人工挖孔樁安全施工技術(shù)

張佳偉 張小兵

（1 中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司；2 中交一航局第五工程有限公司）

1 工程概況

樁基共44 根，0#、5#橋臺(tái)樁徑為1.2m，0#橋臺(tái)16根，樁長(zhǎng)15m；5#橋臺(tái)12 根，樁長(zhǎng)16m；1#～4#墩樁徑為1.5m，共16 根，1#墩樁長(zhǎng)19m，2#墩樁長(zhǎng)18m，3、4#墩樁長(zhǎng)20m。

2 工藝背景

2.1 自然條件與周邊環(huán)境

⑴橋梁地處山谷，兩側(cè)為大挖方段，施工便道短期內(nèi)難以打通。

⑵廣西地區(qū)雨季長(zhǎng)，有效作業(yè)時(shí)間短，且該橋處于關(guān)鍵線路上。

⑶經(jīng)過實(shí)際調(diào)查，周圍基本沒有影響施工的環(huán)境因素。

2.2 管理規(guī)定與要求

2014 年11 月5 日，廣西壯族自治區(qū)住建廳發(fā)布了《關(guān)于嚴(yán)格限制使用人工挖孔灌注樁的通知》桂建管[2014]87 號(hào)，本工程不在文件規(guī)定的禁止人工挖孔樁的10 種情況范圍。

2.3 地質(zhì)情況

人工挖孔樁施工前，應(yīng)進(jìn)行工程地質(zhì)情況分析，為采取相應(yīng)的安全施工技術(shù)提供依據(jù)。

⑴地表為第四系層覆蓋，未見斷層發(fā)育痕跡。橋址區(qū)屬單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為150°∠29°。

⑵地表水發(fā)育，沖溝內(nèi)發(fā)育小河，水量受季節(jié)影響較大。地下水類型主要為基巖裂隙水。

⑶無溶洞、瓦斯、涌水等不良地質(zhì)。

2.4 專家論證

通過對(duì)自然條件、周邊環(huán)境和地質(zhì)情況的調(diào)查分析及相關(guān)管理規(guī)定的研究，結(jié)合專家論證結(jié)果，判定現(xiàn)場(chǎng)可以進(jìn)行人工挖孔樁施工。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況檢查，專家對(duì)事故發(fā)生的可能性、頻繁程度、后果進(jìn)行了打分并劃定了危險(xiǎn)等級(jí)，危險(xiǎn)等級(jí)極高的事故類型依次為：高處墜落、起重傷害、坍塌和物體打擊，施工過程將采取一系列安全施工技術(shù)避免危險(xiǎn)等級(jí)極高的安全事故發(fā)生。

4 安全施工技術(shù)

4.1 孔口防護(hù)與軟梯設(shè)置

4.1.1 孔口防護(hù)

孔口混凝土護(hù)壁高出地面30cm，四周設(shè)置0.8m 高的護(hù)欄，下雨時(shí)設(shè)置防護(hù)棚，且挖出的土石方應(yīng)及時(shí)運(yùn)離孔口，不得堆放在孔口周邊1m 范圍內(nèi)，當(dāng)天開挖完成后及時(shí)用帶鐵鎖的蓋子將孔口封閉。

4.1.2 軟梯設(shè)置

設(shè)置軟梯供作業(yè)人員上下，且施工作業(yè)人員必須佩戴安全帶，孔內(nèi)持續(xù)作業(yè)以2h 為宜，最長(zhǎng)不得超過4h，應(yīng)勤換孔內(nèi)作業(yè)人員，輪換作業(yè)。孔口配合孔內(nèi)作業(yè)人員要密切注視孔內(nèi)的情況，不得擅離崗位，防止高處墜落事故發(fā)生。

4.2 起重裝置設(shè)計(jì)

為防止發(fā)生起重傷害，起重作業(yè)前應(yīng)選擇合格的卷揚(yáng)提升架，提升架上必須設(shè)置自動(dòng)限位裝置和防脫鉤裝置。為保證起重出渣過程的安全，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)實(shí)際使用的卷揚(yáng)起重裝置參數(shù)，以及吊桶、石渣和設(shè)備構(gòu)件的重量，按1.65 安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，得到載重架上均勻布置10 個(gè)砂石袋（每個(gè)重70kg），即可滿足要求。

