正确的认知　妥善的应对
——浅谈人工挖孔桩的限制使用
 
查松亭
（安徽省建设工程勘察设计院，安徽　合肥　230001）
 
摘　要：文章着重介绍了人工挖孔桩的基本特点和适用性，全面分析了人工挖孔桩产生施工安全事故的主要原因，结合安徽省工程地质条件，对宜继续采用人工挖孔桩的工程对象、应采取的综合治理措施及做好合理的地基基础设计方案选型等提出看法和建议，具有一定的指导意义。
关键词：人工挖孔桩；适用性；施工安全；措施；地基基础选型
 
0　引　言
    随着安徽省城市建设大发展，桩基工程应用量日益增大，自1988年首次在我省开始使用的人工挖孔桩因施工安全事故多，有被全面限制使用的趋势。为了应对这一趋势，受省结构学术委员会之约，特写此文谈谈个人之初见，供我省建筑行业同仁们参考。
1　人工挖孔桩的基本特点
    ①为使用者揭示桩周和桩端持力层岩性特征的透明度高，可以按设计需要选用桩端持力层，只要方法和措施得当，成孔和成桩质量较能控制和确保，设计人员对采用挖孔桩桩型比较放心。
    ②挖孔桩的桩径、桩长和桩端持力层一般可以按设计需要能较灵活地选用，单桩承载力较高，桩基沉降变形量较小，能满足桩基承载力和沉降变形双控制设计要求。
    ③挖孔桩成孔和成桩的施工方法、施工工艺、施工程序比较简单，无需大型机器设备，对施工环境无污染和无噪音影响，弃土可以人为控制搬运。
    ④成孔全靠人工作业，劳动强度高，作业条件差，施工安全度较低，且有一定的危险性，是土建工程安全施工管理比较薄弱的环节。
2　人工挖孔桩的适用性
    ①适用于目前所建设的各类高低层建筑工程的桩基础、各类桥梁的墩基础及各类大型设备桩基础。
    ②适用于平地、坡地和狭小的建筑施工场地，但一般不适用水面下施工作业，必要时可以设置牢固的围堰进行水面作业，必须抽降地下水位作业。
    ③除多适用于承受竖向承载力的建筑工程桩基础外，还可作为抗拔桩、抗滑桩、减沉桩和减震桩。
    ④人工成孔深度和桩长有一定的限制，成孔深度一般不超过25m，最小桩径φ800的挖孔桩成孔深度应不超过10m。
    ⑤不允许在含有毒气和易燃气体的地层中进行成孔和成桩施工作业，不应在超过5m厚的流沙层和超过2m厚的流塑状态软土层中进行成孔施工作业；成孔时须做好地下水抽排，且轴降地下水对周边环境不构成影响，必要时应设置止水帷幕。
3　人工挖孔桩的功能和利弊
    ①为全国尤其为安徽建筑业超越式大发展提供了一种较好的桩基选型，技术经济效果较好。
    ②为全国尤其为安徽农民和城市职工提供了一定的就业机会，使不少农民脱贫致富。
    ③为砂石、水泥、钢材开发供应提供了较大市场，促进了相关工业、商业和服务业相应地发展。
    ④人工挖孔桩成孔和成桩的作业条件差，苦、累、脏、险的程度与我国整个社会文明发展不相适应。
    ⑤存在着施工安全隐患，且有一定的危险性，是我国土建工程安全生产最薄弱的环节之一，伤亡事故较多。
    ⑥采用大直径挖孔桩是消耗国家有限的砂、石、水泥和钢材等资源比较大的桩型。
4　人工挖孔桩面临的形势和存在的问题
    ①随着我国经济建设超越式大发展，建筑和交通工程规模越来越大，建筑层数和高度日渐增加，超高层建筑和特大型桥梁工程日益增多，随之采用人工挖孔桩桩基的比例日渐增多。特别是我省各地，尤其是合肥地区，前一阶段人工挖孔桩施工工地几乎覆盖了合肥地区。挖孔桩成孔深度也是越来越深，有的已达40m，桩身混凝土强度也越来越高，多用C30或C35。
    ②随着建设大发展，采用人工挖孔桩日渐增多，随之而来挖孔桩也逐渐暴露它内在的问题，必须认真对待。目前暴露的实际问题有以下几点。
a.由于人工挖孔桩多是农民工在狭窄、昏暗、潮湿、通风条件差的地下空间作业，整天与泥水打交道，落后的施工方式与当今社会文明进步很不协调。
b.由于人工挖孔桩工程量日益增大，经过较长时间实际成孔作业培训一大批熟练的农民工成孔作业人员与作业管理人员已不能满足工程需要，多数成孔作业农民工的作业技能、作业管理和项目管理能力都跟不上工程需要，这是挖孔桩施工质量和施工安全的首要隐患。
