人工挖孔灌注樁在市政橋梁工程中的應(yīng)用實(shí)踐

曾芳芳

中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門(mén)分公司

1 工程概況

云頂路空中自行車(chē)道位于云頂路BRT高架橋下，起點(diǎn)為BRT洪文站，終點(diǎn)為BRT縣后站，路線全長(zhǎng)7.576km，工期140天，總造價(jià)4.84億。全線除忠侖公園段170m采用路基段外，其余均采用高架橋形式，沿BRT橋梁中心線兩側(cè)布置，橋梁上部為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，下部為鋼墩柱結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為樁基礎(chǔ)；樁基共計(jì)384根，其中樁徑Φ1.3m共190根，Φ1.6m共83根，Φ1.8m共111根。

2 方案的選定

因本項(xiàng)目工期緊，按施工總進(jìn)度計(jì)劃384根樁基礎(chǔ)工期只有45天，需多工作面同時(shí)進(jìn)行。項(xiàng)目大部分樁基礎(chǔ)位于原BRT 高架橋下綠化帶內(nèi)側(cè)，地下市政管線繁雜，橋下凈空受限。根據(jù)鉆探揭露，該項(xiàng)目擬建場(chǎng)地多為填土層和風(fēng)化巖層，持力層埋藏較淺，單根設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)在15m左右。比較旋挖鉆成孔樁，沖擊鉆成孔樁，沉入樁等，人工挖孔樁不需要大型機(jī)械設(shè)備、施工方便、速度較快，同時(shí)受力性能可靠，結(jié)構(gòu)傳力明確，而且根據(jù)本項(xiàng)目的情況人工挖孔樁施工成本也更低，所以本項(xiàng)目?jī)?yōu)先采用人工挖孔樁。

3 施工工藝流程

以下為人工挖孔灌注樁工藝流程圖

圖1 人工挖孔樁施工工藝流程圖

4 挖孔樁施工方法

4.1 放線、井圈施工

（1）樁位定線。確定好樁位中心，樁孔開(kāi)挖尺寸線按以樁位中心為圓心，以護(hù)壁厚度加樁半徑為半徑畫(huà)出的圓周線。

（2）井圈鎖口施工。。挖孔前需先澆筑井圈鎖口，可避免因地表水流入樁孔內(nèi)或者孔周?chē)耐潦羧肟變?nèi)而造成安全事故。井圈采用C25混凝土澆筑，厚度為25cm，高30cm，井圈預(yù)埋鋼筋與第一圈護(hù)壁相連接。

4.2 人工開(kāi)挖

（1）因本項(xiàng)目工期緊，所以人工挖孔需多工作面同時(shí)進(jìn)行開(kāi)挖，全線分為192個(gè)作業(yè)小組，每小組開(kāi)挖2個(gè)樁孔，即第一個(gè)樁孔護(hù)壁未拆模時(shí)，開(kāi)挖第二個(gè)樁孔，循環(huán)作業(yè)，每個(gè)小組3人，井下1人，井上2人（1人使用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，1人指揮及出渣），輪流下井。開(kāi)挖時(shí)分層開(kāi)挖，開(kāi)挖完該層立即支護(hù)。對(duì)于土層開(kāi)挖采用人工用尖鎬、鐵鍬開(kāi)挖，風(fēng)化層、中風(fēng)化層用空壓機(jī)破碎開(kāi)挖。開(kāi)挖次序先中間后周邊，允許開(kāi)挖誤差30mm。開(kāi)挖直徑為樁徑加2倍的壁厚，護(hù)壁采用內(nèi)齒式，截面為梯形狀，上壁厚20cm，下壁厚10cm。

（2）一般地質(zhì)情況下每層挖深1m，開(kāi)挖完需及時(shí)澆筑混凝土，當(dāng)天挖完的孔當(dāng)天必須澆筑完護(hù)壁混凝土。

（3）當(dāng)開(kāi)挖深度達(dá)到6m 時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，當(dāng)開(kāi)挖深度大于10m時(shí)，必須采取機(jī)械通風(fēng)措施，保證施工人員安全。

（4）土方（石渣）從井孔內(nèi)采用鐵桶或籮筐、定制提升架進(jìn)行提運(yùn)，棄置于井口以外臨時(shí)堆放，再用小型車(chē)運(yùn)出場(chǎng)地外。

