官渡河特大桥主墩超长人工挖孔群桩施工技术

邹品德（四川路桥桥梁工程有限责任公司，四川成都610015）



官渡河特大桥主墩超长人工挖孔群桩施工技术

邹品德（四川路桥桥梁工程有限责任公司，四川成都610015）

本文以官渡河特大桥10号主墩20根直径φ2.5m、长59m的群桩基础采用人工挖孔施工为例，介绍该桥在岩溶地区采用人工挖孔法施工超长群桩基础的施工工艺，为类似桥梁桩基础施工提供参考。

岩溶地区；超长；群桩；人工挖孔

1　工程概况

官渡河特大桥全长1243m，孔跨布置为9×40m先简支后连续T梁+（100+190+100）m预应力混凝土连续刚构+12×40m先简支后连续T梁。10号主墩为C50混凝土变截面薄壁空心墩，墩身高度123m；C40混凝土矩形承台结构尺寸为21× 28.5×6m；群桩基础为20根直径φ2.5m、长59m的嵌岩桩，持力层为中风化溶蚀灰岩。

桥址区属于长期强烈剥蚀、溶蚀作用形成的中低山河谷地貌。桥梁横跨官渡河，河床宽约30m，两岸为坡度和高差均较大的斜坡，局部地方为基岩陡坎，整体呈“V”型。斜坡坡面局部地方基岩出露，溶槽、溶隙等岩溶形态非常发育，两岸陡壁可见多处小型溶洞。10号主墩位于官渡河温水侧陡坡上，距离河床较近，桩顶设计标高 945.653m、桩底设计标高886.653m，官渡河常水位913.500m。

根据钻探成果表明：桥位区表层第四系覆盖层为全新统坡残积层（）粉质粘土，下伏地层岩性为三叠系下茅草铺组二段（）中风化泥质白云岩和中风化灰岩。各岩土层工程地质基本特征为：

第①层粉质粘土（0～18.2m）：稍湿，硬塑～可塑状，局部含少量碎石，厚度不均匀，连续性较差。

第②层泥质白云岩（18.2～39.5m）：泥晶结构，钙质胶结，块状构造，岩质较软，溶蚀较发育。岩芯较破碎，呈短柱状及碎块状。

第③层溶蚀灰岩（39.5～65.8m）：隐晶质结构，钙质胶结，厚层状构造，岩质较坚硬，溶蚀较发育。岩芯较完整，多呈柱状，少量呈短柱状及碎块状。

溶洞的发育不规则、无规律，小型溶洞较多，部分桩基范围内的溶洞呈糖葫芦串状，高程893.060～896.060m范围为贯通式溶洞，洞内无填充物。桥址区地下水为第四系孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水，见图1。

图1　桩基平面布置图

2　施工方案比选

岩溶地区的桥梁桩基础施工一般采用机械成孔法或人工挖孔法。采用机械成孔法施工时，宜采用冲击钻机成孔工艺，但在施工过程中易遇到漏浆塌孔、偏孔、卡钻、掉钻等事故，群桩基础施工时需分多批次成孔，施工工期较长、经济成本较高，且泥浆处置不当还会造成环境污染。人工挖孔法的适用范围较广，群桩基础施工时可一批次成孔，施工速度快、经济成本相对较低，但在超长桩基础施工时的井下作业环境差、劳动强度大、安全风险较高。

10号主墩原地面地势陡峭，基岩溶蚀发育，紧邻官渡河，河水为沿线居民的主要生活用水来源。在施工过程中，存在河水通过溶洞、溶隙等倒灌进入桩孔的可能性。综合考虑质量、安全、工期、环境保护等各种因素，决定采用人工挖孔法进行施工，若遇孔内渗水无法强力排干时再采用冲击钻机成孔。

3　挖孔桩施工

3.1施工顺序

10号主墩20根桩基一批次成孔。由于桩间净距较小，横桥向仅3.5m、顺桥向仅3.0m，为了尽可能地避免相邻桩孔护壁被爆破作业破坏，保证施工安全，相邻桩基的开孔时间应错开，按开挖深度高差不小于8m进行控制，确保在爆破作业时相邻桩孔护壁混凝土龄期达到7d、强度达到80%以上。采用梅花形开挖顺序：先开挖1#、3#、6#、8#、9#、11#、14#、16#、17# 和19#孔，挖孔进尺达到8m以上时再开挖2#、4#、5#、7#、10#、12#、13#、15#、18#和20#孔。先开挖的10个桩孔还可起到降水井的作用，利于减小后续10个桩孔的施工难度，加快施工进度。

