公路橋梁人工挖孔樁施工技術(shù)

何 好

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司四川分公司，四川成都610000)

1 人工挖孔灌注樁

人工挖孔灌注樁是一項(xiàng)傳統(tǒng)的橋梁樁基施工方案，在公路橋梁建設(shè)中運(yùn)用普遍。山區(qū)公路橋梁建設(shè)過程中，由于部分橋墩處于陡峭山坡上，所需樁基施工平臺難以修筑、鉆孔機(jī)械不能確保安全運(yùn)行，對此，可采用人工挖孔的方式進(jìn)行樁基施工。人工挖孔樁相對于機(jī)械鉆孔更具有經(jīng)濟(jì)效益，成孔所需施工設(shè)備簡單，能夠明確地分辨樁基是否嵌入完整的中風(fēng)化(微風(fēng)化)巖層中，盡可能保證樁基的安全性和成樁質(zhì)量。然而，人工挖孔樁危險(xiǎn)性高，隨時(shí)可能出現(xiàn)涌水、涌砂、塌方、毒氣、觸電、高空墜落、物體打擊等安全隱患。因此，人工挖孔樁應(yīng)該在滿足限制條件、確保施工人員安全的前提條件下進(jìn)行施工[1]。

2 施工方案

2.1 施工控制

2.1.1 測量控制

挖孔過程中應(yīng)嚴(yán)格控制孔位坐標(biāo)，保證樁基的垂直度。在中心點(diǎn)圓周外圍設(shè)置護(hù)樁，作為樁位偏移控制點(diǎn)；每級開挖后應(yīng)保證樁基有效孔徑并預(yù)留護(hù)壁厚度。護(hù)壁模板安裝后應(yīng)再次校核樁基孔徑大小及中心位置。待挖至孔底時(shí)符合樁基深度，放入探籠檢查孔徑大小，以保證成樁樁基的樁位坐標(biāo)、樁基長度及尺寸符合圖紙要求。

2.1.2 防孔口坍塌及山坡滾石措施

樁基位于陡峭山坡上，尤其是在土質(zhì)坡面上工作時(shí)，在開挖工作前應(yīng)采取一側(cè)卸壓、一側(cè)增壓的方法平衡孔口的四周土壓力。增壓側(cè)應(yīng)分層填壓密實(shí)；卸壓側(cè)按不小于1∶1.5的坡比進(jìn)行基坑開挖，并做好坡面臨時(shí)防護(hù)，坡腳處設(shè)置碎落臺，并修筑臨時(shí)排水溝，以防孔口坍塌及山體土石滾落。

2.1.3 孔口鎖口施工

施工前應(yīng)先平整施工場地，用小型機(jī)械挖出深1 m左右的基坑，人工修正護(hù)壁范圍；用1.5 mm厚的鋼板制作鎖口模板，采用螺栓連接，并使用木板增加穩(wěn)定性；鎖口采用鋼筋混凝土澆筑成型，澆筑時(shí)用鋼釬插搗密實(shí)。孔口四周的護(hù)壁應(yīng)高出工作平臺30 cm以上，井口周圍硬化寬度不小于60 cm(圖1)?？卓谔帒?yīng)固定圍欄，圍欄四周應(yīng)保持干凈、整潔，夜間應(yīng)設(shè)置危險(xiǎn)警示燈[2]。

圖1 人工挖孔樁鎖口圈

2.1.4 提升架的錨固

提升架落地基礎(chǔ)應(yīng)夯實(shí)，采用未篩分碎石或洞渣換填填筑，換填厚度不小于30 cm，保證提升架基礎(chǔ)平整穩(wěn)固，做好防傾覆措施。提升架須設(shè)置限位器和防脫落裝置。卷揚(yáng)機(jī)需通過配重保持運(yùn)行穩(wěn)定，配重需大于施工最大吊重要求，提升架需進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)不小于2。

2.1.5 支撐護(hù)壁施工

為了保證施工人員的安全，防止開挖后的砂層等涌入孔內(nèi)造成塌孔。人工挖孔樁應(yīng)采用開挖一級、防護(hù)一級的方案施工。開挖一級的厚度一般不超過1 m，護(hù)壁的厚度根據(jù)地質(zhì)情況等參數(shù)確定，在實(shí)際施工過程中，一般取受力最大處，即樁基最深段護(hù)壁所承受的土壓力及地下水的側(cè)壓力計(jì)算。當(dāng)土質(zhì)較差或滲水嚴(yán)重時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，可設(shè)置構(gòu)造鋼筋或增加墻身厚度以增強(qiáng)護(hù)壁強(qiáng)度。護(hù)壁采用外齒式現(xiàn)澆混凝土，采用人工振搗，可以增大護(hù)壁和圍巖的摩擦力，防止塌孔。護(hù)壁混凝土強(qiáng)度應(yīng)與樁基相同，由拌合站統(tǒng)一制作(圖2)。

