公路桥梁人工挖孔桩施工技术

2022-11-09何好

四川建筑 2022年5期

何好

(中交公路规划设计院有限公司四川分公司，四川成都610000)

1 人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩是一项传统的桥梁桩基施工方案，在公路桥梁建设中运用普遍。山区公路桥梁建设过程中，由于部分桥墩处于陡峭山坡上，所需桩基施工平台难以修筑、钻孔机械不能确保安全运行，对此，可采用人工挖孔的方式进行桩基施工。人工挖孔桩相对于机械钻孔更具有经济效益，成孔所需施工设备简单，能够明确地分辨桩基是否嵌入完整的中风化(微风化)岩层中，尽可能保证桩基的安全性和成桩质量。然而，人工挖孔桩危险性高，随时可能出现涌水、涌砂、塌方、毒气、触电、高空坠落、物体打击等安全隐患。因此，人工挖孔桩应该在满足限制条件、确保施工人员安全的前提条件下进行施工[1]。

2 施工方案

2.1 施工控制

2.1.1 测量控制

挖孔过程中应严格控制孔位坐标，保证桩基的垂直度。在中心点圆周外围设置护桩，作为桩位偏移控制点；每级开挖后应保证桩基有效孔径并预留护壁厚度。护壁模板安装后应再次校核桩基孔径大小及中心位置。待挖至孔底时符合桩基深度，放入探笼检查孔径大小，以保证成桩桩基的桩位坐标、桩基长度及尺寸符合图纸要求。

2.1.2 防孔口坍塌及山坡滚石措施

桩基位于陡峭山坡上，尤其是在土质坡面上工作时，在开挖工作前应采取一侧卸压、一侧增压的方法平衡孔口的四周土压力。增压侧应分层填压密实；卸压侧按不小于1∶1.5的坡比进行基坑开挖，并做好坡面临时防护，坡脚处设置碎落台，并修筑临时排水沟，以防孔口坍塌及山体土石滚落。

2.1.3 孔口锁口施工

施工前应先平整施工场地，用小型机械挖出深1 m左右的基坑，人工修正护壁范围；用1.5 mm厚的钢板制作锁口模板，采用螺栓连接，并使用木板增加稳定性；锁口采用钢筋混凝土浇筑成型，浇筑时用钢钎插捣密实。孔口四周的护壁应高出工作平台30 cm以上，井口周围硬化宽度不小于60 cm(图1)。孔口处应固定围栏，围栏四周应保持干净、整洁，夜间应设置危险警示灯[2]。

图1 人工挖孔桩锁口圈

2.1.4 提升架的锚固

提升架落地基础应夯实，采用未筛分碎石或洞渣换填填筑，换填厚度不小于30 cm，保证提升架基础平整稳固，做好防倾覆措施。提升架须设置限位器和防脱落装置。卷扬机需通过配重保持运行稳定，配重需大于施工最大吊重要求，提升架需进行抗倾覆验算，稳定系数不小于2。

2.1.5 支撑护壁施工

为了保证施工人员的安全，防止开挖后的砂层等涌入孔内造成塌孔。人工挖孔桩应采用开挖一级、防护一级的方案施工。开挖一级的厚度一般不超过1 m，护壁的厚度根据地质情况等参数确定，在实际施工过程中，一般取受力最大处，即桩基最深段护壁所承受的土压力及地下水的侧压力计算。当土质较差或渗水严重时，根据实际情况，可设置构造钢筋或增加墙身厚度以增强护壁强度。护壁采用外齿式现浇混凝土，采用人工振捣，可以增大护壁和围岩的摩擦力，防止塌孔。护壁混凝土强度应与桩基相同，由拌合站统一制作(图2)。

图2 挖孔桩混凝土护壁

图中t为护壁厚度，D为挖孔桩桩身直径，h为分段护壁高度。

2.2 挖孔施工

2.2.1 浅层施工

上部的土层和砂层挖孔，可采用镐、锹挖掘，遇硬质土层时用锤、钎等先破碎再清除。开挖从中部向周边进行，挖孔范围需保证桩基的尺寸和护壁的厚度大小。每一级桩孔的开挖及防护2道工序必须连续作业，即开挖一级、防护一级，保证桩孔周围的土层稳定，以防塌孔。施工作业时需及时排出地下水，并保证孔内通风顺畅[3]。

2.2.2 爆破施工

当遇到弱、微风化岩层后宜采用浅眼松动爆破施工，采用非电毫秒管起爆。对于较软岩，炮眼爆破深度最多为80 cm，硬质岩为50 cm。炮眼位置、用量多少和埋置方式等应根据实际地质情况确定，严格控制炸药用量。先爆破中间集中掏心，后斜插爆破开挖周边。

爆破松动后人工用镐、钎挖掘清理到位，尽快施作混凝土支撑护壁，以防塌孔和渗漏水。炮眼的标准直径一般为φ4 cm，辅助眼与周边眼的埋置应深度相同。掏槽眼需多埋深10 cm，采用直眼掏槽，利于后续从中间开挖施工。周边眼按照挖孔范围设置，辅助眼均匀散落在中心眼周围，竖向掏空。炮眼按梅花形交错布置，排与排之间的距离等于同排炮眼距离的0.86倍，中间掏槽眼眼底间距控制在20 cm[4]如图3所示。

