人工挖孔灌筑桩的施工技术及安全防护措施.docx

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人工挖孔灌筑桩的施工技术及安全防护措施一、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、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、地下涌水量比较小（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最多可节省成本开支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φ1.2m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岩地质条件下，采用人工挖孔施工技术，成功地完成了直径φ1.2m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，挖孔作业全面开花，提高总体施工进度。在劳动组织上，一般每3人为一组。井上井下轮换作业。在有护壁情况下，考虑护壁衬砌混凝土的养生时间，每个井孔每节段循环作业周期不少于24小时。每个作业小组可同时开挖2~3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）。在不需护壁的条件下， 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3m左右。为减少孔壁裸露岩石脱落、风化，每个井孔要连续开挖完。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，可分期分批集中开挖井孔。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、备用发电机组等。工器具数量根据工程规模、劳力组织情况而定。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φ16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，浇筑井圈及井口护壁。井圈和井口护壁拉筋连接一体，并插入坑底面土中至少200mm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，摆放准确，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。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）、护壁衬砌结构护壁的衬砌大多采用现浇混凝土。混凝土的标号一般不低于C20号混凝土。为加快挖孔进度，促进衬砌混凝土提高早期强度，浇筑混凝土时要掺加早强剂。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，上孔壁厚度一般不小于15cm，下孔壁厚度不小于10cm。根据地下土层坚固程度，随着开挖进尺的安全保证程度，决定护壁衬 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，孔壁土方坍塌量偏大，护壁高度可酌情减短；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30mm的净保护层的孔径施工，若监理单位和建设单位有争议，可在安装钢筋笼之前将每节段护壁上口突出处尖端凿去，以保证设计的桩基孔径尺寸。为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，衬砌护壁内要埋设竖向拉筋和环向拉筋，环向拉筋直径不小于6mm，间距不大于200mm；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勾结，接头的布置要躲开每节衬砌的接缝处。上面是覆盖土层下面是岩石层（或较坚固的土层）的地质条件，根据岩石的稳固程度，护壁衬砌要向不需护壁的岩层（或土层）延伸不小于2m。为使护壁坚固可靠，井口处护壁做成一个大井圈，井圈护壁孔径要比下面的护壁直径至少大1m，多出襟边厚度不小于30cm，并配置钢筋与井孔内护壁钢筋连成一体。（4）、衬砌模板制做方法衬砌护壁模板采用内侧托模。内侧托模一般使用木板条、竹板条，也可采用钢板制做。模板内侧设支撑拱架。为不防碍施工人员挖孔作业，支撑拱架中间做成空支撑拱架，一般做成二至四瓣，用螺栓连接成整体。模板上口设一个活动木盖，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。以木模板为例，见图b。 （5）、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。对于坚硬的岩石层采用爆破法开挖。采用爆破法开挖时，由于井下爆破凌空面小，炮眼不宜过深，每次爆破不宜超过1m深，爆破先放开心炮，由井孔中心向外梅花状布置炮眼。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。从井下弃土一般采用手摇辘轳提土，有条件的也可采用电动葫芦或卷扬机提土。人工提土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80kg。（6）、覆盖层含水量较大条件下的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，但其上面覆盖土层中含水量很丰富。在这种条件下，若利用机械钻孔，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地下水进行控制。在这种条件下地表覆盖层的厚度不宜超过6m。对覆盖层的处理方法有，在挖孔位置上可先设置沉井（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，然后再在岩石层上进行人工开挖井孔。在有条件的情况下，也可打降水井，抽干（或降低）地表覆盖层内的水份。当岩石层顶面是坡面时，在低坡脚打井降水也是很理想的方案。（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，孔壁站不住。此种情况下可用护壁当沉井下沉，直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，上口补做井圈。沉井孔径要略大些，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予先加固覆盖层。每根桩设三根水泥旋喷桩，以设计桩径为边长正三角形对称井位布设。为减少水泥用量，以低压注浆，有效加固桩径控制在1.5m以内，加固深度至稳定土层为止。待覆盖层土质稳固之后，就可以进行挖孔作业。（8）、衬砌漏水的处理方法当挖孔穿过地表覆盖层时，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，待邻居井孔挖完以后，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C15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，经检查验收合格后，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，按水下混凝土灌筑方法施工。钢筋混凝土灌筑桩，除以上工作内容之外的施工方法匀相同。三、施工安全防护措施1、挖孔作业深度超过10m时，井下氧气开始减少，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可能存有瓦斯、二氧化硫等有害气体，施工中要做好防毒防爆工作，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保证措施。2、采取爆破开挖法时，爆破之后必须及时送风换气，并检查护壁的衬砌及井壁的坚固情况。确认安全可靠之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，防止其它人员坠入井内。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，地面做好排水设施，挖孔作业区域内地表不能存有积水，防止地表水流入井内或渗漏地下，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。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。