1、1人工挖孔灌筑桩的施工技术及安全防护措施沈阳铁路工程建设集团责任有限公司 刘东跃一、 概述随着施工技术的不断发展，钢筋混凝土灌筑桩基础越来越广泛用于桥梁、水利及港口码头、工业厂房、体育馆、车站、办公大楼及商场、军事设施、电力及通讯建筑等土建工程的各个基础建筑领域。它具有施工方法简单、抗击冲刷和抗震、抗倾覆性能好、承载能力大、减少大量土石方、工程造价低等优点。特别适用于建造大型结构物的基础工程。钢筋混凝土灌筑桩有人工开挖法、冲击法、冲击反循环钻进法、冲抓钻进法、螺旋钻孔法、潜孔锤钻进法、钻粒钻进法、刮刀钻进法、牙轮滚刀钻进法、扩孔钻进法、扩底式钻进法、贝诺特法钻进法、土钻施工法钻进、沉管钻进法、
2、法朗基法、旋挖钻进法等十几种成孔施工方法。施工中根据不同的地质条件和施工能力选择所需的施工方法。人工挖孔灌筑桩直径一般在 50cm 以上、孔深一般在 30m 以内。它适用于地下水位较低、地下涌水量不大（涌水量一般在 10m3/h 以下）的各种地质条件。人工挖孔施工方法操作简单、施工使用的机具简单、不需大型机械设备，可以因地制宜因陋就简，桩径一次成孔、孔底干净无残渣无淤泥，桩底地质情况一目了然，完全能达到和满足设计标准。特别在坚硬岩石地层条件下，施工进度及开挖孔径要明显优于其它施工方法。在同样条件下，人工挖孔比机械钻孔至少节省成本开支 50%。人工挖孔施工方法，可省去征办较大容量的动力电源，省去
3、备用大容量发电机组。人工挖孔灌筑桩可（按设计）扩大孔底桩径，以增大桩基的支撑面积，提高桩基的承载能力和抗倾覆能力。同时还可缩短桩长，减少工程数量。人工挖孔灌筑2桩在很多情况下，不需采用水下混凝土灌筑施工方法，可以节省水泥用量降低成本、提高经济效益，钢筋笼安装位置准确、混凝土灌筑可以人工直接进行捣固，能确保桩基的工程质量。沈阳铁路局沈阳工程总公司道桥公司 1996 年在铁岭四平段高速公路建国北大桥工程施工中，在泥砂岩层的地质条件下，采用人工挖孔施工技术，成功的完成了直径 1.2m 最深26m 的钢筋混凝土灌筑桩；线桥公司 1996 年在沈山线高速公路地藏寺大桥施工中，在特别坚硬的风化变质岩和沉积
4、岩地质条件下，采用人工挖孔施工技术，成功地完成了直径 1.2m 最深 21m 的钢筋混凝土灌筑桩。这两个单位在这两个工程中，桩基部分都取得了很好的经济效益，同时比采用冲击钻成孔缩短了很多工期，使整个工程提前竣工。因此，在条件许可的情况下，应优先采用人工挖孔施工技术。二、 人工挖孔灌筑桩施工技术1、 挖孔作业施工人力组织及场地布置人工挖孔作业单孔进度比较慢，为加快工程进度，应多开工作面，同时开挖多个井孔，挖孔作业全面铺开，以达到提高总体施工进度的效应。在劳动组织上，一般每 3 人为一组。井上井下轮换作业。在有护壁区段，考虑护壁衬砌混凝土的强度增长时间，每个井孔每节段循环作业周期不少于 24 小时
5、，每个作业小组可同时开挖 23 个井孔，每组每天每个井孔正常进度为一节护壁高（最多 1.3m） ；在不需护壁的区段，每个井孔连续（倒班）作业，每个井孔可安排三或四班倒作业，每个井孔每天开挖进尺约23m，为减少孔壁裸露岩石脱落、风化，每个井孔应连续开挖完。为有利于集中降低挖孔区域（各个井孔都抽水）的地下水位及形成流3水作业面、便于架设电源线路、供风管路，根据工程规模，可分期分批集中井孔开挖。一般安排从工程的一端开始推进，齐头并进布置井孔开挖。2、 施工所需工器具人工挖孔使用的工具有锹、镐、大锤、软爬梯、辘轳（或卷扬机、电动葫芦） 、提筒、水泵、凿岩机、分气缸、空压机、鼓风机以及照明设备、备用发电