图3 不同岩层炮孔布置方案

爆破施工应做好排水处理，一般排水采用集水泵排水，根据实际渗水量情况调整排水方案。当挖孔时有水渗入，可在护壁内设置排水软管；若地下水丰富时，可在护壁内增加加构造钢筋和增加厚度等措施，增大护壁的强敌，防止水流渗透造成孔内坍塌。挖孔如遇到涌水量较大的潜水层承压水时，可采用水泥砂浆压灌卵石环圈，或其它有效的措施，同时可增加抽水泵以利于快速排水[5]。

爆破时所有人员应全部撤离施工现场，爆破后应采用大功率机器通风，通风时长不小于0.5 h；通风完毕后，经工作人员气体浓度检测仪检查施工现场无有害气体后，施工人员方可返回现场。人工挖孔时，每挖深50 cm左右就应该对孔底做一次勘扦，确定孔底岩层情况后，再继续施工。在桩底深度2 m范围内，需采用弱爆破等爆破手段，防止因爆破施工破坏岩层的完整性。桩基开挖时应间隔开挖，禁止相邻桩基同时施工。爆破时应控制药量和进尺深度，每次爆破后应检查护壁损伤情况，若护壁出现开裂或松动应及时处理。

2.3 钢筋骨架固定

钢筋笼在钢筋加工场制作加工成型，采用机械连接的必须使用经检验合格的螺纹套筒，连接处钢筋头必须打磨平整，满足安装要求。主筋采用直螺纹机械连接，相邻主筋接头应错开不小于1 m。加强箍肋设在主筋的内侧，箍筋在主筋的外侧，并同主筋进行点焊，制好的钢筋骨架必须平整垫放。汽车吊作为钢筋笼安装的起重设备，第一节钢筋笼放入孔内，在锁扣顶面采用轨道钢水平穿过加劲箍下垂直吊住钢筋笼。第二节钢筋笼与第一节对准后进行机械套管连接并下放；下放时要缓慢平稳，施工员应随时调整钢筋笼垂直度，避免因吊装机械和护壁碰撞导致钢筋笼倾斜、损坏。钢筋笼保护层使用混凝土滚轮预制块(强度不低于30 MPa)，根据桩径尺寸沿桩长每2 m设置4个。钢筋笼下放到位后用2条与主筋直径相同的钢筋一端与主筋焊接，另一端固定在锁口圈轨道钢上，定位钢筋笼中心后，使整个钢筋笼顶端固定，防止浇注混凝土时钢筋笼偏移[6]。

2.4 混凝土灌注

对有渗水的桩基应根据其渗水量的大小，确定混凝土的浇筑方法及混凝土材料。孔内地下水渗透速率较小时，即渗入量小于0.3 L/h，可采用干式灌注法。灌桩前应尽可能地排除地下积水，积水最多不超过5 cm。当地下水渗透速率较大时，应视其为水下桩，按水下灌注混凝土工艺施工。

干式灌注法灌注前，应将桩底的水抽干，采用串筒法进行灌注，同时插入振捣器进行振捣。混凝土从导管式串筒上端的溜槽倾落，必要时应设置减速装置。串筒底离混凝土面高度控制在1.5 m以内，并不断移动串筒均匀布料，严禁用振捣棒赶浆，分层振捣高度不超过30 cm，严控振捣工艺，确保混凝土密实。混凝土灌注应连续进行。混凝土塌落度宜为100～140 mm，灌注速度应尽快，使混凝土对孔壁的压力大于渗水压力，以防水渗入孔内。灌注过程中应及时挖除过多的浮浆。灌注高出桩顶50 cm，应将表面离析的混合物和水泥浮浆等清除干净[7]。

采用水下混凝土灌注法时，应先在桩孔内加水至1/3桩长高度，然后采用导管法灌注混凝土，混凝土拌合料的塌落度宜控制在180～220 mm。导管可以用φ30 cm，每节为2.0～4.0 m长，分别配一节长为0.5 m、1.0 m、1.5 m的短管，由管端丝扣连接，接头处用橡胶圈密封防水，管底节长不得小于4.0 m。下井前需做好抗拉拔和水密承压实验。水密试验时，导管内水压力应超过孔内水压0.3倍，同样不能小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时的最大压力p的1.3倍。令导管一端密封，另一端注水口与空气压力机连接，保证连接稳固后，启用压风机提供有压力。若填筑不顺畅时，可转动料斗，或用钢插辅助疏通。首批混凝土的使用量必须经过计算确定，确保首批混凝土灌注后导管埋深满足规范要求。首批混凝土填筑桩基后，应测量桩基内混凝土面上升高度，分析出导管填筑深度，若在合理范围内，即可正常灌注。为防止下料后钢筋笼上浮，当桩基内混凝土顶面距钢筋笼底部1 m时，需减小混凝土的下料速度。当混凝土灌注面缓慢上升到距离骨架底4 m以上时，可拔高导管，使其管口高于钢筋笼底2 m上时，即可正常灌输。灌注开始后，应连续灌注，保证下料充足，若前后两次下料时间间隔过久，会影响成桩质量。要加强灌注过程中混凝土面高度和混凝土灌注量的测量和记录工作，控制埋管深度，及时拆除导管，导管最大埋深不得超过6 m，最少埋深不得低于2 m。混凝土灌注要比设计高0.8 m。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢。采用水下混凝土灌注法需在桩基附近设置不少于桩基体积1/2的蓄水池，以便灌注时孔内清水排放。灌注时在锁口四周0.5 m以外采用黏土设置环形阻水，并引水至蓄水池中[8]。