圖2 挖孔樁混凝土護(hù)壁

圖中t為護(hù)壁厚度，D為挖孔樁樁身直徑，h為分段護(hù)壁高度。

2.2 挖孔施工

2.2.1 淺層施工

上部的土層和砂層挖孔，可采用鎬、鍬挖掘，遇硬質(zhì)土層時(shí)用錘、釬等先破碎再清除。開挖從中部向周邊進(jìn)行，挖孔范圍需保證樁基的尺寸和護(hù)壁的厚度大小。每一級樁孔的開挖及防護(hù)2道工序必須連續(xù)作業(yè)，即開挖一級、防護(hù)一級，保證樁孔周圍的土層穩(wěn)定，以防塌孔。施工作業(yè)時(shí)需及時(shí)排出地下水，并保證孔內(nèi)通風(fēng)順暢[3]。

2.2.2 爆破施工

當(dāng)遇到弱、微風(fēng)化巖層后宜采用淺眼松動爆破施工，采用非電毫秒管起爆。對于較軟巖，炮眼爆破深度最多為80 cm，硬質(zhì)巖為50 cm。炮眼位置、用量多少和埋置方式等應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況確定，嚴(yán)格控制炸藥用量。先爆破中間集中掏心，后斜插爆破開挖周邊。

爆破松動后人工用鎬、釬挖掘清理到位，盡快施作混凝土支撐護(hù)壁，以防塌孔和滲漏水。炮眼的標(biāo)準(zhǔn)直徑一般為φ4 cm，輔助眼與周邊眼的埋置應(yīng)深度相同。掏槽眼需多埋深10 cm，采用直眼掏槽，利于后續(xù)從中間開挖施工。周邊眼按照挖孔范圍設(shè)置，輔助眼均勻散落在中心眼周圍，豎向掏空。炮眼按梅花形交錯布置，排與排之間的距離等于同排炮眼距離的0.86倍，中間掏槽眼眼底間距控制在20 cm[4]如圖3所示。

圖3 不同巖層炮孔布置方案

爆破施工應(yīng)做好排水處理，一般排水采用集水泵排水，根據(jù)實(shí)際滲水量情況調(diào)整排水方案。當(dāng)挖孔時(shí)有水滲入，可在護(hù)壁內(nèi)設(shè)置排水軟管；若地下水豐富時(shí)，可在護(hù)壁內(nèi)增加加構(gòu)造鋼筋和增加厚度等措施，增大護(hù)壁的強(qiáng)敵，防止水流滲透造成孔內(nèi)坍塌。挖孔如遇到涌水量較大的潛水層承壓水時(shí)，可采用水泥砂漿壓灌卵石環(huán)圈，或其它有效的措施，同時(shí)可增加抽水泵以利于快速排水[5]。

爆破時(shí)所有人員應(yīng)全部撤離施工現(xiàn)場，爆破后應(yīng)采用大功率機(jī)器通風(fēng)，通風(fēng)時(shí)長不小于0.5 h；通風(fēng)完畢后，經(jīng)工作人員氣體濃度檢測儀檢查施工現(xiàn)場無有害氣體后，施工人員方可返回現(xiàn)場。人工挖孔時(shí)，每挖深50 cm左右就應(yīng)該對孔底做一次勘扦，確定孔底巖層情況后，再繼續(xù)施工。在樁底深度2 m范圍內(nèi)，需采用弱爆破等爆破手段，防止因爆破施工破壞巖層的完整性。樁基開挖時(shí)應(yīng)間隔開挖，禁止相鄰樁基同時(shí)施工。爆破時(shí)應(yīng)控制藥量和進(jìn)尺深度，每次爆破后應(yīng)檢查護(hù)壁損傷情況，若護(hù)壁出現(xiàn)開裂或松動應(yīng)及時(shí)處理。

2.3 鋼筋骨架固定

鋼筋籠在鋼筋加工場制作加工成型，采用機(jī)械連接的必須使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的螺紋套筒，連接處鋼筋頭必須打磨平整，滿足安裝要求。主筋采用直螺紋機(jī)械連接，相鄰主筋接頭應(yīng)錯開不小于1 m。加強(qiáng)箍肋設(shè)在主筋的內(nèi)側(cè)，箍筋在主筋的外側(cè)，并同主筋進(jìn)行點(diǎn)焊，制好的鋼筋骨架必須平整墊放。汽車吊作為鋼筋籠安裝的起重設(shè)備，第一節(jié)鋼筋籠放入孔內(nèi)，在鎖扣頂面采用軌道鋼水平穿過加勁箍下垂直吊住鋼筋籠。第二節(jié)鋼筋籠與第一節(jié)對準(zhǔn)后進(jìn)行機(jī)械套管連接并下放；下放時(shí)要緩慢平穩(wěn)，施工員應(yīng)隨時(shí)調(diào)整鋼筋籠垂直度，避免因吊裝機(jī)械和護(hù)壁碰撞導(dǎo)致鋼筋籠傾斜、損壞。鋼筋籠保護(hù)層使用混凝土滾輪預(yù)制塊(強(qiáng)度不低于30 MPa)，根據(jù)樁徑尺寸沿樁長每2 m設(shè)置4個。鋼筋籠下放到位后用2條與主筋直徑相同的鋼筋一端與主筋焊接，另一端固定在鎖口圈軌道鋼上，定位鋼筋籠中心后，使整個鋼筋籠頂端固定，防止?jié)沧⒒炷習(xí)r鋼筋籠偏移[6]。