6、机组等。工器具数量根据工程规模、劳力组织而定。水泵要选择底部吸水的混水型潜水泵。3、施工准备工作（1） 、首先进行桩位定位复测，定出孔位十字线护桩，以备开挖井孔过程中，随时校核井孔中心位置。（2） 、制做手摇辘轳（可用 16 以上钢筋制做成简易辘轳） 、衬砌模板及支撑拱架。根据施工劳力组织，每个作业小组配一套。架设电力线路，铺设送风管路，安装抽水泵、空压机、搅拌机及照明灯，加工衬砌护壁钢筋。4、 人工挖孔施工方法（1） 、成孔方式人工开挖井孔分两类成孔方式。一类是采用衬砌护壁开挖法；另一类是不用衬砌护壁开挖法。对于地下土层易坍塌或比较松动的风化岩石层应采用衬砌护壁开挖法；对于坚固坚硬的土层或岩
7、石层可不采用衬砌护壁开挖法。（2）挖孔作业步骤第一步，先挖地表层第一节井孔，然后安装模板、拉筋，浇筑锁口圈及4井孔护壁。锁口圈和井口护壁拉筋连接一体，并插入坑底面土中至少300mm 深，待与浇筑第二节护壁衬砌内拉筋连接（见图 a） 。第二步，第一节衬砌混凝土强度达到 10Mpa 以上时，再在孔中往下挖5第二节井孔。每节的挖掘深度视孔壁土方的稳定性而定，侧壁土方坍塌至上一节衬砌根部的外侧时，就应该立即安装拉筋、脱下上一节的模板，安放准确，浇筑此节衬砌混凝土。挖孔过程中井孔中心位置始终保持最低，以利于水泵抽水。循环重复以上作业程序，直至设计桩深或不需要衬砌的地段。护壁衬砌高度应向不需护壁的稳定土层
8、延伸至少 12 节段，高度不小于 2m。到了不需衬砌地段，挖孔作业应严格按设计桩径开挖，严格控制超挖量，尽量少扰动井孔周围的原始土层和岩石层。（3） 、护壁衬砌结构护壁结构如示意图 a 所示。护壁的衬砌大多采用现浇混凝土。混凝土的标号一般为 C2030 号混凝土。为加快挖孔进度，促进衬砌混凝土提高早期强度，浇筑混凝土的可以掺加早强剂，或者使用速凝铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥。为衬砌混凝土浇筑方便及作业人员上下登踏方便，衬砌护壁大多做成倒锥筒形（见图 a） 。护壁衬砌每个节段上孔壁厚、下孔壁薄，孔壁平均厚度一般为 20cm、不得小于 15cm。根据地下土层坚固程度，随着开挖进尺的安全保障程度，决定护
9、壁衬砌浇筑高度，护壁衬砌应迅速浇筑，每浇筑一次为一节。地表层以下较近的土层松散易坍塌，孔壁土方坍塌量可能偏大，护壁高度可依实际地质水文条件缩短，以短进尺、速凝混凝土护壁突破流沙、透水层；以下土层密实坍塌量相对小些，护壁衬砌高度可适当加大，但每节高度最大不宜超过 1.3m；每节护壁衬砌上口内径可按钢筋笼外径 30mm 的净保护层施工。若监理单位和建设单位有意见，可在安装钢筋笼之前将衬砌台节突出尖端凿去，以保证设计的桩基孔径尺寸。为6防止井壁土层松动坍塌造成护壁破裂、脱落、坍塌，保证护壁坚固及井下作业人员的安全，护壁衬砌应配置竖向拉筋和环向箍筋。环向箍筋直径不应小于 6mm，间距不大于 200mm
