人工挖孔桩基础质量及安全控制解析

　　建筑施工中，常采用人工挖孔桩施工作业。人工挖孔灌筑桩系采用人工挖土成孔，浇筑混凝土成桩。这类桩的特点是受力性能可靠，单桩承载力高，结构传力明确，沉降量小；可一柱一桩，不需承台，不需凿桩头；可作支撑、抗滑、锚拉、挡土等用；可直接检查桩直径、垂直度和持力土层情况，桩质量可靠；可多桩同时进行，施工进度快；工程造价相对较低；不需要大型机械设备，施工操作工艺简单，在各地应用较为普遍，已成为大直径灌筑桩施工的一种主要工艺方式。但是由于桩成孔工艺工人劳动强度较大，单桩施工速度较慢，安全性较差等问题，在人工挖孔桩施工中伤亡事故时有发生，且伤事故类别呈多样化，值得我们认真研究并加以防范。

　　一、人工挖孔桩施工工艺及施工质量控制要点

　　人工挖孔桩基础一般适用于无水、少水，孔壁不易坍塌、孔深少于20米的桩基。

 

　　1、人工挖孔

　　1.1、场地平整

　　平整场地、清除杂物、夯打密实。桩位处地面应高出原地面50厘米左右，场地四周开挖排水沟，防止地表水流入孔内。

　　1.2、测量放样

　　进行施工放样，施工队配合测量班按设计图纸定出孔位，经检查无误后，由施工队埋设十字护桩，十字护桩必须用砂浆或混凝土进行加固保护，以备开挖过程中对桩位进行检验。

　　1.3、桩孔开挖

　　采用从上到下逐层用镐、锹进行开挖，遇坚硬土或大块孤石采用锤、钎破碎，挖土顺序为先挖中间后挖周边，按设计桩径加20厘米控制截面大小。孔内挖出的土装入吊桶，采用自制提升设备将渣土垂直运输到地面，堆积到指定地点，防止污染环境。注意挖孔过程中，不必将孔壁修成光面，要使孔壁稍有凹凸不平，以增加桩的摩擦力。

　　1.4、护壁施工

　　对岩层、较坚硬密实土层，不透水，开挖后短期不会坍孔的，可不设护壁，其它土质情况下，必须施作护壁，保持孔壁稳定，以策安全。护壁拟采用现浇模注混凝土护壁，混凝土标号与桩身设计标号相同。第一节混凝土护壁(原地面以下1米)径向厚度为20cm，宜高出地面20～30cm，使其成为井口围圈，以阻挡井上土石及其它物体滚入井下伤人，并且便于挡水和定位。等厚度护壁如下图示。

 

　　该方法适用于各类土层，每挖掘0.8～1.0m深时，即立模灌注混凝土护壁。平均厚度15cm。两节护壁之间留10～15cm的空隙，以便混凝土的灌注施工。

　　混凝土搅拌应采用滚筒搅拌机拌制,坍落度宜为14厘米左右。

　　模板不需光滑平整，以利于与桩体混凝土的联结。为了进一步提高柱身砼与护壁的粘结，也为了砼入模方便，护壁方式可采用喇叭错台状护壁。

　　护壁砼的施工，采取自制的钢模板。钢模板面板的厚度不得小于3mm，浇注混凝土时拆上节，支下节，自上而下周转使用。模板间用U形卡连接，上下设两道6～8号槽钢圈顶紧；钢圈由两半圆圈组成，用螺栓连接，不另设支撑，以便浇注混凝土和下节挖土操作。

　　1.5、人工挖孔允许偏差和检验方法：

　　2、 钢筋的制作与安装

　　2.1、对于较短的桩基，钢筋笼宜制作成整体，一次吊装就位。对于孔深较大的桩基，钢筋笼需要现场焊接的，钢筋笼分段长度不宜少于13米，以减少现场焊接工作量。现场焊接须采用单面帮条焊接。

　　2.2、制作时，按设计尺寸做好加强箍筋，标出主筋的位置。把主筋摆放在平整的工作平台上，并标出加强筋的位置。焊接时，使加强筋上任一主筋的标记对准主筋中部的加强筋标记，扶正加强筋，并用木制直角板校正加强筋与主筋的垂直度，然后点焊。在一根主筋上焊好全部加强筋后，用机具或人转动骨架，将其余主筋逐根照上法焊好，然后吊起骨架阁于支架上，套入盘筋，按设计位置布置好螺旋筋并绑扎于主筋上，点焊牢固。