4.3 護(hù)壁施工

（1）護(hù)壁模板為鋼制，拼裝緊密，支撐牢固不變形，可上下節(jié)重復(fù)周轉(zhuǎn)使用。模板底要和每節(jié)段開(kāi)挖底的土層頂靠緊。為保證護(hù)壁的支撐強(qiáng)度，上節(jié)護(hù)壁與下節(jié)護(hù)壁要搭接5cm～10cm。為防止內(nèi)模因受漲力而變形，每節(jié)模板的上下端可各設(shè)置一道內(nèi)鋼圈作為內(nèi)側(cè)支撐。第一節(jié)護(hù)壁以高出地坪300mm。

（2）護(hù)壁鋼筋在鋼筋加工場(chǎng)制作好后，小平板車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)人工安裝。如地質(zhì)情況不好，可在護(hù)壁混凝土中增加間距200mm環(huán)向光圓鋼筋Φ8；間距300mm 縱向鋼筋Φ12；間距400mm 上下護(hù)壁連接鋼筋Φ8，均采用綁扎連接。

（3）樁孔護(hù)壁每挖完一節(jié)，應(yīng)立即立剛模澆筑混凝土，護(hù)壁厚度為20cm～10cm，混凝土強(qiáng)度為C25，坍落度80mm～100mm。用吊桶運(yùn)混凝土至澆筑部位，人工入模，采用50mm 插入式振動(dòng)棒或插扦搗固，振搗過(guò)程中要避免碰觸鋼筋及模板。因本項(xiàng)目工期緊，所以在護(hù)壁混凝土中加入水泥用量1%～2%的早強(qiáng)劑。

4.4 垂直運(yùn)輸設(shè)置、安裝孔口護(hù)欄、照明、通風(fēng)設(shè)施

（1）澆筑完第一節(jié)樁孔后，便可設(shè)置垂直運(yùn)輸支架。支架要求搭設(shè)穩(wěn)定、牢固。在支架上方搭設(shè)防水雨棚防止雨水進(jìn)入樁內(nèi)。

（2）在垂直運(yùn)輸架上安裝滑輪組，穿卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩和吊桶。運(yùn)上來(lái)的土方再手推車(chē)推至農(nóng)用車(chē)位置運(yùn)走。

（3）吊桶安裝時(shí)，應(yīng)使其與樁孔中心重合，這樣在挖土?xí)r可在直觀上檢測(cè)樁位中心和護(hù)壁支模中心線。

（4）為了確保施工安全，防止高處墜落、傾覆等事故發(fā)生，特進(jìn)行以下驗(yàn)算。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工及吊桶承重力，吊桶運(yùn)土的最大容許質(zhì)量為80kg（含水份），采用6×19、直徑為的軟鋼絲繩作業(yè)。

圖2 挖孔開(kāi)孔示意圖

圖3 鋼筋錕轆提升裝置示意圖

①鋼絲繩的破斷控力。在現(xiàn)場(chǎng)工作中，當(dāng)計(jì)算精度要求不高，我們可以采用下式估算鋼絲繩的破斷拉力：

式中：

SP——鋼絲繩的破斷拉力，N；

d——鋼絲繩的直徑，mm。

所以

為了確保鋼絲繩在使用過(guò)程中不斷裂，保證作業(yè)安全，我們?nèi)∫粋€(gè)安全系數(shù)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，安全系數(shù)一般取5-6。

所以SP現(xiàn)實(shí)=SP/（5-6）=10000-8333N

遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼絲繩實(shí)際工作中的最大起重重量800N，所以實(shí)際操作中鋼絲繩不會(huì)發(fā)生斷裂。

②卷?yè)P(yáng)機(jī)的抗傾覆力。施工中我們用土包配重的方法來(lái)保持卷?yè)P(yáng)機(jī)兩端平衡，取1.5 的保障系數(shù)，卷?yè)P(yáng)機(jī)的受力即為實(shí)際重量80kg，所以實(shí)際配重80×1.5=120kg，即只要配重120kg，卷?yè)P(yáng)機(jī)就不會(huì)發(fā)生傾覆事故。