c.随着建设规模的扩大，楼层越来越高，只按需要争地盘，不管场地质条件复杂程度和建筑的适宜性。因此，挖孔桩成孔施工深度越来越深，成孔难度日益增大，质量控制越来越困难，随之，施工安全隐患难以避免。
d.挖孔桩施工已走向市场，由于招投标管理不善，加上其他不良的商业作为影响，使中标价越来越低。与此同时，钢材、水泥不断地涨价，成孔作业的农民工工资不断增加，如此下去，一般岩土工程专业施工队伍就无法承接挖孔桩施工任务，大多数挖孔桩施工任务包给农民工作业队施工。而农民工作业队一般都缺少完善的技术、质量和施工安全管理制度，缺少专业技术和施工安全管理人员，缺少完备的施工机器和安全措施，缺少安全施工教育。总之，目前挖孔桩施工的作业能力和管理水平都出现整体下滑趋势，势必造成施工工程质量下降，施工安全方面的问题越来越多。
5　导致挖孔桩施工安全事故的主要原因分析
    深入工程实际，全面分析前期挖孔桩出现人员伤亡事故多的主要原因归纳起来为以下4点。
5.1 安全施工教育不到位
    深入工程实际，大多数挖孔桩施工工地都未开展深入细致的安全施工和文明施工教育。为了应付安全施工检查和验收，各种安全教育资料和签证手续多是伪造的。施工管理人员和作业人员较缺乏安全和文明施工知识，缺少自我保护意识与技能，往往是习惯性、随意性地盲干。这是引发施工安全重大事故最根本的主观原因所在。
5.2 施工技能不到位
    ①如上述所述，现在承接挖孔桩施工任务的多是挂靠高资质施工企业，实际是由个人承包的，真正具备专业施工能力的企业少，全面缺少项目管理人员和作业管理人员，管理能力和作业能力越来越差。
    ②由于是个人承包，又分包给农民工作业，施工机器设备条件一般很差，多不配套或破旧不堪，严重影响施工安全、工程质量和进度。
    ③专业技术水平低，不善于处理施工过程中出现异常现象和问题，进而引发施工安全事故。
5.3 安全施工措施不到位
    ①缺少标准化生产和安全可靠、并能调速的电动升降葫芦，实际使用的电动升降葫芦都是个人加工制造，不能调速，主配件质量差，往往引发孔内堕落伤人事故。
    ②孔口和上、下孔作业人员不携安全带，稍不注意或疲劳作业时， 极易发生堕落伤人事故。
    ③在不稳定的地层中扩孔或护壁质量差，极易引发孔壁坍塌埋人伤亡事故。
5.4 安全施工管理不到位
    ①项目部缺少称职的专职安全员，即使配备了，也没有发挥专职安全员的作用，不尽专职安全员的岗位职能，发现施工安全存在的隐患问题，也不能及时解决。专职安全员不下孔检验可能存在问题而影响施工安全（如护壁开裂、坍塌伤人等）。即使发现施工安全问题，也不能及时采取有效措施解决施工安全问题。
    ②多数挖孔桩施工项目部和监理部都没有真正落实“安全第一”的指导思想，写的多，说的多，做得少，对施工安全存在的隐患，往往听之任之。项目负责人呆在工地上抓施工安全的更少，图吃喝玩乐，甚至有个别项目部工地出了伤亡事故，项目负责人和专职安全员迟迟不到事发现扬。
    ③项目部缺少完善的施工安全管理制度，即使有也缺少针对性，只是应付安全检查和验收需要，不能认真组织落实，往往写制度是一套，实际做又是一套。
6　目前采用挖孔桩桩基的理由和应采取的措施
    ①基于挖孔桩的桩型特点和适用性，加上我国国情和我省省情，这20年来仅我省就已培养了十几万挖孔桩农民工作业大军，在《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）修订版未问世之前，部分工程仍可采用挖孔桩桩基。
    ②目前仍宜采用挖孔桩桩基的工程对象。
a.在成孔深度范围内多为稳定的地层，如软塑、可塑、硬塑~坚硬状态的粘性土、稍密~密实的粘性土混碎砾石层、风化基岩等，其中夹有稍密~密实的粉土或夹薄层粉细砂层小于3.0m、软塑~流塑状态粘性土层厚度小于2.0m。
b.在成孔深度内埋藏上层滞水、潜水或薄层层间水（具微承压性），成孔时抽降地下水对周边环境不产生危害性影响，或影响很小，如影响较大，应采取止水帷幕措施。