4.3 護(hù)壁配筋

根據(jù)圍巖穩(wěn)定及滲水情況，控制每次開挖深度，地質(zhì)情況良好時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)每次開挖深度為1m，每開挖一節(jié)立即施作一節(jié)護(hù)壁，混凝土采用與樁基同標(biāo)號(hào)的C30 混凝土，上部厚度為20cm，下部厚度為12cm，搭接8cm，過程中振搗密實(shí)，強(qiáng)度達(dá)到5MPa 即可拆模，若遇到土層滲水時(shí)，護(hù)壁混凝土中應(yīng)摻加一定量的速凝劑。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94－2008）[1]相關(guān)要求和圍巖穩(wěn)定情況，經(jīng)過配筋計(jì)算，選擇配筋方式為豎向鋼筋為Φ16（HRB400）鋼筋，環(huán)向間距為150mm，環(huán)向鋼筋為Φ12（HRB400），螺距為200mm，兩節(jié)護(hù)壁之間通過Φ16 主筋上節(jié)護(hù)壁深入下節(jié)護(hù)壁57.5cm 進(jìn)行連接。護(hù)壁配筋如圖1 所示。

圖1 護(hù)壁配筋圖

4.4 爆破技術(shù)控制

結(jié)合專業(yè)爆破公司出具專門的人工挖孔樁爆破施工方案，根據(jù)圍巖特性合理進(jìn)行爆破技術(shù)控制，主要有以下幾點(diǎn)：

⑴嚴(yán)格按照《爆破安全規(guī)程》（GB 6722－2014）[2]施工作業(yè)，采用單孔、單個(gè)控制爆破，做到多鉆孔、少放藥、放小炮。

⑵經(jīng)過爆破試驗(yàn)確定使用2 號(hào)乳化巖石炸藥，炮眼直徑為35mm，深度為1.2m。

⑶布置6 個(gè)周邊眼和4 個(gè)掏槽眼，其中掏槽眼距離樁基中心28cm（見圖2）；若巖層特性變化較大時(shí)，可調(diào)整炮眼間距和個(gè)數(shù)（如進(jìn)入中風(fēng)化巖層，則適當(dāng)增加掏槽眼個(gè)數(shù)，加密周邊眼）。

圖2 爆破參數(shù)設(shè)置圖

⑷爆破前用橡膠傳帶蓋住炮口，用5mm 鋼板蓋在上面，蓋板與孔口之間留有5cm 間隙，然后用4 張橡膠傳帶蓋在鋼板之上，再用沙包壓著鋼板，對(duì)炮口進(jìn)行全方位覆蓋，防止飛石。

⑸起爆后馬上恢復(fù)交通，并檢查是否有盲炮、拒爆現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即切斷電源，報(bào)告爆破技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行安全排除。

⑹爆破完成后通風(fēng)15min，并進(jìn)行毒氣檢測(cè)，確定無危險(xiǎn)后方可進(jìn)行出渣施工。

4.5 孔內(nèi)防護(hù)罩方案比選

4.5.1 常規(guī)防護(hù)方法

常規(guī)的孔內(nèi)防護(hù)罩是在護(hù)壁上設(shè)置木板或鋼板制作的半圓形水平防護(hù)罩，以遮蓋樁孔水平面一半，并通過兩側(cè)鋼絲繩使防護(hù)罩隨樁孔挖深逐步下移，使其保持在距作業(yè)面大約3m 處。但該方案存在如下不足之處：

⑴支撐面有限，一般在5cm～8cm；

⑵穩(wěn)定性不高，在墜物連續(xù)沖擊下，防護(hù)罩易發(fā)生水平移動(dòng)，導(dǎo)致作業(yè)人員受到打擊傷害；

⑶只遮擋樁孔面積的一半，存在墜物從另一側(cè)掉下、滾落，造成人員傷害；

⑷安裝不方便；

⑸無防飛塵、顆粒裝置。

4.5.2 改進(jìn)方案

結(jié)合專家建議，對(duì)原有防護(hù)罩方案進(jìn)行改進(jìn)。在開挖深度超過5m 時(shí)，工人下孔前先將防護(hù)罩放入井內(nèi)，作業(yè)人員打開活動(dòng)蓋板進(jìn)入孔底，隨手關(guān)上活動(dòng)蓋板。孔內(nèi)作業(yè)人員把土石裝滿吊桶后，給上部操作人員一個(gè)信號(hào)，并推開活動(dòng)蓋板，在工人移動(dòng)到固定蓋板下面后，吊桶再升起并蓋上活動(dòng)蓋板。在施工過程中，孔底作業(yè)人員一直處于防護(hù)罩下，即使有石塊等雜物掉落下來，也會(huì)被圓形防護(hù)蓋板抵擋，不會(huì)造成孔內(nèi)作業(yè)人員的身體傷害，防護(hù)罩主要包含以下7 部分（見圖3）。