　　2.3钢筋骨架保护层的设置方法：

　　钢筋笼主筋接头采用双面搭接焊，每一截面上接头数量不超过50%，加强箍筋与主筋连接全部焊接。钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合要求。钢筋骨架的保护层厚度可用焊接钢筋“耳朵”或转动混凝土垫块，见下图。设置密度按竖向每隔2m设一道，每一道沿圆周布置8个。

 

 

　　2.4、骨架的运输无论采取何种方法运输骨架，都不得使骨架变形，当骨架长度在6m以内时可用两部平板车直接运输。当长度超过6米时，应在平板车上加托架。如用钢管焊成一个或几个托架用翻斗车牵引，可运输各种长度的钢筋笼，或用炮架车采用翻斗车牵引或人工推，也可运输一般长度的钢筋笼。

　　2.5、骨架的起吊和就位

　　钢筋笼制作完成后， 骨架安装采用汽车吊，为了保证骨架起吊时不变形，对于长骨架，起吊前应在加强骨架内焊接三角支撑，以加强其刚度。采用两点吊装时，第一吊点设在骨架的下部，第二点设在骨架长度的中点到上三分点之间。对于长骨架，起吊前应在骨架内部临时绑扎两根杉木杆以加强其刚度。起吊时，先提第一点，使骨架稍提起，再与第二吊同时起吊。待骨架离开地面后，第一吊点停吊，继续提升第二吊点。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直，如有弯曲应整直。当骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。然后，由下而上地逐个解去绑扎杉木杆的绑扎点及钢筋十字支撑。当骨架下降到第二吊点附近的加强箍接近孔口，可用木棍或型钢（视骨架轻重而定）等穿过加强箍筋的下方，将骨架临时支承于孔口，孔口临时支撑应满足强度要求。将吊钩移到骨架上端，取出临时支承，将骨架徐徐下降，骨架降至设计标高为止。将骨架临时支撑于护筒口，再起吊第二节骨架，使上下两节骨架位于同直线上进行焊接，全部接头焊好后就可以下沉入孔，直至所有骨架安装完毕。并在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。

　　骨架最上端定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，并反复核对无误后再焊接定位。在钢筋笼上拉上十字线，找出钢筋笼中心，根据护桩找出桩位中心，钢筋笼定位时使钢筋笼中心与桩位中心重合。

　　然后在定位钢筋骨架顶端的顶吊圈下面插入两根平行的工字钢或槽钢，在护筒两侧放两根平行的枕木（高出护筒5cm左右），并将整个定位骨架支托于枕木上。

　　钢筋骨架的制作和吊装的允许偏差为：主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；骨架外径±10mm；骨架倾斜度±0.5％；骨架保护层厚度±20mm；骨架中心平面位置20mm；骨架顶端高程±20mm；骨架底面高程±50mm。

　　挖孔桩钢筋骨架允许偏差

序号	项    目	允许偏差（mm）
1	钢筋骨架在承台底以下长度	±100
2	钢筋骨架直径	±10
3	主钢筋间距	±10
4	加强筋间距	±20
5	箍筋间距或螺旋筋间距	±20
6	钢筋骨架垂直度	骨架长度1%

　　3灌注砼

　　3.1、在灌注混凝土前应对孔径、孔深、孔型全部检查并报监理工程师，经检验合格后方可灌注混凝土。

　　3.2、混凝土采用集中拌合，自动计量，罐车运输，泵送混凝土施工，插入式振捣器振捣。混凝土的浇筑入模温度不低于+5℃，也不高于+30℃，否则采用经监理工程师批准的相应措施。

　　3.3、灌注支架采用移动式的,事先拼装好,用时移至孔口,以悬挂串筒,漏斗底口。从高处直接倾卸时,其自由倾落高度一般不宜超过2米以不发生离析为度 。当倾落高度超过2米时,应通过串筒、溜管或震动溜管等设施下落；倾落高度超过10米时，并应设置减速装置。

　　3.4、混凝土分层浇筑，分层厚度控制在30～45cm。振捣采用插入式振动器，振动器的振动深度一般不超过棒长度2/3～3/4倍，振动时要快插慢拔，不断上下移动振动棒，以便捣实均匀，减少混凝土表面气泡。振动棒插入下层混凝土中5～10cm，移动间距不超过40cm，与侧模保持5～10cm距离，对每一个振动部位，振动到该部位混凝土密实为止，即混凝土不再冒出气泡。

