人工挖孔灌注樁施工技術及質量控制研究

摘要 人工挖孔灌注樁作為一種重要的基礎工程施工方法，在橋梁、建筑等工程項目中發揮著關鍵作用。文章探討了人工挖孔灌注樁施工技術的核心要點和實踐應用，從施工前的準備工作、孔洞的挖掘技術、鋼筋籠的安裝與固定、注漿材料的選擇與使用，以及施工過程中的質量控制等多個方面進行了分析，以確保挖孔灌注樁施工的高效性、穩定性和安全性。

關鍵詞 人工挖孔；公路；混凝土灌注樁

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0092-03

0 引言

隨著基礎設施建設的不斷推進，挖孔灌注樁作為一種重要的基礎工程施工技術，在橋梁、高層建筑等領域的應用日益廣泛。然而，由于施工過程中的技術復雜性和質量控制難度，其施工質量問題逐漸成為業界關注的焦點[1]。該文提出了針對性的質量控制措施，以提高挖孔灌注樁的施工質量，保障整個工程項目的長期穩定和安全。

1 人工挖孔灌注樁特點

（1）施工方法簡單。與傳統的機械挖掘相比，人工挖孔成孔的方法更為簡單，不需要復雜的設備，可以靈活適應各種施工環境。

（2）高承載力。由于樁徑較粗，人工挖孔灌注樁可以承受較大的垂直荷載，適用于高層建筑或重載結構。

（3）無振動、無噪聲。無須使用大型機械設備，如振動錘或挖掘機，幾乎不產生振動，從而顯著降低對周圍環境和既有建筑的影響，減少施工期間對附近居民生活的干擾。

（4）施工質量可靠。可以實時了解土層的類型、厚度和分布，從而更加準確地判斷地質條件。利用手工工具對孔壁進行修整，確保孔壁的光滑和平整。同時，還可以對孔底進行徹底清理，去除松散的巖土和雜物，確保孔底的平整度和承載力，有助于提高樁基礎的承載能力和穩定性[2]。

（5）適應性強。人工挖孔灌注樁適用于各種地質條件，包括軟土、黏土、砂土等，且可以在狹窄的施工現場進行施工。

2 工程概況

省道410線朝天城區過境段工程（以下簡稱項目）位于廣元市朝天區朝天鎮境內，項目起止樁號為K0+000～K7+684.123，路線全長7.684 km。采用二級公路標準，該路段的設計速度為40 km/h，路基寬度為12 m。項目區沿線地形地貌總體屬中低山區構造剝蝕、侵蝕、堆積復合地貌，斜坡、溝谷地形。項目樁基位于十分陡峭的山坡上，樁基地勢高差大，場地布置和機具設備的轉移十分困難，需開挖較大的施工平臺，易造成山體滑坡等地質災害。該工程人工挖孔樁基數量及類型見表1所示：

鑒于該工程的地質條件、水文狀況、設計技術規格，以及樁基的數量和施工工期要求，針對施工場地受限的情況，采用人工挖孔灌注樁方案顯示出了顯著優勢。施工設備輕巧、簡單，操作便捷。與大型機械成孔方法相比，這些設備更易于運輸和安裝，降低了施工難度和復雜性；施工場地占用面積小，對周圍環境的影響微乎其微。在施工過程中，無須大面積開挖或破壞植被，從而有效地保護了施工區域的生態環境，避免了大規模土方工程，水土流失的風險也得到了顯著降低。施工過程中不會產生泥漿和污水等廢棄物，對環境的污染幾乎為零。

3 人工挖孔灌注樁施工方法

3.1 施工準備

在施工前，需要對場地進行平整，確保施工區域的穩定性和安全性。這包括清除坡體表面的危石及浮土，以減少潛在的安全隱患。地面標高需高于設計樁頂標高30 cm，以提供足夠的施工空間。同時，應進行精確的測量工作，確定樁孔地面的高程，并根據設計要求計算開挖深度。為保障施工期間的排水通暢，防止水患對施工造成不利影響，作業面四周需要挖設排水溝，并搭建好孔口雨棚。此外，應合理規劃和布置出渣道路，確保施工過程中的渣土能夠及時清理和運輸。在材料和機具的堆放方面，需要充分考慮孔壁壓力和施工條件的影響，合理規劃堆放位置，確保不會對孔壁穩定性造成不利影響，同時也要便于施工操作和材料使用。使用全站儀進行高精度測量，確定樁位的準確位置。為確保樁位的準確性，采用地面基線十字網控制樁位軸線。

