人工挖孔樁在民用建筑中的應(yīng)用研究

陳明達(dá)

福建省荔隆建設(shè)工程有限公司（350001）

0 引言

人工挖孔是工業(yè)民用建筑施工中一種非常重要的樁基礎(chǔ)施工方式。人工挖孔樁采用人力挖掘方式成孔，樁孔清理后即時安裝鋼筋籠，隨后在樁孔內(nèi)澆筑混凝土成樁。人工挖孔樁按照受力方式劃分為端承型樁和摩擦型樁。堅硬土層適合采用主要受力在樁端的端承型樁；軟硬結(jié)合的土層適合采用主要受力是樁身摩擦力的摩擦型樁[1]。人工挖孔樁具有以下特點:

1）不需要采用大型機械設(shè)備進行施工，依靠小型機械和人力即可完成，所以在操作面狹窄的場地也可施工。

2）由于樁孔可見性高且樁底、樁側(cè)殘渣清理度高，所以容易控制樁身質(zhì)量和承載力。

3）應(yīng)用技術(shù)簡單，施工速度快，且噪聲小，適合在人口密集市區(qū)施工。

4）人工挖孔樁安全問題突出，尤其是樁長較大和地下水位較低的樁位，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故，比如缺氧窒息、塌孔等。

1 工程概況

福州市某中學(xué)教學(xué)樓，共6層，地下1層，總建筑面積為5 300 m2，結(jié)構(gòu)型式是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于工程位于鬧市區(qū)，大型機械難以進入施工現(xiàn)場，同時也為了降低施工對附近居民生活、工作的影響，樁基采用人工挖孔樁。

2 施工工藝

2.1 圖紙熟悉和人員培訓(xùn)

圖紙是施工的依據(jù)和基礎(chǔ)，所以首先要熟悉圖紙設(shè)計的要求，如樁長、樁身大小、位置和其他技術(shù)要求等。同時，對施工人員的安全培訓(xùn)教育尤為重要，要求施工人員注意自身安全防護，在施工前一定要檢查安全設(shè)施且佩戴好防護裝備。

2.2 施工機具

1）鎬、錘、釬、鍬等挖掘工具和吊桶、小型機架等上下出土工具用于人工挖孔樁施工。鏈?zhǔn)诫妱雍J作為此項目的起重工具，其起吊額定重量為10 kN；根據(jù)設(shè)計樁長選擇合適的吊放深度，自動限位防墜裝置設(shè)置在鉸鏈處，其中承重吊鏈的破壞拉力≥60 kN。

2）由于福州地區(qū)雨水較多，地下水位較淺，所以采用抽水設(shè)備進行降水并在基坑內(nèi)設(shè)置集水坑。

3）由于樁孔達(dá)到一定深度后，孔內(nèi)光線較弱，采用低壓防水照明設(shè)備進行照明。

4）由于孔內(nèi)空氣容易缺氧，采用鼓風(fēng)機向孔內(nèi)送風(fēng)，以保證足夠的氧氣。其中鼓風(fēng)機參數(shù)為:功率為1.5 kW，送風(fēng)速度v≥25 L/s，配置d=10 cm的送風(fēng)管。

5）人工挖孔樁孔壁采用鋼模板護壁。

6）人員上下樁孔的垂直運輸工具為吊掛式軟爬梯。

7）由于孔內(nèi)渣土量小且工作面有限，孔內(nèi)渣土先用人工小推車運送至臨時堆土場，然后再用大型運土機械統(tǒng)一運至場外指定位置。

2.3 場地平整和樁基開挖

人工挖孔樁雖然施工操作相對簡單，但安全問題突出，尤其是在南方多雨天氣下，如臺風(fēng)天氣。所以要結(jié)合福州當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)場情況進行科學(xué)合理的設(shè)計、施工，根據(jù)圖紙設(shè)計確定樁基的準(zhǔn)確位置，對其周圍場地進行平整加固，防止坍孔。在樁孔周邊設(shè)置排水溝引導(dǎo)雨水，以免雨水倒灌孔內(nèi)；尤其是遇到臺風(fēng)、暴雨天氣時，注意及時排除地表水，同時搭好孔口雨棚，保護樁孔以免引起孔壁坍塌[2]。施工用具、施工材料和渣土等堆放應(yīng)距離孔口2 m之外；同時為確?？變?nèi)和地面人員安全，應(yīng)在孔口設(shè)置80～100 cm高的護欄。