　　3.5、对于1米直径挖深桩，如果桩身较长，混凝土振捣操作有困难时，可采用水下混凝土方法灌注。即保证埋管深度不小于2.0m。

　　二、人工挖孔的安全控制

　　（一）人工挖孔桩施工的安全难点

　　人工挖孔是用人工自上而下逐层用镐、锹进行，遇坚硬土层由锤、钎破碎，弃土装入活底吊桶或箩筐内，垂直运输。在孔口安装支架，用1~2t慢速卷扬机提升，吊出地面后，再用其他运输工具运出。这个看似简单的作业过程，充满着高危险性。

　　1．作业空间窄小

　　孔底挖孔作业人员始终处在吊物下面作业，孔底空间有限，极易受到物体打击；挖孔作业人员上下桩孔容易失稳发生坠落。

　　2．作业环境复杂

　　人工挖孔灌筑桩直径一般在800cm以上，深度在20m左右，最深可达400m。可遇到无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土、含少量的砂、砂卵石、姜结石的粘土层、黄土层，也会遇到地下水位较高、涌水量大的冲击地带及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层。挖孔过程中有时会突然出现涌水和涌泥。随着孔深的增加还会出现缺氧或严重缺氧，有时还会遇到致命的有毒有害气体。

　　3.施工机具简单，但种类繁多，易造成伤害

　　施工提升机具包括：1t-2t卷扬机配三木塔或1t以上的单轨链条式电动葫芦配提升金属架与轨道，活底吊桶。挖孔工具包括：短柄铁锹、镐、锤、钎、风镐。为满足安全用电要求，还应配有36V低压变压器。桩孔深度超过5m，或孔内空气含氧量不足时要配鼓风机、输风管，有地下水还应配潜水泵及胶皮软管等。

　　施工企本身技术队伍质量就不稳定，又层层转包，挖孔桩多是农民工，又未必受到必要的安全技术培训。

　　（二）人工挖孔桩施工伤亡事故的类别

　　人工挖孔桩施工安全的难点，决定了人工挖孔桩施工伤亡事故的类别：

　　1.高处坠落

　　地面作业人员或过往人员不慎坠入桩孔中；孔内作业人员在上下孔过程中失稳坠落孔底。

　　2.物体打击

　　地面物体掉入桩孔中，孔中升降中的工器具掉下，活底吊桶或箩筐装载的弃土掉下，或绳索断裂、吊桶脱钩下击中孔底作业人员。

　　3.淹溺

　　遇有流沙或涌泥，或地下水位高、压力大，孔内瞬间大量涌水，孔内作业人员被淹没、掩埋。

　　4.坍塌

　　孔壁没有护壁设施，或未按土质情况采取防流沙、涌泥措施，孔壁坍塌，掩埋孔底作业人员。

　　5.触电

　　人工挖孔配备的施工机具中有部分电动机具和照明设施，因漏电造成作业人员触电。

　　6.窒息

　　标准空气中氧气量的体积比为20.95%。体积比低于18%时为缺氧，此时人有疲劳感，注意力减退，动作极易失误。空气中氧气体积比低于12%时，为严重缺氧，此时人有头痛、恶心、眼花、呕吐，甚至丧失意识、言行不能自主的症状。空气中氧气的体积比低于6%时，为致命缺氧，此时人心跳微弱，血压大幅度下降，抢救不及时，就会因停止呼吸和心跳而死亡。据兰州地区实际测定，井桩深度在20米时，空气中氧气含量低于18%，还常常伴有某些有毒有害气体或惰性气体含量增加。人体因缺氧而窒息，吸入有毒有害气体会引起中毒缺氧，造成窒息，甚至瞬间死亡。

　　（三）人工挖孔桩伤亡事故的原因及对策

　　人工挖孔桩施工伤亡事故多发的原因主要是施工单位人工挖井桩施工没有做到本质安全化，在对人工挖孔桩施工的危害辨识、危险评价的过程中没有系统的研究人工挖孔桩施工工艺各构成部分或整系统可能发生事故的危险性及其产生途径，做到事先预测事故发生的可能性，掌握事故发生的规律；没有在施工组织设计、施工、运行管理中对事故发生的危险性加以辨识，根据对危险性评价的结果，提出相应的切实可行的安全技术措施，加强过程控制，消除事故隐患。从人、机具和施工环境上做到本质安全化。

　　1、事故发生的原因

　　（1）施工前没有进行认真研究

　　施工企业没有认真研究施工图纸、工程地质、水文地质勘察资料和人工挖孔桩施工的规范和规程，没有认真研究人工挖孔桩施工的工艺过程，提不出或没有提出人工挖孔桩施工安全技术措施，或虽已提出，但缺乏全面性、针对性和操作性，因而不能准确地对作业人员进行全面的安全技术措施交底，有的甚至不进行交底，人工挖孔桩作业人员没有安全指导措施。

