人工挖孔桩施工遇到特殊问题的处理

中煤建筑安装工程企业

人工挖孔桩施工中碰到特殊问题的处理

撰稿人：李建文

编写单位：中煤建安第

七工程处

时间：2023年4月

人工挖孔桩施工碰到特殊问题时处理

1.人工挖孔桩具有许多长处：桩身成型直观；桩日勺施工质量宜保证；桩

承载力大；施工措施简朴，不需要使用打桩机械；一种工程上可同步

进行多桩施工等等，但由于地质土层分布出J不均匀，在人工挖孔桩

施工中常常会碰到许多特殊W、J问题，处理不及时会给工程带来较大

W、J麻烦。

2.碰到坚硬的孤石而无法掘进

人工挖孔桩一旦碰到坚硬H勺孤石而无法掘进问题非常棘手，一般在一种工

程中，人工挖孔桩多数为一柱一桩，并且桩位规定精确，这基本上排除了变更设

计桩位出J也许性。假如对岩层进行人工开凿，速度慢，工效底，劳动强度大且费

用高。比较有效的处理措施是采用爆破排除法，但在采用爆破排除法时需要处理

好如下几种问题：爆破能量不能对既有人工挖孔的井壁产生破坏；爆破能量不能

对周围正在施工的人工挖孔桩H勺已完毕的井壁产生影响；爆破能量不能对周围已

经有的建筑物日勺安全使用产生影响。微差爆破法可以很好地处理好上述三个问

题。

1.1微差爆破的概念

在相邻炮孔中应用毫秒延时雷管，以毫秒级时差按预先设计H勺间隔次序起

爆各个药包，由于各组钻孔起爆的时间间隔很短（一般在儿毫秒到儿十毫秒之

间)，为每个药包发明了多面临空条件，使被爆岩石体内存在着利于破碎日勺互相

作用。其重要长处是可将总炸药能量分割为多数较小日勺能量，减小对桩孔周围建

筑的震动影响，保护上部桩孔井壁，且爆炸后岩石日勺石块大小均匀，大块率小,

清渣轻易。

1.2微差爆破法的总的规定

(1)爆破掘进需要分层进行，不可一次布孔过深

(2)一次装药量不适宜过大，以免导致爆破能量过大对上部已成孔壁产生

破坏，一般每次爆破时深度控制在300〜500mm。

(3)采用预裂爆破保护开挖周围岩石和孔壁稳定，起减震和保护周围岩体

的作用。

1.3微差爆破的施工

(1)爆破准备。爆破是项非常危险的工作，每次爆破之前必须首先做好安

全防护T作，开设临空面，用竹脚手板或竹席覆盖井口，捽制震动和飞石，将爆

破震动和碎石块飞散控制在容许范围内，设置警戒线，保证施工过程中所有人员

处在安全日勺位置。

(2)布孔方式。炮孔有三种类型，即掏槽孔、辅助孔和周围孔。起爆时由

于处在圆心的掏槽孔首先起爆，在圆心处形成自由面，使随即起爆的辅助孔、周

围孔日勺爆破破坏方向指向圆心，从而保证了桩日勺护壁及持力层等不会受到破坏。

布孔是沿桩的四面均匀布置炮孔，凿孔是采用手持式气动凿岩机械人工操作，微

差爆破H勺炮眼直径一般为3()〜40mm,按梅花形布置(见图1)。

周边孔

掏槽孔

辅助孔

炮孔的布孔方式(图1)

