岩溶地区清水灌注桩施工工艺——以阳宝山特大桥为例

张斌，董建红，李云银

（中交二公局第二工程有限公司，西安 710119）

1 工程概况

阳宝山特大桥位于贵州省贵定县境内，全长1 112 m，桥位跨越独木河，自南向北径流，河面宽约50 m，主桥采用跨径650 m简支钢桁梁悬索桥。其中，黄平岸两索塔单个承台下设计6根直径为3.5 m的挖孔灌注桩，两塔共计24根；黄平岸塔锚引桥采用6跨先简支后连续预制T梁构造，全长252 m，桩基长度为21～42 m不等，桩径分为2 m和2.5 m 2种，施工均采用人工挖孔形式。

该地区地形复杂，地势总体中段低、东西两端高，中西部以中低山、丘陵为主，东部为丘陵、盆地、河流谷地。区域内植被茂密，山地和丘陵地表岩石风化强烈，造成材料运输不便，且地表岩石风化强烈，强风化数米至数十米不等，形成构造侵蚀、溶蚀堆积河谷地貌，地质条件差，施工期正处雨季，地下水丰富，施工难度大。

2 施工难点

清水灌注桩在地形复杂、地质条件较差的岩溶地貌中无法使用机械成孔。使用人工爆破容易造成孔壁垮塌，降低周围岩石强度，而受地下水影响，人工挖孔常出现孔内渗水现象。尤其是在混凝土灌注过程中，一旦渗水造成桩身混凝土骨料分离，无法满足强度要求，甚至经常出现断桩现象。

3 清水灌注桩主要施工工艺

3.1 护壁砌护及一次防水处理

人工挖孔桩最重要环节即为孔壁支护，护壁类型一般均为混凝土构造，分段高度根据地质状况确定，一般为1 m一节。为减少护壁渗水的发生，在护壁制作过程中，通过在护壁外部贴一层防水塑料膜的方式进行隔离，达到一次防水的效果。

护壁浇筑厚度的计算中，影响因素主要为土压力及地下水的侧压力，施工过程中荷载产生的偏压力可忽略。本项目所需的护壁厚度约9 cm，施工实际采用15 cm厚护壁，满足要求。

护壁砌护的过程中采用自制钢模板进行施工，根据孔径分4块或5块模板拼接，每次拆除上节后支下一节，反复循环使用。模板之间使用U形卡连接。第一节护壁从锁口开始，锁口高出原地面30 cm，用于定位、挡水和防止杂物跌落孔内。

3.2 孔内爆破施工

孔内爆破施工时，对于强度较小的岩层主要采用风镐开挖，电动空压机供应压缩空气。若遇到质地致密、坚硬的岩石，采用浅眼松动的爆破方法，首先在中间和周边采用预裂松动爆破工艺。人工手持风钻打设炮眼，爆破采用非电的毫秒雷管进行引爆。

当炮眼深度在硬岩层＜0.4 m时，每眼装的药量控制在0.1～0.2 kg内，软石炮眼深度应≤0.8 m，硬岩石炮眼的深度应≤0.5 m。按岩层断面的方向确定炮眼位置、数目和斜插方向，中间一组集中掏心，四周采取斜插挖边的形式。孔内爆破采用非电毫秒雷管进行起爆，严格控制炸药的用量，保证其不封堵炮眼口，避免封堵后的爆破威力过大而震塌桩孔护壁。

爆破施工期间，按照炮眼设计图确定装药量，自上而下分片分组进行，雷管对号安设，要定人、定位、定段，不得乱装药。由于采用多炮孔爆破，每孔装药为孔深的1/3左右，并依据爆破效果适当调整。孔内爆破后应先通风排烟15 min，经检查无有害气体后施工人员方可进入孔内清渣和修边处理。炮孔进行爆破作业时，相邻孔内必须停止施工作业并撤出孔外。当挖孔接近桩底设计标高50～100 cm时停止爆破，改为人工开挖，防止对基底的扰动，影响基底承载力[1]。

3.3 钢筋笼加工及下放

钢筋笼在钢筋加工场分节制作，待成孔报监理批准后使用随车吊分节运至施工地点。钢筋笼分节加工长度为9 m。钢筋笼主筋搭接采用滚轧直螺纹套筒连接，接头的套筒强度应不低于钢筋自身强度，且同一截面的接头数量不能超过50%。加工完成后用塑料套筒将直螺纹套上，避免转运期间碰坏丝牙；另外，对钢筋笼进行分节编号，以防在转运和施工的过程中出现差错。

钢筋笼采用直螺纹连接工艺施工，上下节钢筋笼加工采用“靠模法”进行精确对位。从钢筋加工场运到施工现场后，吊车将首节钢筋笼吊放入孔内，钢筋笼的中心线和桩位中心线需保持一致。钢筋笼安装的连接顺序依据制作时的编号牌分节进行。

为了保证钢筋笼起吊时不发生变形，钢筋笼吊装采用多点起吊形式。并采用长吊绳、小夹角的方法减小水平分力，起吊时顶端的吊点采用专门设计的十字吊具进行吊装，而且在钢筋笼内环用钢筋加焊三角形支撑进行加固，钢筋笼起吊至孔口位置时，提前将孔口架安装至锁口上，检查是否与孔中心对中。

