查钢筋的材质、规格、数量，钢筋笼的长度、直径，主筋和箍筋的间距；检查混凝土保护层转轮垫块的设置及厚度等。加劲环箍应与主筋垂直布置，并与主筋焊牢以提高钢筋笼的刚度。吊点部位应采用短钢筋加强，防止起吊时发生钢筋笼脱落、变形；吊点要焊实、焊牢，保证在吊放下孔过程中不开焊。各节钢筋笼之间采用单面搭接焊进行钢筋连接，搭接长度应≥10 d（d 为钢筋笼直径）；接头应按规范见证取样检测合格，相邻接头互相错开 500 mm。

为便于钢筋笼下放，主筋下端 500 mm 长度范围内按1∶10 的斜度向内收口。桩孔验收合格后，立即进行桩身钢筋笼吊装就位，吊装下笼时要慢、稳，防止碰撞破坏孔壁，使钢筋笼变形或将泥土带入孔底。钢筋笼入孔后，应居中保持垂直，不得发生弯曲变形，并保证钢筋有足够的混凝土保护层厚度。

2.2.7 声测管安装

声测管是采用声波透射法测桩时径向换能器的通道，其埋设数量决定了检测剖面的个数，同时也决定了检测的精度。若声测管埋设数量多，则两两组合形成的检测剖面就越多，声波对桩身混凝土的有效检测范围就更大、更细致。声测管的埋设数量和布置方式取决于桩的直径，应沿桩截面外侧呈对称形状布置。本工程桩径为 0.8 m，沿直径方向对称布置 2 个声测管，采用壁厚 1.2 mm、直径 50 mm的钢管。声测管接头应有足够的强度和刚度，以保证声测管不会因受力而弯折、脱开。为防烧穿管壁，造成漏浆，声测管的连接应采用专用钢套管连接方式而不应采用焊接方式。连接完毕后套管外应缠绕 3 层胶带，以防接头部位在较高的静水压力下产生漏水、漏浆。接口内壁应保持平整畅通，不能有毛刺等凸出物，以免妨碍换能器的上下移动。钢筋笼吊放入孔时，必须对每节声测管注水以检验其密封性。向管中注水 5 min，若水面保持不降，则说明管路严密；若水面下降，则应要求更换已安装的声测管。声测管下放完成后应及时用堵头封住管口，以防泥浆或其他杂物落入，堵塞声测管，无法进行检测。声测管的管材、连接、埋设质量是保证现场桩基检测工作顺利进行的关键。因此，监理应对声测管的安放进行旁站监理，尤其要注意控制好声测管连接接头部位的质量。

2.2.8 混凝土灌注

终孔验收合格后应及时下笼并浇筑混凝土，以防扩孔部位发生塌孔情况。监理应要求浇筑混凝土前必须将孔内积水抽除干净，应检查混凝土配合比等质保资料。为保证混凝土的和易性、流动性，不产生离析，监理应逐车实测混凝土的坍落度，将其控制在 120 mm～180 mm 之间。此外，在混凝土浇筑时，监理还须进行全过程旁站。

由于桩孔较深，为防止混凝土冲击井壁和产生离析，必须通过导管将混凝土送至距桩底不超过 2 m 的位置后才可输送混凝土；在浇筑过程中，必须保持管口与混凝土液面高度不超过 2 m。采用插入式振动棒分层振捣浇筑，控制振动棒插入深度，每次振捣时间 8 s～10 s，不得漏振，也不能过振而造成骨料下沉，要保证混凝土振捣密实。混凝土浇筑应连续进行，中断时间不得超过混凝土的初凝时间，以防断桩。混凝土浇筑完成后应及时统计充盈系数，其值应＞1 且≤1.3。监理应见证施工单位取样员在浇筑地点制作混凝土标养试块。

为保证凿除桩顶浮浆层后，暴露的桩顶标高和混凝土强度能够达到设计要求，桩顶混凝土的灌注高度应超出桩顶标高 500 mm。混凝土浇灌至桩顶附近时，监理应反复测量桩顶混凝土标高，以防混凝土浇筑过低，须二次接桩施工；或者浇筑过高，造成截桩过多，浪费混凝土。由于桩身四周的岩土体具有较好的保温、保湿性能，桩身混凝土可采用自然养护方式进行养护。桩顶露空面可采用蓄水保温保湿方式养护，蓄水高度应≥500 mm，养护时间≥14 d。

需要进行静载试验的桩，在试验加载时，其桩头部位会承受较高的竖向荷载，因而要对桩头进行处理以防试验中因破坏桩头而终止试验。桩顶上每间隔 100 mm 设置 3层 Φ14@100 mm 双向钢筋网片，桩顶外围设置厚 3 mm、高 600 mm 的钢板套箍，以保证桩顶混凝土承受竖向荷载时在钢套箍的约束下处于三向受压状态，从而提高桩顶混凝土的抗压强度，改善其塑性性能，防止桩顶混凝土开裂。为方便在地面检测，将桩顶混凝土浇筑至地面，桩主筋和箍筋全部延伸至桩顶混凝土保护层之下，各主筋顶部保持在同一高度，桩顶混凝土表面应水平、平整。