炮孔的布孔数量、深度和最佳装药量等要根据桩井日勺开挖直径、所爆岩石风

化程度及裂隙发育等状况精确计算，并进行现场调整，以免桩孔破坏严重。

(3)施工程序见图2

(4)爆破后的处理与检测。爆破后要注意对现场状况进行检查，尤其

是要对哑炮进行排除。由于地质状况口勺复杂性，碰到孤石并经爆破排除后

口勺桩井孔要请地质勘察单位对持力层逐一鉴定验收，并采用多种探测手段

保证其下无溶洞和夹层存在。桩基工程完毕后对碰到特殊地质或孤石并经

处理的成桩要进行桩基承载力的检测。

1.4人工挖孔桩采用微差爆破法的施工实例

(1)工程概况。铁新煤矿产品装车仓(2018.0m)工程，建筑体积15216m3,

周围地质环境比较复杂，工程基础采用人工挖孔桩，桩径为1.2m和1.8m,桩长

12m,扩大头直径1.8m和2.4m,设计规定桩底进入中风化岩层长度不少于2m。

本工程地质状况比较复杂，土层中夹有大量的坚硬微风化砂砾岩，砂砾岩层硬度

较大，试验数据表明其抗压强度平均值到达了37.6MPa,假如采用老式的I空气压

缩机配合风镐掘进将严重地影响工程进度，若采用爆破作'也，怎样保证周围原有

建筑安全，以及保证人工挖孔桩的护壁完整性是施工日勺难点。工程现场采用了微

差爆破技术处理了施工难题，并按照工期规定顺利完毕了桩基础施工。

（2）微差爆破技术参数欧I计算。以直径L8ni人工挖孔桩进行爆破参数选择

和装药量计算，桩日勺设计护壁厚度为100mm，爆破直径为2m。炮孔布置见图3。

辅助孔3一3掏槽孔

（7个）二一'个）

323

2.2\周边孔

3t1,___^_-丫（13个）

"11

2♦rX02

3\、3

。2,卜掏槽孔

2/2-辅助孔

333-周边孔

33

微差爆破炮孔布置图（图3）

①周围孔单孔装药量计算。

周围孔数n=13个，间距460mni,排距400mm,孔深900mm,单耗2.5kg/m3。

Q周围孔二qv二K'h（R2-r£）

n

2.5X3.14XO.9X（O.952-O.552）

13

=0.326kg

取0.3kg

②掏槽孔单孔装药量计算

孔深：1m,爆破作用指数n=l,单耗2.5kg/m3,孔数n=5个。

Q掏槽孔二二

=0.50kg

5

式中w——最小抵御线。

③辅助边孔单孔装药量计算。

孔数n=7个，间距490inm,排距350mm,孔深1m,单耗2.5kg/m3

单孔装药量

2.5X3.11义（。55一'-0.2」）

Q辅助孔二qv二

7

取0.3kg

每茬爆破总装药量:

Q总二Q尚槽孔x5+Q辅助孔x7+Q周用孔x13=0.5x5+0.3x7+0.3+13=8.5kg

(3)微差爆破安全计算。

①飞石安全距离计算公式。

R飞二20%n

式中R飞一一飞石安全距离(m)

KA——安全系数；

n1——爆破作用指数，取1；

W——最小抵御线。

经计算：R飞二20X1.0X12X1.0m=20m

从计算成果可知，爆破会产生个别飞石，飞石的直线飞行距离可到达20m,

由于爆破的工作面是位于桩井内距离地面约5m如下H勺位置，因此对飞石的飞行

进行水平方向的分解，分解后的水平距离为

1.6

S=2OX---_m=5.2m

J5.铲十1.62

②通过结算可以得到，碎石口勺分解水平飞行距离在10m以内，在爆破前对

井口进行有效的覆盖，就可以控制飞石飞不出井口。

爆破振动计算。起爆药量的最大限额按下式计算：

3

cD2/V、卞

Q=R（K）

式中V——被保护目的容许的抗振速度，取4.0cm/s;