　　（2）作业人员安全素质低

　　施工企业人工挖孔桩施工的作业人员安全素质低，安全风险意识不强，自我保护意识差，安全操作技能差，容易发生误操作；他们缺乏救护知识，还会使事故蔓延、恶化和扩大。现场安全监督管理不到位，甚至是无的放矢进行监督，没有能力及时发现隐患、消除隐患，甚至无力排除隐患。

　　（3）施工企业安全投入不到位

　　为了谋求效益最大化，施工企业舍不得投入。因此没有必要的防护手段或防护措施不可靠，没有监测也内空气和有毒气体的仪器设施，孔内空气无法检测；没有通风换气设施，没有采取通风换气措施；没有设计孔壁的护壁设施，没有防流沙、涌泥措施；电动机具配电系统没有采用TN-S系统，且无安全电压，电线乱拉乱扯，甚至有裸露现象。

　　（4）管理原因

　　企业管理不善、有关部门监管不力、管理体制不顺、法制观念淡薄导致同类事故多次发生。

　　2、对策-人工挖孔施工本质安全化

　　（1）施工准备的本质安全化

　　在认真研究施工图和工程地质、水文地质资料的基础上，根据地质情况和人工挖孔施工规范、规程，编写施工组织设计和安全技术措施，着重针对工程地质、工艺过程、施工机具、降水方案及止水方法，成孔成桩的顺序及现场临时用电等，合理安排设备、人员和进度，配备防护设施和救护设施，做到没有安全技术措施和安全设施不齐全不施工。

　　对作业人员进行认真全面的安全技术交底，告知他们岗位危险和规避危险的方法，并告知他们防护措施和监控措施不到位时有权拒绝作业。

　　（2）安全技术措施的本质安全

　　为防止孔口地面人员掉入桩孔内，孔口要设有1m高的护栏，留有合理的作业口，孔口作业人员要系安全带，停工后孔口要加盖封闭；为防止作业人员上下孔时坠落，应配置适用和可靠的升降设备，同时作业人员上下孔要用专用吊笼，严禁用其他方式上下孔。为防止物体打击，孔内作业人员一定要载好安全帽，孔口设置高出地面30cm的井圈，弃土和工具等放置在井圈外，且在孔口内设置距孔底2.5m高的防护罩，防护罩应由孔底人员操作，开启方便，便于吊运和防护。为防止坍塌和淹溺，首先是对地质情况复杂、地下水位高、水量丰富、砂层或淤泥层厚等情况，建议修改设计，改用其他桩型。必须用人工挖孔桩施工的应用防流沙和涌泥措施，采用砼或钢板沉井的作业方法。降水方案要合理，要考虑到周围原有建筑物和构筑物及公用设施等情况，以免引起孔壁坍塌或对周围建筑物等造成损害。为防止窒息，必须对孔内空气随时进行仪器监测，同时配备通风机和足够到井底的通风管。根据监测的结果和孔底作业人员的需要，随时向孔内通风换气，复工前还应向桩孔内由下而上吹风10分钟；遇到有毒有害气体，应设法将孔内人员尽快送上地面，待清除不清洁源后再进行作业。为防止触电，人工挖孔施工必须采用TN-S系统供电，做到一机一闸一漏电保护器，用电系统必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-88）。

　　（3）人员的本质安全

　　人员本质安全包括人员思想本质安全、人员素质本质安全。人员本质安全首先要求企业负责人本质安全化，企业的主要负责人必须贯彻“安全第一、预防为主”的方针，做好安全投入，包括人力投入、财力投入和物力投入。要配备能满足本企业安全生产技术需要的技术人员和安全管理人员；施工企业必须要有人工挖孔桩施工安全措施和保证措施实施的投入。同时要加强过程控制。人工挖孔桩施工条件艰苦，危险性大，要选用素质较高的作业人员。首先必须是身体强壮的年轻男性，对他们要进行体检，确认其身体素质满足孔桩施工需要。要对他们进行必要的安全基本知识和操作技能的培训。他们的安全要告知他们岗位危险、预防办法，发生危险时应采取的救护方法，赋予他们在施工环境不良时停止作业或拒绝作业的权力。

　　 人工挖孔桩施工发生的伤亡事故多是责任事故，就是说只要责任和措施落实，就不会发生事故。只要我们加强法制观念，处理好效益和安全的关系，加强企业管理和政府部门的监督管理，人工挖孔桩施工伤亡事故是能够避免的。