3.2 樁孔開挖

（1）樁孔防護

在孔口設置蓋板、護欄，橫向欄桿間掛密目網。立面防護欄上懸掛安全標識、禁令標志。孔口附近坡體下方設置被動防護擋板。挖孔工作暫停時，孔口必須使用鋼筋焊接的鋼筋網進行罩蓋，縱、橫間距為20 cm。

（2）孔口邊坡防護

先將邊坡開挖至樁頂高程，再按設計的跳挖開挖方式依次進行開挖。由于孔口地表不平整，多為斜坡，因此在山坡上施工時，應在施工前對臨山側進行邊坡防護，采用鋼管支撐，外側用竹膠板或竹跳板做擋板，鋼管橫桿采用雙層，間距為1 m，立柱間距為1.5 m，竹膠板高度為2.4 m，以防止山上滾石、滑坡等對孔內施工人員造成危害。

（3）鎖口及護壁

每次護壁施工前，都必須嚴格檢查樁身的凈空尺寸、平面位置以及垂直度，以確保樁身符合設計要求。此外，必須確保在上一節護壁混凝土終凝并具備一定強度后，方可進行下一節的開挖工作。為保持樁身的穩定性，應遵循先挖樁芯部位、后挖四周護壁部位的順序。

挖孔護壁采用20 cm厚的C30鋼筋混凝土結構，每掘進1.0 m，進行護壁處理。在施工護壁時，首先進行護壁鋼筋的安設工作。護壁鋼筋按照設計要求進行布置和固定，以確保其能夠提供足夠的支撐和穩定性。經過驗收后，進行護壁模板的安裝。模板的安裝需根據樁孔中心點進行校正，然后澆筑護壁混凝土。為確保護壁混凝土的密實度，上下護壁間需搭接50 mm，并使用φ25的鋼筋或小型振動棒進行充分振搗。在澆筑護壁混凝土時，應防止護壁模板發生位移，確保四周澆筑均勻。

護壁混凝土達到一定強度后，進行拆模、校正。此后，按照該流程循環進行挖孔施工，直至完成整個樁基的挖孔工作。所有的樁基挖孔都必須設置混凝土護壁進行支撐，以確保施工過程安全。

護壁采用內齒式現澆鋼筋混凝土結構，其內孔尺寸上口略大于設計尺寸，下口比上口尺寸大10～15 cm，以滿足施工過程中的變形要求。這一細節處理有助于確保護壁的穩定性和承載能力，從而進一步提高灌注樁的整體質量。

在覆蓋層中每開挖1 m，現澆一段護壁，上下節段間應搭接50～75 mm。護壁混凝土內布置φ10 mm鋼筋作為環向箍筋，φ12 mm鋼筋作為上下節段間的連接筋，為便于連接，鋼筋兩端設135°彎鉤。在混凝土澆筑前，應在模板內設內支撐，以增強模板剛度。護壁混凝土采用機械拌和，插入式振動器搗實，當強度達10 MPa后方可拆除護壁模板。當挖孔達到設計深度后，對孔底和孔壁情況進行詳細檢查和處理。清除孔壁和孔底松動的巖石和土壤，確保孔壁和孔底的平整度和穩定性。對孔底進行整平處理，確保基樁的垂直度和水平度符合質量標準要求。

（4）土方開挖

主要采取人工開挖的方式，輔以風鎬風鉆，遵循先中間后周邊的原則。在開挖前，應對孔口土石方進行開挖并采取相應的防護措施，根據設計的鎖口尺寸，在原地面下挖10 cm，為后續的護壁和鎖口的鋼筋制作、模板安裝做準備。為確保鎖口位置的準確性和高程的精確性，在鎖口模板的支護過程中應使用全站儀進行位置及高程的校核。當模板安裝完成后，應進行鎖口混凝土的澆筑工作，確保鎖口的穩固性和密封性[3]。