K——岩石介质系数，取160；

a——波的衰减系数，取1.6；

Q——起爆炸的药量（kg）；

R——爆源中心至目的的距离。

将各参数代入上式，可以计算出安全装药量与影响半径之间口勺关系，见表

lo

表1安全装药量与影响半径关系表

R/m5101517192030

Q/kg0.1230.993.344.866.797.9226.76

（4）微差爆破施工控制飞石口勺现场措施。通过计算,

爆破所产生口勺碎石的分解水平飞行距离在10m以内，因此，现场对爆破飞石日勺

控制重要措施是对井口进行有效覆盖。井口覆盖物重要分为两部分，一是采用钢

筋网或者铁皮等将井口盖严，保证爆破的飞石不能飞出井口；二是采用合适配重,

如泥包等重物将井口的覆盖物压住。

2.遭遇流沙地层

人工挖孔在开挖时，如遇细砂、粉砂层地质时，再加上地下水的作用，极易

形成流砂，严重时会发生井漏，影响施工进度，导致质量事故。针对不一样日勺流

砂状况采用不一样的对策。

(1)从桩井开挖施工先后次序上采用对策。人工挖孔桩在开挖过程中碰到

流沙，可以先将附近无流沙H勺桩孔挖深，使其起集水井作用。对有沙层的挖桩孔

集中抽水，集中开挖，并加紧每次开挖的速度，争取尽快穿越沙层，这样既可

以减少总抽水量，又能减少对沙层的扰动，防止大量的水土流失。

(2)缩短每次护壁的高度。将本来H勺正常每次1m左右高的护壁缩短为300〜

500mm,以减少沙层孔壁的暴露时间，并及时进行护壁混凝土灌注。

(3)采用刚柔相济维护材料堵塞。假如流沙比较严

重，会由于泥沙流走使做好的护壁塌落，碰到这种状况，可采用直径不小于

14m,长度在1.5m左右的钢筋竖向打入沙层。现场准备某些编织袋或将干稻草

编织成辫状，一边掏沙土一边用干草编织绳或编织袋堵塞泥沙，稻草具有阻挡

泥沙口勺作用，同步也能起到滤水的作用，减少水口勺压力°假如十的侧压力较大,

用稻草难以堵塞流沙时，可将削好［1勺1.5m长、30〜501nm宽的毛竹片用锤子打入

沙层，缝隙用稻草填塞。毛竹片有很好口勺韧性，同步也有一定口勺刚度，价格又很

低廉，是一种很有效的围护材料，当与混凝土浇注成为一体后还能提高混凝土

日勺抗弯能力。

(4)下钢套筒。碰到流沙状况较严重时才采用下钢套筒的措施。钢套筒与

护壁用的钢模板相似，以孔外径为直径，可提成4〜6段圆弧，再加上合适日勺肋

条，互相用螺栓或钢筋环扣连接，在开挖500mm左右，即可分片将套筒装入,

深入孔底不少于200mm,插入上部混凝土护壁外侧不不不小于500mm,装后即支

模浇筑护壁混凝土，若放入套筒后流沙仍上涌，可采用突击挖出后即用混凝土

封闭孔底日勺措施，待混凝土凝结后，将孔心部位日勺混凝土清凿以形成桩孔。

3.地下水问题

地下水是常碰到的问题，它给人工挖孔桩施工带来许多困难。含水层中的水

在开挖时破坏了其平衡状态，使周围的静态水充入桩孔内，从而影响了人工挖孔

桩的正常施工。假如碰到动态水压土层施工，不仅开挖困难，连护壁混凝土也易

被水压冲刷穿透，发生桩身质量问题。如碰到了细砂、粉砂土层，在压力水H勺作

用下，也极易发生流砂和井漏现象。处理措施：