10、；竖向拉筋直径不小于 8mm，间距不大于 300mm，上下接头设标准弯钩有效勾结，接头的布置要躲开每节衬砌的接缝处。对于表层是覆盖土层、下面是岩石层（或较坚固的土层）的地质条件，为使护壁坚固可靠、防止护壁井圈脱落，井口处护壁做成一个锁口大井圈，锁口井圈孔壁厚度不得小于 1.5m。为防止地表水流入井内、及物品滚落井内，锁口圈应高出地面不小于 30cm，并配置钢筋与井孔内护壁钢筋连成一个整体。（4） 、衬砌模板制做方法衬砌护壁简易模板如图 b 所示。护壁衬砌属于临时支护结构，不需要美观。衬砌护壁模板结构以制作简单、安装便捷为亦。衬砌模板由面板和支架（或称托架）两部分组成。面板一般使用木板条、竹板条
11、制作，也可采用钢板制做。支架采用粗钢筋或者小型型钢制作。为不防碍施工人员挖孔作业，支架中间做成空芯支撑拱架，模板一般做成二至四瓣，支架接头采用螺栓或者插销连接，以利于快速按拆。模板顶上安放一个活动木板盖，当灌筑衬砌混凝土时，用做承接混凝土，并从盖上推进模板盒内。（5） 、一般土层挖掘方法对于土、砂、碎石类地质层，可直接用镐刨、锹挖，对于坚硬的地下土层、风化的岩石层可采用凿岩机开挖，对于坚硬的岩石层应采用爆破法开挖。采用爆破法开挖时，严格控制爆破振动量，严防护壁振裂、脱落。7药量要适当控制，以崩疏、崩散为宜，并在坑底覆盖草垫子等物品，减轻放炮对衬砌及孔壁的破坏作用。由于井下爆破凌空面小，炮眼不宜
12、过深，每次爆破量不宜超过 1m 深，爆破先放掏心炮，由井孔中心向外梅花状布置炮眼。从井下挖土、掏渣，一般采用手摇辘轳提运。有条件的也可采用电动葫芦或卷扬机提运。人工提运使用的吊筒要选择不怕摔、不怕磕碰的坚固耐用的带线胶皮筒，其容积（装土）不超过 4050kg。（6） 、含水量较大土层的防坍处理方法在未经扰动破坏的原始岩石层内，地下水的涌水量一般是很小的，但是表面覆盖土层潜水含量很丰富。在这种条件下，若利用钻机成孔方法，在岩石层的钻进速度也是非常缓慢的。若采用人工挖孔施工技术，必须对地表覆盖层内的潜水进行控制。采用人工挖孔施工技术的地表丰富含水层厚度不宜超过 6m。对覆盖层丰富含水的处理方法有：
13、在挖孔范围可先设置沉井（可将整个墩台基础括在一起，沉井可采用浇筑钢筋混凝土或钢板焊制） ，沉井下沉并伸入岩石层，在接茬处封堵漏水，然后从岩石层开始人工开挖作业。在有条件的情况下，也可打降水井，抽干（或降低）挖孔局部地表覆盖层内的水份，或者在井孔内打井降水。当岩石层顶面是坡面时，降水井应设在低坡脚处。（7） 、细砂、粉砂土层挖掘方法地表层是细砂、粉砂覆盖土层时，挖孔时易发生流砂现象。孔壁边挖边塌，孔壁稳定不住跟着挖孔脱落。在此种情况下可用护壁当沉井支护，8直到沉落到覆盖土层颗粒较大、土质较密实、不易坍塌土层时止，往下按正常工序施工。沉井的护壁高度不易超过 6 米，分节预制，井口补做井圈。沉井孔径
14、适当放大一些，以考虑下沉过程中的偏移量。对松散易坍塌的土层，也可采用水泥旋喷桩、超前小导管注浆予先加固孔壁土层。水泥旋喷桩可以做到全覆盖加固，每个井孔设四六根水泥旋喷桩，以设计桩径为边长对称井孔外围多边形布设，将挖孔范围加固封闭。为减少水泥用量，以低压注浆，有效加固桩径控制在 0.51.0m，加固深度至稳定土层为止，待覆盖层土质稳固后就可以挖孔作业。采用超前小导管注浆加固土层方法与隧道加固方法一样，使用直径 4050mm、壁厚 3mm、长度 1.5m 3m 小钢管，周边 20cm30cm 间距布置，管上梅花状布设 58mm 漏浆孔眼，按一定外插角施打，一般采用先钻孔插入，插入后压注水泥浆，将要