钢筋笼顶下放至锁口位置后，将孔口架4侧分别插入2个销棒，钢筋笼临时固定在孔口架上，解开顶部吊点钢丝绳，再去吊装下一节钢筋笼。钢筋笼下放时主筋对准前节钢筋笼主筋，上下节主筋用直螺纹套筒连接，钢筋笼下放过程中对每一节钢筋笼附带的声测管漏水情况进行注水检查，防止桩基混凝土灌注过程中声测管进浆，造成声测管堵塞，无法进行桩基检测。

3.4 二次防水处理

因施工期间正处雨季，当地水文地质条件复杂，成孔后经常出现孔壁大面积渗水、冒水情况，影响混凝土灌注质量。以阳宝山特大桥引桥9号墩左幅4号桩为例，该桩设计桩身长度为22 m，孔深为26 m，桩径2.0 m。终孔检查时已将孔内积水抽至孔底30 cm位置，可下放钢筋笼及导管后，再次检查孔内水头高度至孔底约6～7 m。为保证施工质量，施工团队通过秒表计时的方式计算水流量，出水流量为0.001 67 m3/s。在混凝土灌注前、导管下放后，用堵漏王材料封堵孔壁的渗水部位，然后在孔口位置下放一整块环形铁皮，附着在孔壁上，用水泥钉钉至混凝土护壁，防止孔壁冒水及地下水压进一步射穿灌注混凝土，对混凝土造成影响。

验算铁皮所受压力，自重和摩擦力忽略不计，仅考虑混凝土的侧压力及护壁流水压力的影响。新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力可按式（1）和式（2）计算，取二式中的较小值：

式中，P为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力，kN/m2；γ为混凝土的重度，取2 kN/m3；t0为新浇筑混凝土的初凝时间，取8 h；β1为外加剂影响修正系数，取1.2；β2为混凝土坍落度影响修正系数，取1.15；v为混凝土的浇筑速度，取15 m/h。

式中，H为混凝土侧压力计算位置按渗水位置高度计算，最大高度取6.5 m。

通过式（1）和式（2）算得混凝土侧压力约为150 kN/m2，根据经验，一车混凝土为7.5 m3，灌入时间低于10 min，混凝土面即可上升2.3 m，而10 min渗水量为1 m3的渗透水冲击力远小于混凝土侧压力对铁皮产生的影响，故铁皮可以安全固定在护壁上。

3.5 混凝土灌注

灌注前还需检查孔底情况、导管悬空高度、灌注设备及混凝土，检查合格后方可灌注。灌注前洒水湿润混凝土料斗，方便混凝土更顺畅流入导管内部。在拌和站集中拌制混凝土，采用混凝土运输车直接运至灌注地点。运至现场后检查混凝土的坍落度，应保证在180～220 mm。不符合要求不得使用。

区别于以往人工挖孔桩混凝土灌注，为更好地保证首盘混凝土封底顺利，现场提前准备3台罐车，每车混凝土为9 m3。首批混凝土采用吊车配合料斗及泵车将混凝土灌注于料斗内。根据孔径及导管悬空高度计算出首盘混凝土下放不少于2.5 m3，此时检查孔内渗水深度并打开水泵开始抽水，水抽干后将水泵从孔底提出，防止被混凝土封入孔内，提出水泵过程中会出现时间差，将会有水流透过铁皮流至孔底，容易造成封底失败。因此，在水泵提出至首盘方量灌注前，通过向孔底抛洒适量干水泥方式进行处理，并将其搅拌形成水泥浆，避免造成首盘混凝土被孔内积水稀释、造成孔底混凝土离析、不密实、松散等情况，影响桩底质量。

导管悬空高度约0.25 cm，首次灌注将污水泵提高至少10 m位置，每车混凝土灌注后混凝土大概上升2.8 m，检查观测混凝土顶面水泥浆深度情况，并使用污水泵在表层排除水泥浆。采用9 m振动棒人工振捣的方法开始振捣，做到快插慢拔，振捣间距不能超过有效作用半径的1.5倍，振捣时间大约为20～30 s，观察混凝土表面不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛出水泥浆和外观均匀为止。振捣完成后使用测绳精准测量混凝土表面的高度，计算导管埋深，保证导管埋深为2～6 m，每次拆除导管后，导管底口的埋置深度应≥2 m。依次往复循环，直至混凝土灌注完成。排除桩顶浮浆，直至漏出骨料方可为止。

3.6 声测管及成桩检测

每根桩均按设计要求设置4根超声波检测管，声测管采用φ57 mm×3 mm钢管，延圆周均匀分布，并以辅助钢筋进行固定，使用φ70 mm×6 mm套管焊接并保证满焊无孔隙，以确保连接处不渗浆。声测管底部应预先封闭，宜用钢板焊封。

基桩混凝土浇筑完成14 d后，利用智能数字声波检测仪检测桩身质量，检测的图像中吸收波幅值越低，混凝土对超声脉冲的衰减越大，即成桩质量越好。

4 结语

岩溶地貌清水灌注桩施工工艺主要通过塑料膜和混凝土护壁砌护的方式进行一次防水处理；并根据地质条件采用风镐或浅眼松动的爆破方式开挖，然后采用非电的毫秒雷管进行引爆后逐节开挖。利用“靠模法”加工钢筋笼，分节下放；在灌注前使用薄铁皮进行二次防水处理，孔底抽水后再抛洒水泥来保证封底质量；灌注过程中，不断检测渗水量并逐车进行振捣和抽水，以保证成桩质量。