3.2施工准备

基坑开挖线测量放样后，在线外修建截水沟。机械开挖基坑至承台设计底标高以下20cm处，开挖完成后立即进行坡面防护。在基坑周边设置排水设施，浇筑厚20cm的C30混凝土承台垫层并预留桩孔位置。桩位的测量放样必须准确无误。

岩溶地区的人工挖孔桩施工应严格遵循先超前地质钎探、后人工挖孔作业的原则。施工前必须先探明各桩位的地质构造情况，并做好周全的安全技术措施准备及进行详细的安全技术交底。本桥采用地质钻机对每个桩孔进行地质勘探并取样，钻孔深度大于设计桩长7.5m以上。根据取出的地质样本并结合设计地勘资料分析溶洞分布、构造等情况，确定相应的处理方案。

3.3护壁设计和施工

为了防止孔壁坍塌，保证施工安全，并考虑岩溶地区地质情况的复杂性，孔壁采用内齿式C30钢筋混凝土全程支护，混凝土中掺配速凝剂和早强剂。护壁上口厚度为40cm、下口厚度为30cm，每节高度≤100cm，上、下两节护壁混凝土搭接高度为5cm。孔口设置锁口并高出地面≥30cm，锁口混凝土厚度50cm。护壁内钢筋网片采用层距15cm的φ12mm环向钢筋、间距20cm的φ16mm竖向钢筋绑扎而成，上、下两节护壁的竖向钢筋应连接成整体。在稳定性较差的覆盖层内、遇较大渗水和处理溶洞时，可视实际情况采取提高护壁混凝土标号、加厚护壁、增设锚杆或缩短支护高度等措施，见图2。

考虑到若遇孔内渗水无法强力排干时需采用冲击钻机成孔，为了避免冲锤摆动破坏护壁混凝土，故人工挖孔的护壁内径较设计桩径扩大20cm即φ2.7m。

图2　内齿式钢筋混凝土护壁示意图

自行加工的护壁模板采用厚度δ3mm钢板作面板、L75mm角钢作加劲肋、上下口弦长位置各用1根L10mm角钢作横撑，每套模板由3块等尺寸的模板拼装而成，模板间采用螺栓连接，不另设支撑，以方便浇筑混凝土和下一节挖孔作业。护壁钢筋网片在孔外分片制作完成后吊装下孔，在孔内连成整体。模板安装完成后，在拌合站集中拌制混凝土、罐车运输至现场，用特制料斗吊运下孔入模、插入式振动棒振捣密实。

3.4土层开挖

土层挖掘用人工从上至下逐层用铁镐、铁锹等手持工具进行，遇硬土、软石利用风镐破碎。挖掘次序为先中间后周边，严格控制尺寸，确保护壁厚度。每次装碴量不得超过提碴桶容积的70%，遇大块孔碴必须进行破碎。孔碴装入提碴桶后，用电动提升设备提升至孔口后运至弃土场集中堆放，不允许在孔口堆放和随意乱倒。出碴时，利用上节护壁的台阶放置用钢板和型钢制作而成的“弯月”形遮盖，孔内作业人员躲避至遮盖下方，避免掉物伤人。

提升设备采用自带限位、限速、漏电保护器等安全装置的20kN电动卷扬机。提碴桶采用厚度δ3mm钢板定制成圆柱体，内径φ0.5m、高0.5m，自带可锁定的桶盖。提碴桶通过专用绳卡固定在卷扬机钢丝绳上，孔碴运至孔口后，通过提升设备旋转装置直接移至孔口外，倒入手推斗车，用人工推运至承台范围以外的临时堆放场地，再用装载机配合碴土车运输至弃土场。在挖孔施工作业过程中，不允许大型机械设备进入施工场地。