c.桩径≥φ900的挖孔桩，成孔深度尽量控制在20m以内，最多为25m以内；桩径φ800的挖孔桩成孔深度应控制在10m以内。
d.在成孔深度内无有毒和易燃的气体，地下水对人体无严重的腐蚀性。
    ③设计桩端持力层为嵌岩桩时，视有效桩长按以下方法取用设计参数。
a.当有效桩长≥6.0m时，按地区经验取用qpa代表值。
b.因岩体较坚硬，又不允许放炮开挖成孔，有效桩长小于6.0m时，应按墩基设计，取用岩石地基承载力特征值fa设计墩基扩底尺寸。
c.岩石地基承载力特征值fa=ψfrk的计取方法：
    当桩端持力层为硬质岩体时（即frk＞30MPa），可以从钻孔取样（子样数不应少于15件）做饱和抗压强度试验，经统计求取frk标准值；
    当桩端持力层为软质岩体时（即frk≤30MPa），先从钻孔中取样（子样数不应少于20件），做自然状态抗压强度试验求取frk标准值，并应从桩端取样进行核对，防止frk值偏小；
当桩端持力层为微风化岩体，且裂隙不发育，其折减系数ψ宜取0.5；当为中风化岩体、且裂隙较发育时，ψ酌情选0.2~0.40。
    ④为了确保挖孔桩施工安全，有关方面应做好以下事宜。
a.桩基施工单位须做到4个到位。
能力到位——应配备能胜任工程需要的项目管理人员、作业管理人员以及熟练的作业人员，老弱病残和妇女不得参与成孔施工作业。
教育到位——项目开工前，应召开安全教育和技术交底会，使人人了解工程情况，明确安全施工要求和采取的安全施工措施，把“安全第一”落实到施工全过程，在完成施工任务的同时，人人注意保护自己，严防一切安全事故发生。
措施到位——下孔须用性能良好的升降葫芦；参与下孔和孔口作业人员须携安全带；下孔人员须穿鞋和戴安全帽作业；孔口不允许放置工具和弃土，孔口作业小心操作，严防空中落物砸伤孔底作业人员；孔深≥10m应多次向孔内送风。
管理到位——项目施工管理人员和专职安全员应跟班作业，做到勤检查，发现问题就及时解决；在不稳定地层成孔过程中，施工管理人员和专职安全员应坚持下孔，了解情况，配合成孔作业人员商定处理措施；分管施工安全项目负责人、施工员和安全员应坚持每天召开一次安全施工碰头会，及时解决安全施工问题。
b.请建设主管部门狠抓以下4项工作的落实。
急需整顿和规范挖孔桩施工市场——挖孔桩是一项岩土工程施工，应由具有岩土工程专业施工资质的单位承担。为此，应发放岩土工程施工专项证书，并应进行岩土工程专业施工资质审查，符合条件的才发给证书。从现在起，一律不允许个人采用挂靠方式承接岩土工程施工任务，发现一例，处罚一例，直到将挂靠单位赶出施工市场。
急需解决最低价中标和玩手段中标问题——采取合理的低价和实际能力相结合评标和选标。如仍采取最低价中标，中标者就采取不顾施工安全和工程质量手段对待工程，这是市场混乱、工程质量差、施工安全事故多的根本原因之一。
由省、市安全施工主管部门牵头，一年内组织解决两个问题：一是统一制作标准化的、具有性能好、能调速、便于操作的电动升降葫芦成套设备；二是组织制定挖孔桩完善的安全施工管理制度，作为统一的安全施工检查验收依据。
7　对如何做好地基基础设计方案造型的看法和建议
7.1 工程详勘
    全面做好岩土工程详勘，准确评价地基条件，为基础工程设计和施工提供可靠依据。
    ①目前岩土工程勘察市场混乱，详勘报告质量普遍下降。表现在详勘工作残酷市场竞争，最低价中标后就乱编资料,该做的工作量偏小,地基基础设计参数评价存在很大盲目性，普遍存在偏低现象等等。建议建设主管部门认真开展一次勘察市场整顿，限制最低价中标的招投标活动，严惩编造资料现象，严格按规范要求做好详勘工作，准确评价地基基础设计参数，合理地提供地基基础设计和岩土工程施工的咨询意见和建议。
    ②建国几十年来我省各地都积累了大量的勘察试验资料和工程建设实践经验，很有必要和有条件组织编制各地区天然地基标准分层，评定标准层的fak、qpa及qsia等标准参数，指导做好详勘、地基基础设计与施工。
7.2 设计方案选型
    在全面分析详勘报告和工程结构设计特点的基础上，结合各地区建设工程实践经验，做好地基基础设计方案选型。