圖3 防護(hù)罩設(shè)計(jì)圖

⑴圓形防護(hù)蓋板：采用10mm 木板，直徑比設(shè)計(jì)孔徑小40mm；細(xì)分為兩部分：固定蓋板和活動(dòng)蓋板，二者通過3 個(gè)合頁連接在一起，其中固定蓋板與鋼筋支撐架、橫向分布筋綁扎在一起。

⑵鋼筋支撐架：8 根HRB400Φ28、長(zhǎng)為2.2m 的鋼筋均勻地分布在圓形蓋板的下面，與固定蓋板綁扎，并通過橫向分布筋、環(huán)形鋼筋焊接連接成一個(gè)整體，整個(gè)系統(tǒng)比操作人員高0.5m。

⑶環(huán)向鋼筋：采用HRB400Φ18 鋼筋，環(huán)向間距為10cm，為方便挖土作業(yè)，距離孔底約1.5m 高的范圍不設(shè)橫向環(huán)筋。

⑷橫向分布筋：鋼筋支撐架上部，固定蓋板下部設(shè)4 道Φ28 鋼筋，以保證有足夠的保證支撐強(qiáng)度。

⑸防護(hù)密目網(wǎng)：在鋼筋支撐架上部側(cè)面設(shè)置高度500mm 防護(hù)密目網(wǎng)，并用彩條布包裹在鋼筋支撐架上，以達(dá)到防止細(xì)微沙塵進(jìn)入操作工人眼內(nèi)的目的。

⑹弓形拉手：設(shè)置在活動(dòng)蓋板下面，方便工人打開和關(guān)閉活動(dòng)蓋板。

4.5.3 應(yīng)用效果分析

與原有防護(hù)罩方案相比，改進(jìn)型防護(hù)罩克服了半圓形防護(hù)罩穩(wěn)定性不足、安全防護(hù)空間有限的缺點(diǎn)，在開挖、出渣等環(huán)節(jié)對(duì)工人進(jìn)行了有效的安全防護(hù)，同時(shí)通過設(shè)置防護(hù)密目網(wǎng)，有效地改善了孔內(nèi)的作業(yè)環(huán)境，使用過程中未出現(xiàn)任何安全事故。

不足之處是防護(hù)罩通過主筋直接座在孔底巖面上，在開挖過程中由于底部巖面凹凸不平，常出現(xiàn)防護(hù)罩傾斜的現(xiàn)象，后期通過在主筋下方焊接底托的方法得以改善。

5 取得的經(jīng)驗(yàn)成果

⑴確定采用人工挖孔樁工藝前，應(yīng)進(jìn)行自然條件和周圍環(huán)境調(diào)查，查閱所在地區(qū)有關(guān)人工挖孔樁的管理文件，進(jìn)行工程地質(zhì)分析和專家論證，確定采用該工藝的可行性，從源頭上保證施工作業(yè)安全。

⑵通過安全風(fēng)險(xiǎn)分析確定危險(xiǎn)等級(jí)極高的事故類型，便于采取有針對(duì)性的安全防護(hù)技術(shù)。

⑶做好孔口安全防護(hù)并設(shè)置軟梯供作業(yè)人員進(jìn)入孔底作業(yè)，避免高處墜落事故。

⑷選用有自動(dòng)限位和防脫鉤裝置的卷揚(yáng)起重機(jī)，并進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，防止出現(xiàn)起重事故。

⑸根據(jù)圍巖情況調(diào)整每次開挖進(jìn)尺量，開挖一節(jié)即進(jìn)行護(hù)壁防護(hù)一節(jié)，并根據(jù)圍巖完整性和滲水情況調(diào)整配筋。

⑹在充分聽取專業(yè)爆破公司建議的基礎(chǔ)上，合理進(jìn)行爆破技術(shù)控制。

⑺使用改進(jìn)型防護(hù)罩代替半圓形防護(hù)罩，充分保證作業(yè)人員在挖孔、出渣過程的安全。

6 結(jié)束語

人工挖孔施工過程中，在做好一系列常規(guī)安全防護(hù)措施的基礎(chǔ)上，通過認(rèn)真研究相關(guān)管理要求，進(jìn)行地質(zhì)分析、起重裝置穩(wěn)定性驗(yàn)算、防護(hù)罩比選與改進(jìn)及合理進(jìn)行爆破技術(shù)控制，極大地提高了樁基開挖施工的安全系數(shù)，在施工期間未發(fā)生安全事故。