3.5岩层爆破开挖

开挖至岩层后，需进行孔内爆破。先进行孔内爆破的专项设计，采用浅眼松动爆破法进行爆破，并严格控制炸药用量，避免护壁被炸坏，减小对相邻桩孔及周边环境的影响程度。由于挖孔桩断面较小，采用全断面毫秒微差控制爆破一次成型，利用高精度毫秒电雷管实施一次点火、多次引爆，并在同一网路中按一定顺序起爆。炮眼布置方式采用“环形梅花布孔法”，由中心至桩周分别布置掏槽眼、辅助眼和周边眼，按先掏槽、再辅助、最后周边的顺序起爆，以实现微差控制爆破。炮眼深度0.8m，装药量不超过眼孔深度的1/3。爆破时相邻桩孔应错开起爆，不能同时起爆，以减小影响、确保安全。爆破施工过程中要求桩壁预留10cm、开挖至桩底时底部预留50cm，用人工加风镐凿除，见图3。

图3　爆破孔眼平面布置图

爆破作业时，所有人员必须撤离至安全范围内，不允许边爆破边施工，孔口覆盖用主动防护网和橡胶皮制成的遮盖，避免飞石伤人。爆破后必须排完烟尘，对孔内空气进行检测并合格后才能下孔作业。每次爆破后安排专人清除危石和掉落在护壁台阶上的石碴，并修补被破坏的护壁，以上工作完毕后才准进行正常施工。

采用上述施工方法进行岩层爆破开挖，振动幅度小、孔内护壁完好，对周边桩孔基本无影响，且开挖轮廓较理想，石碴大小均匀适中，开挖施工进度快，并有效确保了施工安全。

3.6孔内排水与通风

当孔内出现地下水时，应根据渗水量大小制定相应措施进行处治，避免因渗水影响正常施工和护壁混凝土质量。少量渗水采用速凝砂浆、水玻璃等材料进行封堵；较大渗水采用在出水位置埋设管道穿过护壁并用软管引至孔底，孔底设置集水坑，再用高扬程污水泵抽排；渗水量大时，则用多台大功率高扬程污水泵抽取强排。同时护壁混凝土需提高标号，掺加速凝剂、早强剂以提高早期强度。其中10#、13#、16#孔施工至河床常水位以下后的渗水量大，但分别用5台大功率高扬程污水泵抽取强排后也能较正常施工作业，故判定高程893.060～896.060m的贯通式溶洞未与河床连通，所有桩基均采用人工挖孔的方式终孔。

在10#主墩承台范围外安装1台12m3/min的大功率空压机集中送风，用钢管接至孔口，再用通风软管送入孔底。同时配备1台250kW发电机和多台3m3/min的小型空压机，确保在遇停电、机械故障等情况下时能及时通风。

3.7溶洞处理

探明溶洞位置后，施工至洞顶时应提前做好对应的安全防护工作，利用护壁台阶搭设钢管脚手架操作平台，作业人员系好安全绳，孔内机具捆好保险绳，防止发生坠落事故。利用风镐人工凿开溶洞，人员立即撤离，强制向洞内送风直至洞内气体检测合格。小型溶洞直接用C25素混凝土填充，混凝土终凝后再继续施工。在开挖至高程893.060～896.060m的贯通式溶洞时，采用P.O.32.5R水泥拌制石碴回填，固结硬化后再继续施工。

3.8钢筋笼制作安装和桩基混凝土灌注

单根桩基钢筋笼重量达16.7t，采用“预拼接长”的方式在钢筋加工厂内分节制作完成后再用汽车运输至孔口，再在孔口用5023型塔吊配合50t汽车吊分节拼装接长下放钢筋笼并准确定位。桩基钢筋笼安装完成，所有桩孔内水位稳定后，即可采用水下混凝土灌注法进行桩基混凝土施工。

4　结束语

因本桥位于岩溶地区，地质条件复杂，若采用机械成孔法施工，极易发生漏浆塌孔、偏孔、卡钻、掉钻等事故，且需分多批次成孔，施工工期长、经济成本高，且泥浆处置不当还会造成环境污染。采用人工挖孔法施工，只要措施科学、合理，不仅工艺流程简单直观，易于保证工程质量和施工安全，施工工期短、经济成本相对较低，其技术经济效益和社会效益是可观的。

［1］《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）［S］.

［2］桂业昆，邱式中.《桥梁施工专项技术手册》［M］.北京：人民交通出版社，2005：143～160.

邹品德（1980-），男，工程师，大学本科，主要从事公路桥梁施工工作。

U445.55+1

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2095-2066（2016）10-0175-02

2016-1-23