鎖口澆筑完畢后，將樁芯十字軸線及標高精確投測到鎖口護壁的混凝土上，這是樁孔施工過程中樁芯、垂直度、深度控制的重要依據。井口四周挖好排水溝，能夠有效收集和排除雨水、地下水等水源。設置地表截、排水及防滲設施，進一步增強施工現場的排水能力。

3.3 排水措施

（1）一般性排水

在平整場地上應設置不小于1%的排水橫坡，在地表樁基位置四周挖截水溝，并將從孔內排出孔外的水妥善引流到原有水系中。當孔內滲水量大時，用水泵排走。

（2）挖孔遇到潛水層承壓水的處理

在挖孔過程中，當遇到潛水層承壓水且涌水量較大（90 m3/h以內）時，為防止水流對樁基施工的影響，常用的處理方法是水泥砂漿壓灌卵石環圈。

3.4 檢查處理及成孔檢驗

當挖孔達到設計標高后，應進行基樁平面位置、傾斜度檢查，各項誤差均需滿足設計和規范要求。孔底必須做到平整，無松渣、污泥及沉淀等軟層。

樁基成孔后應采用錘球檢測樁孔直徑、傾斜度及孔壁平整度，如：直徑≥設計值，孔的傾斜度≤0.5%，孔壁順適，符合成孔要求。

3.5 樁基鋼筋加工及安裝

（1）鋼筋籠制作方法

鋼筋籠制作主筋采用機械連接，相鄰主筋端部的錯開距離是一個需要特別關注的參數。根據規范要求，相鄰主筋端部的錯開距離應不小于35倍的鋼筋直徑（35 d），同時也不應小于50 cm，保證同一截面內的接頭數目不多于主筋總根數的50%，再把加強筋按1道/2 m放置在主筋上。對于螺旋筋，應采取點焊與主筋牢固結合，而在每節鋼筋籠接頭處50 cm長度范圍內的螺紋筋可暫不焊接，在進行鋼筋籠安裝時，應在焊接好主筋后再進行焊接。

（2）鋼筋籠連接

樁基主筋的連接采用機械連接，而加強筋與螺旋筋的連接則采用電弧焊接。機械連接接頭采用滾扎直螺紋接頭。滾軋直螺紋接頭應使用管鉗和力矩扳手進行施工，將兩個鋼筋絲頭在套筒中間位置相互頂緊。

滾壓直螺紋接頭完成后，為便于識別和檢查，應隨手刷上紅漆作為標識。此外，還需特別關注單邊外露絲扣的長度，確保其不超過2P（P為螺距），以保證接頭的整體穩定性和密封性。力矩扳手的精度為±5%。

焊接接頭每焊完一層后都需要對焊縫進行仔細檢查。焊縫應結合緊密，平面平順、整齊，不得出現氣孔、夾渣、咬邊等缺陷。同時，焊縫應無裂縫，主筋不得出現深度燒傷現象。Ⅲ級鋼筋的單面焊接要求如表3所示：

鋼筋籠成形后，在鋼筋籠外側設置定位筋，確保鋼筋籠與成孔的同心度和混凝土保護層厚度符合設計要求。

（3）鋼筋籠安放

1）圓樁鋼筋籠安裝：鋼筋籠經驗收合格后，分節吊裝，鋼筋籠起吊采用兩點吊方式，選用19.6 mm的鋼絲繩作為起吊工具。19.6 mm鋼絲繩破斷拉力為23 950 kg，安全系數取5，鋼絲繩的受力將遠遠低于其破斷拉力。根據安全系數的計算，單股鋼絲繩可承受的最大拉力為4 790 kg。而在雙股受力的情況下，即兩根鋼絲繩共同承擔吊裝力時，其總受力可達9 580 kg，而該項目樁基鋼筋籠的最大重量為3 540 kg，滿足要求。