    ①确定地基基础设计方案选型应本着“确保安全、力求节省、施工可行、效果良好”16字方针。所谓“确保安全”，不仅要确保上部结构安全，还要确保施工安全；所谓“力求节省”，是在确保安全的前提下，尽力节省各类资源；所谓“施工可行”，是力求地基基础工程施工可操作性，且简便易行；所谓“效果良好”是指能快速优质地做好地基基础工程设计、施工和检测。
    ②纵观我省各地岩土地基成层规律和工程特性，大多数建筑场地天然地基条件均匀良好，地基承载力潜力大。在满足地基承载力和沉降变形双控制地基基础设计要求的前提下，宜尽量采取天然地基方案。现以江淮丘陵广大区域为例，场地上部广泛分布较厚层冲洪积超压密老粘土（Q3al+pl）,天然地基承载力高，属于中等偏低压缩性土，地基沉降变形量较小，且较均匀。只要详勘报告评价的地基承载力和压缩性指标合理，修正后地基承载力fa一般可取350kPa-600kPa，甚至更高，Es值可取13.0MPa-20.0MPa。根据测算，并参考合肥地区沉降观测资料，在地基承载力用足的条件下，最终地基沉降变形量一般为1cm-2cm(条基或独立柱基)、3cm-4cm（筏基承载力fa取用300kPa-350kPa）、5.0cm-6.0cm(筏基承载力fa取用350kPa-400kPa)、7.0cm-8.0cm（筏基承载力fa取用450kPa-500kPa）、9.0cm-10.0cm（筏基承载力fa取用550kPa-600kPa）。以合肥地区江淮丘陵二级阶地为例，30层以下（甚至32层以下）住宅楼，可以采用天然地基和筏基就能确保上部结构安全，没有必要采用挖孔桩或其他桩基。
    ③近几年，国家建设部在全国各地大力推广应用刚性桩复合地基（即CFG桩或素混凝土桩复合地基），以北京地区为例，可以将fak=260kPa的天然地基通过实施CFG或C20素混凝土桩处理措施，变成刚性桩复合地基，其复合地基最终承载力特征值可达600kPa-650kPa，建造45-50层超高层住宅楼，其复合地基最终稳定沉降变形量也只有3.0cm，实践效果良好。建议我省在合肥地区率先开展刚性桩复合地基建造30-35层以上超高层住宅建筑。不仅解决天然地基承载力不足问题，更主要地大大减少超高层建筑筏基沉降变形量，满足地基承载力和沉降变形双控制地基基础设计要求，确保超高层建筑结构安全，并以此取代习惯地采用挖孔桩桩基方案。
    ④通过初步学习和调查合肥地区部分工程实践，现就预应力混凝土管桩的主要特点、应用范围和如何合理地推广应用谈谈初步看法和建议。
    预应力混凝土管桩具有以下特点：由工厂按国家（或地区）标准和设计要求能大批量定型制作，桩基强度和成桩质量能得到保证；予应力混凝土管桩结构设计较合理，穿透力较强，桩身强度和桩端（周）承载力能较充分发挥，单桩承载力高，桩基沉降变形量小；与挖孔桩、钻孔桩、旋挖桩等桩型相比，其费用约少一半，且大大节约资源，其中节约砂石40%~50%；施工技术较先进，机械化和自动化程度较高，劳动强度较低，施工方法较简单，且施工无噪音、无污染，施工相对较安全。
    按国家或地区标准图集生产的先张法预应力混凝土管桩应用范围较广，适用于工业和民用建筑的低承台桩基础，铁路、公路、港口、水利等工程的桩基设计也可参考使用；PHC和PC预应力混凝土管桩可以使用于抗震设防裂度≤7度地区，当用于8度地区时，则需另外验算。PTC预应力混凝土管桩可以使用于6度区，当用于7度区地区时，也需另外验算；主要适用于承受竖向荷载的桩基工程，当有水平荷载作为抗拔桩时，应结合工程有关影响因素计算分析后选用；当基础的环境、地质条件对预应力混凝土管桩具有侵蚀性或管壁＜80mm时，应根据使用条件，按有关规范采取有效的防腐蚀措施。
    根据合肥地区初步压桩资料和试桩结果，建议：
a.详勘报告对于予应力混凝土管桩qsa和qpa的评价可综合分析、参照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）表5.2.8-1、表 5.2.8-2和《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）附录D表D.0.1-1和表D.0.1-2取值，且宜取其高值，比较符合合肥地区地基条件和初步检测结果。