2.4 井孔開挖

1）為保證樁孔的穩(wěn)固性，樁孔的開挖應(yīng)遵循先中間后周邊，先上部后下部的規(guī)則，逐層開挖。福州地區(qū)的地下水位較淺，開挖過程中遇到地下水應(yīng)及時設(shè)置集水坑，然后采用潛水泵抽出降水。隨著樁孔深度的加大，集水井也要隨之加深，同時注意安裝通風(fēng)、照明、通訊等設(shè)備，以保證安全。

2）根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)將樁孔挖至相應(yīng)標(biāo)高，然后將孔底的殘渣、浮土等清理干凈。保持孔底土層堅實平整，承載力及樁長需滿足設(shè)計及規(guī)范要求。當(dāng)樁孔清理干凈、驗收合格后，應(yīng)及時進行后續(xù)工作，如安置鋼筋籠和澆筑混凝土。

3）樁孔有時會出現(xiàn)流砂和流動性軟弱層等現(xiàn)象，此時應(yīng)采取以下措施:①采取隨挖隨護的措施，減小護壁的高度，每0.3～0.5 m進行支護。②可采用鋼制護筒施工。護筒可用1～2 m高、4 mm厚的鋼護筒，直徑相比混凝土護壁內(nèi)徑略小。將混凝土護壁作為支點，采用油壓千斤頂將鋼護筒慢慢壓入土中；壓入一段開挖一段，待穿越軟弱層或流砂后，再進行正常的挖孔施工。③也可采用水泥漿液、水玻璃雙液漿等將流砂或軟弱層加固，待流砂和軟弱層凝固達(dá)到一定強度后再進行正常的開挖和支護工作。④如果采用以上措施仍然不能避免坍孔和周圍地面下沉?xí)r，必須及時將樁孔用砂密實回填，同時將此現(xiàn)象迅速上報有關(guān)部門并請專家給出有效解決方案。

4）用風(fēng)鎬將樁孔內(nèi)的強風(fēng)化、局部中風(fēng)化軟石鑿除，如遇中、微風(fēng)化巖石可采用微差控制的爆破方法進行開挖。爆破后會產(chǎn)生大量的煙氣，此時應(yīng)采取通風(fēng)排煙措施，可采用高壓風(fēng)或者鼓風(fēng)機等設(shè)備進行排煙，煙氣處理后不能讓施工人員立即作業(yè)，應(yīng)下放小動物試探有無缺氧或有毒氣體，檢測合格后才能進行施工。

2.5 護壁施工

為了保證施工人員安全及防止樁孔坍塌，根據(jù)設(shè)計圖紙要求，樁孔采用混凝土護壁支護?；炷翉姸鹊燃墳镃20，配置φ6@300鋼筋；護壁每節(jié)高度和厚度分別可取0.6～0.8 m和100 mm，上口、下口寬度分別取150～200 mm和100 mm。為了提高模板利用率，護壁施工可采用“拆上節(jié)支下節(jié)、輪回周轉(zhuǎn)利用”的方式?；炷翝仓捎玫跬斑\輸、人工澆筑的方式，澆筑口預(yù)留在從第二節(jié)護壁模板起首的上方，高度為100 mm，混凝土澆筑后24 h可拆模。

澆筑護壁混凝土?xí)r，須反復(fù)振搗使混凝土密實，以免出現(xiàn)空鼓、蜂窩等質(zhì)量問題。當(dāng)?shù)叵滤惠^高、模板被浸沒時，不得澆筑混凝土。如果在澆筑混凝土后出現(xiàn)護壁漏水、漏漿等現(xiàn)象，須及時采取控制措施。處于同一水平面上的孔圈二正交直徑宜為d≤50 mm，十字控制點設(shè)置在第一節(jié)混凝土護壁上，每一節(jié)設(shè)橫桿吊大線墜作中心線，將樁徑偏差控制在-50～50 mm范圍內(nèi)。

2.6 鋼筋籠制作安裝

在平整光滑的場地上綁扎人工挖孔樁鋼筋籠。在樁孔完成后，用1臺50 t履帶吊和1臺20 t汽車吊起吊、安裝鋼筋籠。制作和安裝鋼筋籠時需遵循以下規(guī)定:

1）鋼筋籠外徑d1比設(shè)計樁孔D小140 mm左右（D-d1≈140 mm）。

2）須在鋼筋籠內(nèi)設(shè)置加強筋，以提高其穩(wěn)定性。

3）澆筑混凝土?xí)r需保證鋼筋籠主筋的保護層厚度不小于70 mm，容許偏差為±20 mm。

4）鋼筋籠可采用履帶吊和汽車吊同時吊裝。先將鋼筋籠吊離地面一定距離，然后履帶吊上升、汽車吊配合，防止鋼筋籠底端與地面接觸或碰撞，直至履帶吊垂直吊起全部鋼筋籠并就位；放置過程中嚴(yán)防鋼筋籠碰撞孔壁。澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)采取放置混凝土墊塊、固定箍筋等措施，固定鋼筋籠位置，保證混凝土保護層厚度。

5）如果鋼筋籠長度不滿足樁長需求，需要分段連接時，連接焊縫、接頭數(shù)量應(yīng)達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求。

2.7 樁身混凝土澆筑

樁身澆筑混凝土的強度等級為C25，由攪拌車運輸，運輸泵泵入模。灌注前，當(dāng)樁孔內(nèi)無地下水或地下水較少時，應(yīng)清除孔底的浮土和水，并采用串筒投料。混凝土應(yīng)垂直、分層、連續(xù)澆筑，不得中斷；每層厚度控制在1.5 m以內(nèi)。由于樁孔內(nèi)人工振搗困難，可在混凝土中加入一定量的減水劑，以改善混凝土的坍落度。在樁上部的鋼筋加密部分，仍然要振動和壓實[3]。施工中為保證樁端混凝土強度，在孔口一定高度以上的澆筑混凝土達(dá)到規(guī)定強度后，應(yīng)進行樁頭處理。當(dāng)樁孔滲水量過大時，應(yīng)根據(jù)挖孔樁水下混凝土灌注的有關(guān)規(guī)定，采用水下混凝土灌注的方法。由于南方氣溫較高，混凝土澆筑12 h后，采用覆蓋草袋、灑水等方式對其進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間 t≥14 d。

3 人工挖孔樁施工安全措施

由于樁孔狹小、土質(zhì)疏松且容易坍塌，人工挖孔樁施工時應(yīng)特別注重施工安全。

1）在開挖過程中容易發(fā)生意外事故，應(yīng)加強開挖人員與地上人員的配合，防止井下事故的發(fā)生。

2）孔內(nèi)容易缺氧和產(chǎn)生有毒氣體，尤其是采用爆破法施工后的樁孔，在人員進入前可先進行動物試驗，確認(rèn)孔內(nèi)安全后再進入施工。

3）為防止雜物掉落傷人，安全帽是孔內(nèi)操作人員必備的安全設(shè)備。每次上崗前、下班后都要仔細(xì)檢查梯子和吊籃的安全性、可靠性。另外要采用36 V以下的低壓防水照明燈具來保證孔內(nèi)照度。

4）第一塊鋼蓋板設(shè)置在樁孔處，工作結(jié)束后封嚴(yán)。應(yīng)在操作員頭部上方1.0 m處設(shè)置第二個鋼筋保護蓋板。在進行地下土石方吊運時，操作人員應(yīng)站在隱蔽處，防止因土石墜落而受傷。

5）堆放的雜物、材料和用具應(yīng)遠(yuǎn)離樁孔孔口，樁孔開口應(yīng)高于地面0.1 m。同時，應(yīng)及時清除孔口周圍散亂的土方。

6）鋼筋籠應(yīng)由有經(jīng)驗的人員吊裝，以確保附近建筑物和行人的安全。

7）樁孔間距太小容易相互影響，產(chǎn)生不安全因素，規(guī)定相鄰兩樁孔最小施工距離不得小于4.5 m[4]。

4 結(jié)語

人工挖孔樁的特殊優(yōu)勢使其在建筑工程中得到廣泛的推廣和應(yīng)用，相關(guān)施工技術(shù)也在不斷地完善。施工中需要對施工細(xì)節(jié)進行把控，落實安全措施，控制好關(guān)鍵點，以提高人工挖孔樁施工效率，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計要求和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。