2.3 桩基验收的质量控制要点

监理应及时组织业主、质监、勘察、设计、施工、桩基检测等单位开展桩基子分部工程的验收工作。验收合格应符合以下条件：原材料检测、测量放线、检验批和隐蔽工程验收等资料齐全；桩基检测合格并有完整报告；已复核桩顶标高、桩位偏差，超出规范允许偏差的，按要求处理后能够达到设计要求；凿除桩顶浮浆层后，桩顶钢筋保护层厚度、桩径、混凝土外观质量均符合设计要求；混凝土试块强度评定结果符合要求；已绘制桩基竣工平面图。

3 监理安全控制的要点

挖孔人员在地下作业时间较长，成孔劳动强度大，作业空间受限，活动余地小，工作环境恶劣，其施工安全性较差，作业人员伤亡事故时有发生。因此，监理在控制好施工质量的同时，尚应重点做好以下安全监理工作。

（1）编制《安全生产管理的监理工作实施细则》《人工挖孔桩施工监理实施细则》《施工现场临时用电监理实施细则》。

（2）组织召开内部交底会，具体内容包括：落实安全监控责任人，明确安全监控的重点、关键点；制定安全巡视检查制度，制作安全巡视检查记录表，明确检查的部位、内容、频率及对违规施工的应对措施等。

（3）督促施工单位完善安全生产管理体系，配备安全生产专职管理人员；要求制定扩底桩作业指导书，并进行详细的安全技术交底，交底记录应签字齐全并报监理；检查专职安全员和电工、焊工等特殊工种作业人员的岗位证书，必须人证相符，且证书均在有效期内；要求专职安全员必须在现场监护。

（4）挖孔作业前，组织施工单位研读地质报告，分析地质情况，对可能出现的塌孔、流砂、井涌（流泥）、淹井、护壁开裂以及有害气体等情况制定有针对性的安全措施。

（5）审查施工单位编制的安全专项施工方案并要求组织专家论证，监督施工单位必须严格按照专项施工方案施工。当需要对方案作重大调整时，应当重新组织专家对修改后的专项施工方案进行论证和报审，并安排专人负责每天巡视检查安全状况，做好记录；当发现施工单位不按专项方案进行施工时，视情况以书面形式提出整改或暂停施工的要求，施工单位拒不整改或停工的，应及时以书面形式向建设主管部门报告。

（6）检查孔口护壁，要求其在施工时必须高出地面300 mm，以防地表水土、杂物等滚入孔内伤人。挖孔工人必须佩戴安全帽，提土桶不能装太满，以防提土过程中土石掉落伤人。

（7）工人下孔前，应检查孔周是否有裂缝，已浇筑的混凝土护壁是否存在变形、开裂、爆模的现象，确认安全无误后，方可下孔开挖。作业人员上下孔要使用专用吊笼，以防人员坠落。每班作业组不得少于 2 人，孔下有人员作业时，孔口必须有人监护，不得擅自离开，以免发生意外。孔内应设置应急软爬梯。

（8）孔口四周应设置围栏，且不应堆放料具；挖出的土不得集中堆放在孔口周边 1 m 范围内，以减轻桩孔周边的压力；孔周 3 m 之内不允许有重车通过，以免影响孔壁稳定；对于已灌注完混凝土和正在挖孔未完成的桩口，必须设置井盖和围栏围挡，并设置安全警示标志。

（9）为缩短孔壁暴露时间，防止塌孔，每节护壁（特别是软弱土层）均应在当日连续施工完毕。每节桩孔挖完后立即支设护壁模板，浇筑护壁混凝土，一般情况下 24 h后方可拆除护壁模板，使护壁混凝土达到一定的强度，以体现其挡土功能。护壁严格按设计要求配置钢筋，上下护壁要有钢筋拉结，以防某段护壁出现流砂、淤泥，使得护壁因自重而发生沉裂。

（10）为防止孔内作业人员中毒和窒息，每次作业人员下孔前，监理必须对孔内空气进行仪器监测，根据监测结果和孔内作业人员的需要，随时向孔内通风换气，复工前还应向桩孔内由下而上吹风 10 min。孔内作业人员连续作业时间不得超过 2 h，以防因过度疲劳而引发安全事故。

（11）为防止发生触电事故，施工临时用电的安装和拆除必须由持证电工操作。用电设备必须严格接地、接零和使用漏电保护器，各桩孔用电必须分闸，严禁一闸多用。孔上电缆严禁拖地及埋压土中，孔内电缆、电线应耐磨损并采取防潮、防断等保护措施，孔内照明应使用安全灯，孔内操作工应戴好工作手套、穿好绝缘胶鞋。

（12）若桩净距＜2.5 m，为防止相邻桩间土壁过陡、无法直立而坍塌、在浇筑混凝土时发生窜孔，应采取间隔开挖和间隔浇筑的方式，如跳挖并保证最小的施工净距≥5.0 m。在浇筑桩身混凝土时，相邻 10 m 范围内不得挖孔作业，且孔底不得留人。

（13）检查钢筋笼吊装用汽车吊的检测合格证明和操作人员岗位证书，必须齐全有效、人证相符。旁站监理钢筋笼吊装过程，必须严格按照施工方案实施。

（14）组织建设单位、监理单位、施工（总承包、分包）单位成立安全检查小组，每周进行一次扩底桩施工专项安全检查，并组织召开安全生产会议，专题讨论解决安全生产问题。