15、围岩、孔壁注浆封闭后就可以开挖。（8） 、较厚的流沙、淤积粘土土层挖掘方法对于很厚的流沙、淤积粘性土层而言，人工挖孔作业会产生流沙、涌泥、涌水现象，会发生严重的护壁坍塌、孔壁破裂、地表下沉、地表坍塌现象，给挖孔作业带来巨大困难。在此种情况下，可采用钢护筒跟进或超前支护方案支护。钢护筒跟进是靠其自重下沉来阻挡流沙、涌泥，适用于流沙、涌泥不是特别严重的地质条件；钢护筒超前支护是利用外动力预先将其打入穿过流沙、涌泥土层，起到整体支护作用，适用于流沙、涌泥严重的地质条件，打入钢护筒的外动力可以采用振动锤、打桩锤、夯管锤等。钢护筒一次投入、留到桩基内，不拔出。（9） 、衬砌漏水的处理方法9当挖孔穿过地表
16、覆盖层时，覆盖层内的流水通路被衬砌护壁堵截，衬砌外地下水积高并逐渐形成对衬砌产生水压。当地下水积存到一定程度时，水从衬砌的薄弱处渗漏到井内。有时因漏水量大，而影响井下作业。此时对衬砌渗漏进行处理是必要的。其处理方法有：一是适当放慢或停止该井施工进度，把此井当做降水井，待相邻井孔挖完以后，将地下水引到邻居井内，帮助其降水。其二是查明漏水位置，漏水处衬砌混凝土疏松不密实时，要凿掉渗漏处的混凝土，在其下面安设导漏孔（或在其下面钻孔引水） ，用半干性混凝土重新浇筑。待混凝土强度达到 C10 级以上时，用木楔子堵住漏水孔；漏水处是明眼时，直接用木楔堵眼。5、 灌筑桩基混凝土井孔开挖达到设计深度之后，经验
17、收合格后，就可以安装钢筋笼。安装钢筋笼可采用吊车吊装或采用卷扬机配塔架吊装就位。桩基混凝土灌筑在井内无水或弱水流的条件下，可按常规混凝土灌筑方法施工，施工人员直接下去捣固，混凝土用串筒送料。当井下水量较大时，按水下混凝土灌筑工艺方法施工。三、施工安全防护措施1、挖孔作业深度超过 10m 时，井下氧气逐渐减少，作业人员呼吸困难，影响工作效率及人身安全。施工中要保证送风换气补充氧气。对于特殊的地质条件，还要防范瓦斯、二氧化硫等有害气体。施工中要做好防毒防爆工作，下井作业前投放动物检验、通风换气等预防措施，并配备防毒面具。施工单位要设立检查、抢救组织机构及安全抢救预案。2、采取爆破开挖法时，爆破之后
18、必须及时洒水消烟、送风换气，并10检查护壁的衬砌及井壁的坚固情况。确认安全后施工人员方可下井作业。对于哑炮、瞎炮要由专业人员排除。3、井下抽水泵必须安设漏电保安器，井下照明设备要采用防水灯头，以保证井下作业人员的人身安全。4、井下作业人员必须配戴安全帽，防止井上掉物伤人。井上作业人员必须小心谨慎，严防掉物。井口周围要及时清走杂物。5、已挖完的井孔和无人作业的井孔，都要加设盖板，防止人员坠入。挖孔作业都是倒班连续作业，作业场内要设置足够的照明设备，并围设防护栏杆，井口设有明显标志，保证作业人员的人身安全。6、井口周围高筑台，做好地面排水设施，挖孔作业区域内地表不能存有积水，防止地表水流入或渗漏井内，而引起井孔孔壁的坍塌。7、挖孔作业中，发觉上一节衬砌护壁外侧土方有较大坍塌时，应停止往下挖掘，并尽快地安装模板浇筑衬砌，及时回填护壁空洞。当发现护壁外侧土方有通天的帽顶坍塌现象时，井下挖掘要停止，并及时夯填坍塌的孔洞，必要时填筑片石混凝土，以保证护壁的坚固稳定。待护壁确实安全可靠之后，方可下井继续开挖。113、钢筋插扦护壁法结构示意图4、钢护筒超前支护结构示意图12