b.根据建筑层数、结构类型、荷载分布大小和性质，以及同一项目不同的子项建筑，应分别选用PHC、PC桩或AB、A型桩，外径（φ300-φ800）、壁厚（90mm-130mm）、桩长和桩端持力层，做到因地制宜，分项选用。
c.为了确保桩身质量满足设计要求，尽力避免处理或补桩，对于高层建筑和Ra≥3000kN的管桩，在选用A、AB型桩时宜选AB型，桩身强度应适当留有余地。
d.为了确保单桩承载力特征值满足设计要求，确保施工安全，采用的沉桩设备能力宜选高吨位的，最大压桩力宜取2Ra，不宜过大。
e.沉桩的桩尖持力层宜适当好一些，使单桩承载力特征值Ra适当高一些，在不超过标准图集中的Ra值前提下，25-30层以上高层建筑的Ra值宜取3000kN-3500kN；12-23层高层建筑的Ra值宜取2500kN-3000kN，从而使布桩间距可适当大一些，相邻桩挤压影响尽量小一些。对于相邻桩桩间距小于3D的桩，应适当复压（即应将相邻桩前一根桩进行适当复压处理，防止相邻桩的挤压影响引发相邻桩隆起，将在建筑物荷载作用下可能产生过大的不均匀沉降。复压桩的稳压要求：复压3次，每次复压10s，2次间隔时间为30min、10min、10min。
f.初步使用预应力混凝土管桩期间，尤其高层或超高层建筑，应尽量做工程桩施工前试桩和工程桩施工后的高应变动测与静载试验对比，积累一定资料后，可逐步改为施工前做静测，施工后做高、低应变动测，一般较低层建筑可以不做承载力检测，仅凭压桩力即能满足设计和验收要求。
g.对初步采用预应力混凝土管桩的高层建筑工程，应开展建筑物施工期间和使用初期的沉降观测。
h.在条件基本成熟的时候，应拟定我省或合肥地区有关应用预应力混凝土管桩的地方技术标准，作为勘察、设计、施工的依据。
i.总之，为了确保成桩质量满足设计要求，归纳起来应认真做到“12个一点”，即：详勘报告评定的qsia和qpa指标要准确一点；设计计取单桩承载力特征值Ra要高一点；设计布桩数量宜适当少一点；桩间距适当大一点；相邻桩的挤压隆起现象少一点；选用管桩质量要好一点；压桩设备能力要强一点；送桩深度和压桩顺序合理一点；压桩过程桩身损坏尽力少一点；基坑开挖慎重一点，挖土机对管桩挤压影响要尽量小一点；最终成桩质量保证率高一点。
7.3 钻孔扩底嵌岩桩的使用
    对于超高层建筑单桩承载力高可采用钻孔扩底嵌岩桩，包括回转式钻扩桩、旋挖式扩底桩，必要时增加后压浆处理措施。
    回转式钻扩桩桩径一般为φ600-φ2000，可达φ2500，在中风化基岩（软岩）中可扩径600mm，回转式钻扩桩适用于摩擦端承桩，即适用嵌岩扩底桩。
    旋挖桩桩径一般为φ600-φ2000，可达φ2500，同样可采用扩孔器扩大直径约600mm。旋挖桩适用于端承摩擦桩，即适用于嵌土桩（包括强风化基岩）。其特点是成孔速度快，约比回转式钻孔桩快3.5倍以上，同时，泥浆污染比回转式钻孔桩要小的多。
    对于回转式钻孔桩和旋挖式钻孔桩，为了减少孔底沉渣，除做好清孔外，灌注桩身混凝土时，初灌量要大，可将孔底残留沉渣漂浮上来；混凝土坍落度要大，一般要求18mm-20mm；严格控制提管速度，确保导管始终插入混凝土内不少于3.0m。
    为了消除回转式钻孔桩和旋挖式钻扩桩底的沉渣，即减少桩基沉降变形量，大大提高单桩承载力，必要时，可采取后压浆处理措施，单方桩身混凝土只需增加50元后压浆施工费用，技术效果良好。
通过成桩成本分析和目前市场行情，回转式钻扩桩和旋挖式钻扩桩单方混凝土综合价只略高于人工挖孔扩底桩，有时是持平的。
7.4 地基条件较差时的桩基选用
    对于多层或小高层建筑，当地基条件较差时，可以选用水泥搅拌桩等半刚性桩复合地基；当周边环境允许时，可采用沉管夯扩桩。
    总之，对可以不采用挖孔桩的工程，应尽量少采用或避免挖孔桩。通过技术和经济分析，并考虑周边环境影响因素，合理地选用地基基础形式。