在主吊點的操作中，采用25 t的汽車吊水平起吊鋼筋籠。為確保起吊過程中的穩定性，使用吊車的大鉤在鋼筋籠的頂端進行兩點固定，而副吊點則利用副鉤在鋼筋籠的1/2至1/3中間部位進行兩點吊裝。當主吊點將鋼筋籠吊至空中后，副吊點將進行空中翻轉操作，籠中心對準樁位中心，扶正后緩慢勻速下入孔內，全程應嚴格控制其擺動幅度，以防止與孔壁發生碰撞。

吊筋下至孔口時，用兩根[12槽鋼支撐于孔口，槽鋼兩側的墊放應高于護筒的枕木，枕木寬度為30 cm。松開主鉤鋼繩，用同樣方法吊起下一節鋼筋籠，當上下兩節籠在同一鉛垂線上時，轉動上節鋼筋籠，以使兩節籠的主筋對正，機械連接主筋，然后纏繞上螺旋筋。在最后一節鋼筋籠連接完成后，當地面高程高于設計的樁頂高程，吊放鋼筋籠頂部至孔口時，需連接相同直徑的鋼筋籠接長（籠體采用4～8根主筋，按照2 m間距設置加勁箍），接長后的鋼筋籠頂應低于護壁頂50 cm左右，在鋼筋籠入孔并校正中心位置后，焊接限位鋼筋，限位鋼筋采用4根Φ25鋼筋，與籠頂加勁箍進行焊接支撐在護壁上，可有效防止其上浮和偏位。鋼筋籠吊裝施工工藝流程如圖1所示：

圖1 鋼筋籠吊裝施工工藝流程圖

2）方樁鋼筋籠因其鋼筋密實自重較大，很難采用機械整體吊裝工藝，方樁鋼筋籠采用孔口制作。首先在樁基四周安裝就位鋼筋，逐一焊接箍筋，在箍筋焊接完畢后安裝主筋，主筋采用吊車單根下放至孔內，然后按照設計規范進行安裝。

3.6 樁身混凝土施工

樁基混凝土在拌和站集中拌和，使用混凝土運輸車運輸，采用混凝土泵車或吊車入孔，導管法灌注。當孔內無水、采用導管法澆筑時，按水下混凝土的澆筑方法，當澆筑到設計標高后對頂面2 m高度內混凝土插入振搗棒進行振實。振搗采用插入式50振動棒，其作用半徑為40～50 cm，振動時為保證搗實均勻同時減少混凝土表面的氣泡操作應快插慢拔，并不斷上下移動振動棒。振動棒移動間距應在40 cm以內，與護壁保持5～10 cm的距離，對每一個振動部位，應持續進行振動操作，確保混凝土中的氣泡被有效排除，直至該部位的混凝土達到密實狀態，當孔內積水較多或滲水嚴重時，一般每分鐘水位上升超過5 cm時，采用水下混凝土的施工工藝。

4 結語

人工挖孔灌注樁施工技術作為一種傳統的深基礎施工方法，具有靈活性強、適應性好等優點，特別適用于地質條件復雜或施工環境受限的情況。質量控制是人工挖孔灌注樁施工技術的關鍵環節。從施工前的準備、施工過程中的監控到施工后的檢測與評估，每一個環節都應嚴格控制，以確保樁身的承載能力和整體穩定性。特別是在混凝土配比、鋼筋籠制作與安裝、混凝土灌注與振搗等方面，應采取科學有效的質量控制措施，避免質量問題的發生。人工挖孔灌注樁施工技術及質量控制研究是一個復雜而重要的課題，需要在實踐中不斷總結經驗教訓，完善技術標準和管理制度，以確保該技術能夠在各種工程實踐中發揮更大作用。

參考文獻

[1]廖文鋒.橋梁基礎人工挖孔樁施工技術與質量控制[J].工程建設與設計，2019（18）：197-198.

[2]吳康寧.人工挖孔灌注樁施工技術及質量控制[J].安徽建筑，2023（8）：17-18+60.

[3]郭恒，歐陽博.四平市紫氣大路立交橋人工挖孔樁施工中的特殊工藝和質量控制技術[J].黑龍江交通科技，2013（6）：91+93.