2.4 混凝土灌注

對有滲水的樁基應(yīng)根據(jù)其滲水量的大小，確定混凝土的澆筑方法及混凝土材料?？變?nèi)地下水滲透速率較小時(shí)，即滲入量小于0.3 L/h，可采用干式灌注法。灌樁前應(yīng)盡可能地排除地下積水，積水最多不超過5 cm。當(dāng)?shù)叵滤疂B透速率較大時(shí)，應(yīng)視其為水下樁，按水下灌注混凝土工藝施工。

干式灌注法灌注前，應(yīng)將樁底的水抽干，采用串筒法進(jìn)行灌注，同時(shí)插入振搗器進(jìn)行振搗。混凝土從導(dǎo)管式串筒上端的溜槽傾落，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置減速裝置。串筒底離混凝土面高度控制在1.5 m以內(nèi)，并不斷移動串筒均勻布料，嚴(yán)禁用振搗棒趕漿，分層振搗高度不超過30 cm，嚴(yán)控振搗工藝，確?；炷撩軐?shí)?；炷凉嘧?yīng)連續(xù)進(jìn)行?；炷了涠纫藶?00～140 mm，灌注速度應(yīng)盡快，使混凝土對孔壁的壓力大于滲水壓力，以防水滲入孔內(nèi)。灌注過程中應(yīng)及時(shí)挖除過多的浮漿。灌注高出樁頂50 cm，應(yīng)將表面離析的混合物和水泥浮漿等清除干凈[7]。

采用水下混凝土灌注法時(shí)，應(yīng)先在樁孔內(nèi)加水至1/3樁長高度，然后采用導(dǎo)管法灌注混凝土，混凝土拌合料的塌落度宜控制在180～220 mm。導(dǎo)管可以用φ30 cm，每節(jié)為2.0～4.0 m長，分別配一節(jié)長為0.5 m、1.0 m、1.5 m的短管，由管端絲扣連接，接頭處用橡膠圈密封防水，管底節(jié)長不得小于4.0 m。下井前需做好抗拉拔和水密承壓實(shí)驗(yàn)。水密試驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)水壓力應(yīng)超過孔內(nèi)水壓0.3倍，同樣不能小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r的最大壓力p的1.3倍。令導(dǎo)管一端密封，另一端注水口與空氣壓力機(jī)連接，保證連接穩(wěn)固后，啟用壓風(fēng)機(jī)提供有壓力。若填筑不順暢時(shí)，可轉(zhuǎn)動料斗，或用鋼插輔助疏通。首批混凝土的使用量必須經(jīng)過計(jì)算確定，確保首批混凝土灌注后導(dǎo)管埋深滿足規(guī)范要求。首批混凝土填筑樁基后，應(yīng)測量樁基內(nèi)混凝土面上升高度，分析出導(dǎo)管填筑深度，若在合理范圍內(nèi)，即可正常灌注。為防止下料后鋼筋籠上浮，當(dāng)樁基內(nèi)混凝土頂面距鋼筋籠底部1 m時(shí)，需減小混凝土的下料速度。當(dāng)混凝土灌注面緩慢上升到距離骨架底4 m以上時(shí)，可拔高導(dǎo)管，使其管口高于鋼筋籠底2 m上時(shí)，即可正常灌輸。灌注開始后，應(yīng)連續(xù)灌注，保證下料充足，若前后兩次下料時(shí)間間隔過久，會影響成樁質(zhì)量。要加強(qiáng)灌注過程中混凝土面高度和混凝土灌注量的測量和記錄工作，控制埋管深度，及時(shí)拆除導(dǎo)管，導(dǎo)管最大埋深不得超過6 m，最少埋深不得低于2 m?；炷凉嘧⒁仍O(shè)計(jì)高0.8 m。在拔出最后一段長導(dǎo)管時(shí)，拔管速度要慢。采用水下混凝土灌注法需在樁基附近設(shè)置不少于樁基體積1/2的蓄水池，以便灌注時(shí)孔內(nèi)清水排放。灌注時(shí)在鎖口四周0.5 m以外采用黏土設(shè)置環(huán)形阻水，并引水至蓄水池中[8]。

3 總結(jié)及建議

人工挖孔施工方案主要側(cè)重于安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)，場地平整整潔，孔口防護(hù)到位，防止高空墜物對施工人員造成生命安全；爆破施工需統(tǒng)一管理，爆破時(shí)需撤出所有施工人員；人工開挖過程嚴(yán)格把控，開挖一級護(hù)壁需防護(hù)一級，避免塌孔；人員統(tǒng)一管理，清點(diǎn)到位，不得擅自下井作業(yè)。

人工挖孔應(yīng)采取安全的下井方式，避免發(fā)生意外。同時(shí)，爆破后的毒氣檢測需嚴(yán)格控制，施工時(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)須下放至孔底，避免出現(xiàn)人員呼吸問題。針對不同巖面的用藥及埋置深度需根據(jù)實(shí)際巖層情況選擇爆破方案，避免損害巖層的完整性。