（1）地下水量不大时，可选用潜水泵抽水，边抽水边开检，成孔后及时浇筑

对应段的混凝土护壁，然后继续下一段口勺施工。

（2）碰到井内水量较大，当使用水泵进行抽水也不能满足正常施工规定时,

可以采用此外一种措施，调整各桩的挖桩施工次序，增长对周围桩孔的抽水频

率，以减少流入开挖桩孔内口勺涌水量.合理安排挖井的次序，交替循环进行各个

桩孔成孔开挖施工，满足安全桩孔开挖施工的需要。

（3）可在场地四面合理布置统一的轻型管井降水分流，对基础平面占地较

大时，也可增长降水管井日勺排数。

（4）抽水时环境的影响。有时施工周围环境特殊，一

是周围基础设施等影响较多，不容许无限制抽水；二是周围有河流、沼泽等，不

也许无限制到达抽水目H勺。处理此类问题最有效H勺措施是截断水源，封闭水路。

桩孔较浅时，可用板桩封闭；桩孔较深时，用钻孔压力灌浆形成帷幕挡水，以保

证在正常抽水时，到达正常开挖。

（5）根据实际状况合理安排人工挖孔桩的施工次序。

在也许条件下，先施工较浅的桩孔，后施工较深日勺桩孔。由于一般桩孔愈深，施

工难度相对愈大。较浅的桩孔施工后，对上部土层日勺稳定起到加固作用，也减少

了深孔施工时H勺压力。在含水层或有动水压力的土层中施工，应先施工外围（或

迎水部位）的桩孔，这部分桩孔混凝土护壁完毕后，可保留少许桩孔先不浇筑桩

身混凝土，而作为排水井，以以便其他孔位施工，保证桩孔口勺施工速度和成孔质

量。

4.钢护筒穿越淤泥质夹层土

挖孔桩在碰到流动性淤泥质土层等软弱土层时的成孔措施与处理流沙层的

基本相似，对于淤泥层夹层的土质可采用钢护筒穿越的施工措施。详细可分为如

下几种施工环节：

（1）将钢板（3mm左右厚）做成筒状，钢板缝焊满，为增长钢护筒的刚度，在

钢护筒的外壁每隔500mm做钢筋加劲箍（钢筋直径可采用14mm左右），钢护

筒的长度以穿越淤泥层后进入另一类土层500mm的长度为准。

（2）钢护筒吊放下桩孔，校正位置和垂直度。

（3）在钢护筒上平放2〜3条槽钢，在槽钢中间放一台平板振动器，并在旁边

满堆沙袋做配重（配重W、J总重量可根据淤泥层的厚度考虑，配重应尽量重某些），

沙袋最佳进行筒单的固定，可采用与钢护筒加劲箍直径相似日勺钢筋做钢筋笼，沙

袋放在钢筋笼内，而钢筋笼H勺竖向钢筋又刚好叉在护筒壁上。

（4）开平板振动器，在平板振动器的振动和沙袋重量的共同作用下，钢护筒

逐渐下沉并穿越淤泥层。

（5）钢护筒下沉时的注意要点。

①钢护筒在下沉过程中一定要保证垂直。

②下沉日勺配重的重量要均匀分布，即沙袋一定要均匀堆放。

③钢护筒必须一次穿越淤泥层，否则钢护筒会在淤泥层的侧

压力的挤压作用下不能继续下沉。

5.在地下水和淤泥土层中的桩身混凝土的浇筑

5.1孔底积水

在抽干孔底水时，要在抽水的潜水泵上装设止回阀，保证提出水泵时，不致

使抽水管中残留水又流入桩孔内。

假如孔内由于地下水不停涌入而不干，将水泵提上后，可用部分干拌混凝土

混合料或干水泥铺入孔底，然后再浇注混凝土。

假如孔底水量大，确实无法采用抽水的措施处理，桩身混凝土口勺施工就应当

采用水下浇筑施TT艺了0

5.2孔壁渗水