（5）通風(fēng)照明?？變?nèi)應(yīng)設(shè)置照明系統(tǒng)，照明燈泡要防水帶罩的，功率為100W，12V低壓電壓。電纜為防水絕緣電纜。

當(dāng)挖孔深度超過(guò)5m 時(shí)要先送風(fēng)才能下井，送風(fēng)時(shí)間保證在15min以上，每天下井前要進(jìn)行有毒有害氣體的檢測(cè)。送風(fēng)嚴(yán)禁用空壓機(jī)，要用專(zhuān)業(yè)設(shè)備，送風(fēng)后必須對(duì)孔內(nèi)氣體進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢測(cè)合格人才能下去。

4.5 拆第一節(jié)護(hù)壁模

護(hù)壁模板可以上下節(jié)周轉(zhuǎn)使用。護(hù)壁拆模強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到2.5MPa 以上。拆模后如發(fā)現(xiàn)有蜂窩現(xiàn)象，可用M15 水泥砂漿修補(bǔ)。

4.6 在護(hù)壁上投測(cè)標(biāo)高及樁位十字軸線

做好一節(jié)樁孔護(hù)壁后，在孔口用十字線對(duì)中，孔中心吊線檢查該節(jié)護(hù)壁的垂直度和內(nèi)徑，同一平面上的護(hù)壁任意內(nèi)徑的極差應(yīng)控制在50mm 以?xún)?nèi)。為了檢查工作方便、準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)可自制檢查工具如圖4。

圖4 樁孔檢查示意圖

4.7 檢查持力層后清孔，樁孔驗(yàn)收

將樁孔挖至設(shè)計(jì)深度，清除虛土或石渣，土質(zhì)情況、剛性角是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)樁中心、直徑、垂直度、深度、擴(kuò)底尺寸、持力層情況檢查驗(yàn)收成孔以后必須對(duì)樁中心、直徑、垂直度、深度、擴(kuò)底尺寸、嵌巖深度、巖石、持力層情況檢查驗(yàn)收。樁身長(zhǎng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)風(fēng)化巖層進(jìn)行清除，有積水的孔底利用抽水泵抽出，并排至市政管網(wǎng)。

4.8 吊放鋼筋籠就位并驗(yàn)收合格

本工程樁基由于BRT 橋凈空影響，因此鋼筋籠均采用分節(jié)制作，分節(jié)長(zhǎng)度一般不大于6m，兩段鋼筋籠連接時(shí)應(yīng)采用綁扎搭接或機(jī)械連接，接頭錯(cuò)開(kāi)。骨架外側(cè)豎向間距2m應(yīng)設(shè)置控制保護(hù)層厚度的墊塊，橫向四周不少于4 處。骨架頂端應(yīng)設(shè)置吊環(huán)。鋼筋籠用吊機(jī)入孔，要對(duì)準(zhǔn)孔位，豎直吊入、控制下沉速度，不能碰撞孔壁。

4.9 澆筑樁身混凝土

鋼筋籠吊放固定好后需再次清孔，才能澆筑混凝土?？刂苹炷翝仓俣龋绕浠炷羷傔M(jìn)入鋼筋籠底部時(shí)，一定要控制澆筑速度，不能太快，防止出現(xiàn)鋼筋籠上浮。當(dāng)孔內(nèi)無(wú)積水時(shí)可按干施工法進(jìn)行混凝土施工，混凝土澆筑中要防止發(fā)生離析，下料時(shí)，串筒底距澆筑面不超過(guò)2m，及時(shí)用插入式振搗器分層振搗密實(shí)。

當(dāng)孔內(nèi)有積水時(shí)應(yīng)按水下混凝土灌注方法施工，用鋼導(dǎo)管灌注，導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。此時(shí)應(yīng)超灌混凝土高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高1m，以保證樁身質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合云頂路空中自行車(chē)快速道示范段工程，可以看出采用人工挖孔樁施工，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）機(jī)械配置簡(jiǎn)單，場(chǎng)地不受限制，適用性較強(qiáng)；（2）施工簡(jiǎn)單，多小組同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，施工進(jìn)度能夠得到保障；（3）造價(jià)相對(duì)低廉；（4）單樁承載力高，受力性能可靠。所以人工挖孔樁在市政橋梁工程中得到廣泛實(shí)踐應(yīng)用。