浅析高层住宅的人工挖孔桩质量与安全控制应用

摘要：本文结合某高层住宅楼人工挖孔桩工程实例，在复杂施工条件下进行人工挖孔桩的施工技术应用，并就施工中采用的处理措施所取得工程效果总结分析。

关键词：人工挖孔桩；施工管理；质量；安全；控制

0 前言

人工挖孔桩在建筑领域上属传统施工工艺，其优点较钻孔或冲孔灌注桩经济、直观，较能保证质量，加上施工机具操作简单，占用施工场地小，无需泥浆处理，对周边建筑物影响小，工期短，造价较低等。但由于该类型桩基的挖孔时井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大, 危险性较大，施工安全和工程质量显得尤为重要。因此,在进行人工挖孔桩施工过程中,更要注意施工技术的控制,确保施工的质量,确保施工安全。

1、工程概况

某高层住宅楼工程地处老城区中心，是一座集商业、住宅、停车场为一体的现代化住宅楼。

本工程由两栋塔楼组成，底部三层裙楼，四层及以上为住宅，用防震缝分为两塔，左塔共二十四层，右塔共二十二层。首层主要用作商铺，二三层用作停车库。地下室共一层，主要用作车库、设备用房、水池等，地下室面为-4.8m，地下室底板厚400mm。总建筑面积33824m2，建筑物总高度为78m，总用地面积为5050m2，其中地下室1层共2744m2，裙楼部分3层，建筑面积7788m2,塔楼部分22/24层，面积为23292m2，塔楼单层面积约1160m2。

主体结构采用框支―剪力墙结构体系，中心筒剪力墙沿全高设置，四层及四层以下采用矩形框架柱，以上采用短肢剪力墙，大部分剪力墙与框架柱一一对应，局部采用转换主次梁进行二次转换。

基础形式为钻冲桩，直径为0.8m、1.2m、1.4m、1.6m，有效桩长为15~20m，入中风化泥质粉砂岩层为1.5m、3.5m、4.5m、6.5m。

2、施工特点

2.1水文地质条件

根据广东省惠州市建筑设计院有限公司提供的《工程地质勘察报告》，地质特征自上而下描述如下：

1）素填土层（），厚度3.90~7.40m，稍湿，具高压缩性，fk = 120Kpa。

2）软塑状粉质粘土或淤泥质土层（-1），厚度1.20~4.50m，稍湿，具高压缩性，fk = 100Kpa。

3）粉质粘土层（-2），厚度1.00~5.30m，多呈硬塑状，具中压缩性，fk = 220Kpa。

4）残积粉质粘土层（），厚度0.80~1.80m，多呈硬塑－坚硬状，具中压缩性，fk = 250Kpa。

5）全风化泥质粉砂岩层（），厚度0.90~1.20m，局部分布，fk = 450Kpa。

6）强风化泥质粉砂岩（），紫灰色，厚度0.60~3.00m，fk = 800Kpa。

7）中风化泥质粉砂岩（），厚度3.00~4.90m，全场地分布，岩质较坚硬，fk = 1500Kpa。

2.2设计变更

本工程基础原设计为钻冲桩，但结合现场情况和勘察报告，经与建设单位和设计院沟通后，由设计院变更改为人工挖孔桩，具体理由如下：

①由于地处桥东老城区，周边房屋多属80年代的砖混结构，破旧杂乱，密度较大，使用钻冲桩震动较大，对周边房屋不利；

②钻冲桩属于摩擦桩，长度18m，施工工期长；人工挖孔桩属端承桩，长度为6.5~10m，施工工期短；

③人工挖孔桩不产生泥浆排放，不需经环保处理，节约造价；

④持力层较浅，中风化泥质粉砂岩从地表下去为6~14m；人工开挖孔桩入岩深度为2m，钻冲桩入岩深度平均为1.5~6.5m；

⑤钻冲桩的施工场地要求较高，需从原地面钻入，其空孔长度较大，而人工挖孔桩可先做基坑支护，待地下室开挖后才开始挖桩，实际开挖深度约8m左右；

⑥根据勘察报告显示：场地浅层为回填土，地表水分布较为丰富，为主要含水层对基础施工影响较大；而地下室底板底为-5.2m，处于中部-2粉质粘土层位置，属粘性隔水层，地表水无法穿透；深部基岩以发育闭合裂隙为主，水量贫乏。换句话说只要做好地下室底板以上的基坑排水和帷幕止水，切断大气降水补给和场外侧向补给，在地下室底板处进行人工挖孔桩施工的成功机会很大。

⑥钻冲桩需水下浇筑混凝土需提高一个混凝土等级，标号为C35，而人工挖孔桩混凝土标号为C30，节约造价。

经甲方和设计方决定变更为人工挖孔桩，共有桩径为1.2m、1.4m、1.6m的人工挖孔桩97根，每边扩底至0.5m，入中风化岩2m，有效桩长6.5~10m。

2.3试桩：

由于基础变更属重大变更，而且周边条件比较复杂，同时根据广东省建设厅于2003年5月7号的粤建管字[2003]49号文：人工挖孔桩限制使用的通知要求，建设单位会同监理单位、勘察单位向建设局提交人工挖孔桩书面申请和可行性报告等相关资料，施工单位向安全监督机构申报挖孔桩专项方案和应急处理措施，监理单位编写专项监理方案和严格执行旁站监理，施工安全监督机构严格执行专项监督计划加强监督。