对孔壁渗水，不容忽视，因桩身混凝土浇筑时间较长，假

如渗水过多，将会影响混凝土质量，减少桩身混凝土强度，可在桩身混凝土浇筑

前采用防水材料封闭渗漏部位。对于出水量较大的孔可用木楔打入，周围再用防

水材料封闭，或在集中漏水部分嵌入泄水管，装上阀门，在施工桩孔时打开阀门

让水流出，浇筑桩身混凝土时，再关闭，这样也可处理其影响桩身混凝土质量W、J

问题。

6,采用冻结法处理不利土层

冻结法处理地基重要技术内容是运用人工制冷的措施把土壤中H勺水冻结成

冰，形成冻土帷幕，用人工冻土帷幕构造体来抵御水土压力，防止桩孔壁日勺塌陷,

以保证人工开挖工作顺利进行。对于地下水位较高，淤泥和淤泥质等不利人工挖

孔桩成孔的地质土层，采用冻结法是一种有效地措施。对于含水量不小于10%日勺

任何含水、松散、不稳定地层均可采用冻结法施工技术，土层通过冻结可以有效

隔绝地下水渗透桩井孔内。

6.1.人工挖孔桩冻结法施工重要技术内容冻结法施工技术关键是确定冻结

深度、冻结壁厚度、冻结方式、冻结孔布置、冻结需冷量计算等关键要素。

（1）冻结深度确实定。为保证人工挖孔时的安全，需要采用桩基全长冻结。

为保证桩底冻结止水垫封水可靠，冻结深度需要超过桩底。

（2）冻结壁厚确实定。冻结壁厚度可根据桩基周围地压值与冻土抗压强度

按照无限长厚壁圆筒理论进行计算确定。

1）桩基周围地乐计算"根据地质水文状况、十壤的含水量，地床可参照地

质及多种不利原因，按悬浮理论由重液公式计算：

P=rXhXA+Rw

或P=1.3H

式中r=土日勺重度（kN/m3）;

A=土侧压力系数,A=tan（45-4/2）2

H=深度

RwbK压力

取以上两个公式计算值最大者作为最大地压。

2)冻结壁厚度计算,根据冻结壁弹塑性理论，按无限长厚壁圆筒计算冻结

壁厚度为

E=R{{(au)/[(au)-2p]}1/2-1}

式中R——冻结井壁半径；

(au)——冻土抗压强度；

E——冻结壁厚

P——桩基周围地压

(3)冻结方式。为保证工作面的温度满足混凝土口勺养护规定及减少冻结孔

口勺冷量损失，可采用局部冻结方式。

(4)冻结孔区I布置c根据桩基开挖时的孔径及冻结壁厚度的规定，将冻结

孔布置成圆筒状，共分为外圈、中圈和内圈三种，其中外圈孔为主排孔，中圈及

内圈孔为桩内封底孔。现场为了掌握实际日勺冻结效果，需要布置测温孔，测温孔

应视现场状况布置在冻结有效发展范围内，并尽量布在间距最大的冻结孔附近0

(5)冻结需冷量计算。考虑施工期地区的气候条件，总需冷量为

Q=1.15nsHq

式中n——冷冻管根数；

S——冷冻管直径；

H——冷冻深度；

q——冷冻管吸冷量；

6.2施工工艺流程根据冷冻法施工规定，制定冷冻法人工挖孔施工工艺

流程如下:

1）冻结孔施工（包括冻结打钻及冷冻管安装）。

2）冷冻平台搭设，冷冻机组安装调试。

3）冷冻管道安装并开始进行冷冻期冷冻。

4）桩孔开挖并维持冷冻。

5）下放钢筋笼并停止冷冻。

6）浇筑桩基混凝土。

7）成桩。

6.3施工监测为了随时理解冷冻法施工效果，施工过程中应进行如下几

种方面的检测;