由于在本工程南面有局部3m厚的淤泥质土，持力层深度为12m，距离附近房屋约3m，属最不利部位，需重点控制。经与建设单位和设计单位研究决定，在该部位的88#、89#、90#桩采用试挖，目的有三个，一是检验基坑外水泥搅拌桩止水帷幕的止水效果；二是检验勘察报告的准确性；三是检验挖孔桩施工队的专业处理能力。开挖后结果是地下水量不大，无淤泥流沙，孔深12~13m就到了持力层，有效桩长9~10.5m，与勘察报个报告相吻合，超前钻实验无夹层，扩大头尺寸和持力层岩土判断均满足设计要求，最后经各方汇总意见决定，全面开工。

3、控制方法

3.1施工准备

土方量约1800m3，石方量约600m3，混凝土2600m3，人工投入约60人，以两人为一组，计划每3个孔共用一套挖孔桩设备，一个孔进行挖孔作业时，另2孔处于护壁砼养护期，计划30天内全部完成人工挖孔桩作业。投入的机械设备较多，共投入75kw空压机4台，手摇葫芦20余台，电动葫芦10余台。深层坚土采用风炮机具凿据挖，浅层类土采用人工锄、短锹、镐等,另配备井内鼓风机4～7台及输风管井下安全照明12V低压电源、潜水泵等。

根据地质资料的显示，该工程的人工桩孔深大都在8～13m，施工方案的选择主要考虑到提升设备的选择，根据强度要求，本工程采用人力手摇绞车，既能满足施工要求又较经济。对于个别超过12m的挖孔桩则采用电动葫芦提升挖土，从而可以有效地保证施工工期。

3.2对桩底基岩的处理

（1）当岩石有裂隙，但裂隙较浅且向下有封闭趋势或裂隙虽然较深但向下基本为垂直方向时，将裂隙剔成V字型，深900mm，再清除裂隙中软弱部位，并在裂隙上口加构造钢筋网片；当裂隙较深且向下有继续发展趋势时，继续向下开挖，直至裂隙封闭为止，裂隙用素混凝土封闭。

（2）当桩底岩石倾角较大时，将岩石凿成台阶状进行处理。

（3）基岩裂隙较为发育，每桩在桩底见岩后，须根据其桩底基岩情况结合钻探资料确定检验超前钻方案，以查明孔底桩端持力层无夹层，超前钻的数量为塔楼的全部桩数，报告提交建设主管部门验收备案。

（4）基坑周围有道路、管网、住宅等建筑物和构筑物，主管部门严禁该区域人工挖孔桩施工时进行爆破和强行降水。强行降水会使周边房屋的地基土体压缩性增大，导致不均匀沉降和开裂，若因抽水破坏了周边房屋地下水平衡状态，需立即跟设计方研究局部设补水点补水处理。

3.3基坑土方平衡

由于人工挖孔桩的土方量约有2400m3，数量比较大，所以在基坑开挖时需准确计算出多余土方量，解决土方平衡问题。在本工程中，基坑开挖的深度已经超过地下室底板底部约500mm，因为随着孔桩内的土不断挖出来，孔桩护壁需要被连续加高，否则周边无法堆土，这时如果多余的土方量较大，现场土方必须外运，而现场条件不允许挖掘机进场，人工转运则产生较大的施工费用，所以土方平衡工作显得尤其重要。

3.4施工注意事项

在成桩过程中，常会出现以下几种情况：

（1）人工挖孔桩的降排水

由于基坑作了止水帷幕和桩孔周围原已施工的一圈水泥搅拌桩桩起到了隔水作用，大部分桩在施工过程中，桩孔中水量较少，因此桩孔中水基本上可以排干，混凝土可以不采用水下浇注方法，对护壁间隙渗水，采用了下述方法进行处。

①对渗水量不大的点，先用稻草塞缝，再用水泥及速凝剂封堵。

②对用上述方法仍不能堵住的渗水点，采用导的方法，即在渗水点插入胶管，周围用稻草加水泥及速凝剂封堵，渗水通过胶管流入桶内，在桶中设泵抽出。

（2）孔底虚土多，保护成孔基岩和检查孔底虚土的工作相当重要

由于人工挖孔桩多在潮湿、渗水、抽水、下雨等条件下施工，即便挖到持力层处，也需要进行超前钻检测、取样鉴定等技术间歇。孔桩挖至设计标高或持力层后，立即通知甲方会同设计、勘查、监理、质检有个单位共同鉴定，认定符合设计要求后迅速扩大头，及时验收，是为了保障桩芯混凝土与中风化岩接触面的质量，在终孔验收合格后，立即用C30混凝土封底300mm，使桩底的中风化岩不被水泡软。如因条件限制需要延迟浇注桩芯混凝土时，应在第二次浇注混凝土前抽干积水，清理封底混凝土表面，然后再浇注。

（3）满足相关规范

桩中心位置的允许偏差为50mm。在施工过程中，应严格按图定位，并有复检制度。开始挖孔前，在施工图电子文档出查找出每根桩的坐标并算出两桩中心的距离，在现场处根据当地规划局提供的坐标采用全站仪定位，并在桩心处打入钢筋头和标注桩号；同时现场采用龙门桩拉线复核及两桩中心长度复核。

桩孔桩身直径允许偏差为（+100mm、-40mm），桩垂直度允许偏差为0.5%。挖孔过程中，使用相应直径定型钢模板，随时用线坠吊放中心线，发现偏差过大立即纠偏。要求每次支护壁模板都要吊线一次(以顶部中心的十字圆环为准)。扩底时，应从孔中心点吊线放扩底中心桩。应均匀环状开挖进尺，每次以向四周进尺100mm为宜，以防局部开挖过多造成塌壁。

（4）钢筋笼制作安装

成孔验收后，应立即丈量桩长，根据设计桩身有效长度进行钢筋下料，由于本工程桩不算很长，采用孔内绑扎钢筋笼，在安装钢筋笼时应注意主筋的长度、在承台的锚固长度、是否满扎、螺旋钢筋的加密长度、加劲箍的位置等，在护壁颈圈出采用四根Ф18钢筋进行控制钢筋笼的保护层厚度。

（5）桩芯混凝土浇注

本工程采用商品混凝土浇注，在浇注前先按验收好的孔桩进行分组，采用地泵接管，一天浇注量为20根桩左右，钢筋笼的绑扎与隐蔽验收工作流水跟进，保证商品混凝土连续供应，做到不浪费和不停工待料。浇筑混凝土须使用导管和串筒，出料口离混凝土面距离不大于2m，混凝土塌落度为80~100mm。第一次应灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实，特别是浇筑桩顶以下5m范围内混凝土时，应随浇随振捣，每次浇捣高度不得大于1.5m。当渗水量过大时，应采取有效措施，保证混凝土的浇筑质量。浇筑混凝土要连续进行，不得过夜。为保证桩身混凝土不产生离析，要严格控制35kw高频振动棒振捣时间和操作工艺。桩头的浮浆在混凝土初凝前清除，避免硬化后需要人工凿除。

3.5质量检测

人工挖孔桩开工前必须到建设行政主管部门备案，由具备相关资质单位制定检测方案，一般需要以下三项：

低应变检测：桩身质量全部为Ⅰ类桩，满足设计要求；

桩芯混凝土抽芯检测：抽查全部桩数的10%，均为合格，满足设计要求；

超前钻检测：检测塔楼全部桩数，两根桩出现强风化夹层，并均进行挖深穿透处理，保证扩大头下三倍桩径+一倍扩大头长度内无夹层。

4、安全控制

人工挖孔灌注桩应采取下列安全措施：

4.1 孔内设应急爬梯，供人员上下井；施工人员进入孔内必须戴安全帽、绝缘胶鞋,孔内有人时,孔上必须有人监督防护；使用的电葫芦、吊笼等应安全可靠并配有自动卡紧保险装置。

4.2 每日开工前必须配备有效通讯设备和检测井下的有毒有害气体，并应有足够的安全措施。桩孔开挖深度超过10m时，应配有专门的送风设备向井下输送洁净空气。

4.3 挖出的土石方应及时运离孔口，不得堆放在孔口四周1m范围内。井内人员必须乘专用吊笼上下，不得乘坐吊桶或脚踩护壁上下井孔。

4.4 施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须由持证电工操作；电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。严禁一闸多用。照明应采用安全矿灯或12V以下的安全灯。

4.5井孔周边必须设置安全防护围栏，高度不低于1.2m，围栏须采用钢筋牢固焊制，正在开挖的桩孔停止作业或已挖好的成孔，必须设置牢固的盖孔板，非工作人员禁止入内。

4.6禁止孔内边抽水边作业，对周围建筑物、构筑物、道路、管线定期做变形观测并做好记录，发现异常情况，必须立即停止作业，做好安全补救措施。

5、 结论

人工挖孔桩由于受地质条件限制，劳动强度大，危险性高，易对周边建筑物造成影响，广东省已于2003年开始限制使用该桩型，但由于其造价低，施工设备简单，成桩质量易保证等特点。在其他地区不少工程中仍被采用，但必须严格按设计要求进行施工，建设、勘查、设计、监理、施工等单位必须联合就挖孔桩施工对周边环境和产生一切未能预见风险承担责任，才能确保施工质量和安全。该工程由于采取了一些合理有效的处理措施,降低了工程造价，缩短了工期，也防止了周边相邻住宅的变形及抽水而造成的地面沉陷开裂等质量事故，其施工经验值得借鉴。