1）冻结制冷系统口勺检测，重要包括盐水温度、压力、运转效率等几种方面，根

据检测成果，随时调整指标，以满足冻结需要。

2）测温孔测温记录，及时掌握冻结的发展状况。

3）桩孔开挖后，及时检测冻结壁的变形状况，规定冻结壁口勺变形量不不小于

5mm,如出现意外状况，必须及时施加临时支护井圈背板。

4）桩基混凝土浇筑后，运用浇筑混凝土前在桩内埋设的温度传感器，检测混

凝土的养护温度，并及时绘制温度变化曲线，着重检测孔壁和桩底等位置。

5）在承台施工前，对桩基混凝土进行钻芯取样，根据钻芯取样成果最终鉴定

冻结法施工桩基混凝土出J质量。

6.4冻结法人工挖孔法施工特点

1）冻结法施工技术是运用人工制冷H勺措施把土壤中日勺水冻结成冰形成冻土

帷幕，用人工冻土帷幕构造来抵御水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行。

2）采用冻结法将土壤冻结后可有效隔绝地下水入侵，其抗渗透性是其他任

何措施不能想比的，对于含水量不小于10%口勺任何含水、松散、不稳定地层均可

采用冻结法施工技术。

3）冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件、地质条件灵活布置和调整，冻

土强度可达550Mpa,能有效提高工效。

4）冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪声小，冻结结束后,

冻土墙融化，不影响建筑物周围地下构造。

5）冻结法施工用于桩基施工或其他工艺平行作业，能有效

缩短施工工期。

6）采用冻结法施工，桩井侧壁不需下沉钢护筒，减少了施工难度，并且能有

效地隔绝地下水，实现干作业。

7.人工挖孔桩混凝土质量缺陷的修复

人T挖孔桩桩身混凝十H勺密实性，是保证混凝十到达设计规定强度的必要条

件。但由于在桩身混凝土浇筑施工过程中会碰到许多意想不到日勺麻烦，诸如碰到

地下水、流沙、淤泥质等不利土层；施工过程中对混凝土水灰比控制不严；混凝

土日勺离析问题；混凝土在持续浇注过程中由于都市交通原因引起浇筑中断等等,

这些原因都会导致桩身混凝土出现质量缺陷。

为保证桩身混凝土浇筑日勺密实性，在混凝土施工过程中除了注意采用串溜筒

下料及分层振捣浇筑、控制浇筑速度、在有地下压力水状况时，集中足够的J混凝

土短时间浇入，以便领先混凝土自身重量压住水流的渗透等等措施之外，对于已

经浇筑完毕日勺桩出现了混凝土质量缺陷，一般应视桩身混凝土缺陷位置相对于

基坑底标高的深度不一样而采用对应的处理措施。

7.1桩身混凝土缺陷位置相对于基坑底标高的深度较浅

所谓桩身混凝土缺陷位置相对于基坑底标高的深度较浅是指桩身混凝土缺

陷的位置至基坑土方开挖设计底标高的垂直距离在3〜4m内。假如土层的土质优

良，这个距离可以大某些：假如土质差，这个距离也许还会小些。

只要能沿着桩身向下开挖土方，可以将缺陷混凝土暴露出来，并保证能有工

作面对有缺陷桩身混凝土进行凿除，然后重新浇筑混凝土进行接桩处理，这种处

理措施是比较有效和简易的。

对缺陷桩身混凝土施工时要注意几点：

1）对原桩身混凝土表面要做凿毛，在浇注混凝土前应涂刷结合剂，保证新老

混凝土区I结合质量。

2）接桩采用欧I混凝土强度等级要比原设计桩身混凝土高一种等级。

3）接桩施T尽量迅速，在新浇混凝十内适量掺加早强剂（水泥用量的2%左

右）。

7.2桩身混凝土缺陷位置相对于基坑底标高的深度较深

实际上只要碰到不利的土层，沿着桩身向下开挖土方后会导致边坡的塌方,

现场条件不能保证有工作面进行混凝土凿除和接桩施工日勺均属此类状况。假如不

考虑补桩或在上部构造上增长措施等措施，单就处理桩身混凝土缺陷日勺措施而

言，可采用高压注浆补强的措施对桩身混凝土缺陷进行补强。

（1）高压注浆补强W、J措施，即采用风钻沿桩身垂直钻孔，穿越离析层，然

后以高压注浆添补离析层的空间。对桩身混凝土进行高压注浆需要事前确定如下

几种方面的问题。

1）钻孔位置确实定。一根桩截面上一般要设三个注浆孔位，三孔按圆内正

三角形布位，每个孔距离圆周围垂直距离为0.5R,（R为圆半径）。

钻孔一.2------A桩身

注浆孔钻孔的位置示意图

2）高压注浆钻孔的孔径。为了减少后钻孔对原构造的影响，钻孔的孔径不

能太大，但为了保证水泥浆能畅通地进入桩体的缺陷层，同步要便于施工操作中

注浆管的插入和进行注浆，钻孔的孔径又不能太小.假如选择注