高速公路橋梁樁基施工中人工挖孔水磨鉆技術的應用

劉妍

（江西省港口集團有限公司，江西南昌330000）

0 引言

人工挖孔水磨鉆為人工挖孔施工技術，其在施工工藝方面與傳統人工挖孔技術存在很大不同。傳統人工挖孔以爆破成渣的方式為主，所需炸藥量較大，且爆破施工對周圍巖體、既有建筑存在一定擾動。而水磨鉆技術主要通過鉆機鉆孔取芯、破裂分塊及渣土清理的方式循環成孔，能為后續施工環節提供便利條件，施工過程相對安全，并能保證受地形條件限制的山區公路橋梁的樁基施工質量。

1 工程概況

某山區高速公路橋梁為分幅橋形式，左右幅長度分別為425.1m 和392.4m。左幅橋梁上部為8～30m的先簡后支連續預應力混凝土T 梁及4～100m 預應力混凝土箱梁T 構，橋高最大處達76.5m；右幅橋梁上部為7～30m 的先簡后支連續預應力混凝土T 梁及4～100m 預應力混凝土箱梁T 構，橋高最大達77.2m。橋梁下部為矩形雙肢實心墩及嵌巖樁基礎。主橋左幅6#主墩群樁基礎為9 根樁長33m、孔徑為Φ2.0m樁，按5m 樁間距設置，具體布置情況見圖1。主橋右幅5#墩群樁基礎則采用樁長30m、孔徑Φ2.0m 樁，按照5m 樁間距設置。樁基礎均按照嵌巖樁設計，樁基開挖土石方量共計1850m3，樁基基底巖石單軸抗壓強度均在30MPa 以上。

圖1 主橋左幅6#主墩群樁基礎布置情況（單位：cm）

2 施工方案

就該橋梁工程所選用的樁基成孔方式而言，首先必須符合國家安全作業規程，保證施工質量和施工安全。考慮到橋梁主墩樁基所處地形、地質條件復雜，機械鉆孔施工存在一定難度，結合類似工程施工經驗，采用了水磨鉆成孔施工工藝，混凝土護臂，并通過卷揚機出渣，借助汽車吊吊裝鋼筋籠。在鉆孔內無積水或少量滲水的情況下，借助串筒干灌混凝土成樁；而在鉆孔內大量滲水的情況下，則通過導管水下灌注混凝土成樁。群樁基礎按照梅花形設置，跳孔方式開挖，考慮到施工工期要求較為嚴格，故分兩班同時作業，保證成孔后及時下放鋼筋籠以及混凝土灌注施工。該橋梁工程人工挖孔水磨鉆成孔施工詳見圖2。

圖2 水磨鉆成孔施工示意圖（單位：cm）

3 施工技術要點

3.1 測量放樣

通過挖掘機將樁位處的場地整理平整，場地面積必須滿足施工需要，并確保排水坡度符合設計要求，施工便道保持暢通。按照設計圖及“測量雙檢制”原則進行樁位中心放樣，將測放誤差控制在設計允許的范圍內；孔位開挖前，必須從樁中心開始分別向樁周引出護樁，并在護樁周圍增設保護混凝土。

3.2 鎖口施工

根據確定好的樁中心位置，在周圍放出中心十字線，按照設計樁徑+60cm 的尺寸確定鎖口，采用C20混凝土將鎖口處澆筑成矩形，且澆筑高度應高出地面30cm；鎖口四周場地再次平整后，使用7.5 號水泥砂漿以1cm 的厚度進行抹面處理。鎖口施工完成后，引高程至井臺之上，用于樁底高程控制，詳見圖3。

圖3 挖孔樁軸線及標高

根據地質情況勘查結果，該橋梁樁基區域基巖裂隙及溶隙含水量較大，且地下水位埋置深，河谷侵蝕面對地下水位的控制和影響程度較大，必須重視孔內抽水，逐孔放置1 臺大功率抽水泵，便于及時抽出滲水。

3.3 支架安裝及護壁施工

將鋼管防雨支架搭設在各井臺上，并安裝卷揚機和滑輪提升系統。將樁孔開挖出的土石方及棄渣等材料裝入吊桶后通過電動卷揚機吊出鉆孔，統一堆放至臨時棄渣場。將彩條布防水棚搭設在支架頂端，以避免雨水直接流入孔內。護壁施工應緊跟鉆孔開挖進行，護壁材料主要選用C30 現澆混凝土，并結合工程地質及設計要求確定護壁混凝土厚度[1]，護壁材料按照0.05m 以上的長度以內八字形式搭接，以八塊模板連接而成的定型鋼模板為護壁模板。將Φ8@150鋼筋網片增設于護壁模板內部，預留出至少80mm 的設計長度以連接下段護壁模板。

3.4 樁孔開挖

樁孔分節段開挖和支護。就開挖方式而言，土層由人工手持尖鎬和鐵鍬開挖；中-強的風化層硬巖則由人工通過風鎬、水磨鉆開挖。首節樁孔的開挖深度應控制在1.0m 以內，并按要求進行護壁鋼筋綁扎、首節護壁模板安裝，以樁心點為依據校正模板位置后牢固支護。厚度、位置及質量均滿足設計要求后澆筑混凝土，并振搗護壁，首節護壁軸線的偏差不得超出20mm。繼續向下施工時按節段循環施工，節段施工深度控制在0.5～0.6m。

開挖樁孔深度60cm、孔徑16cm，鉆孔施工時鉆機必須沿著孔壁內邊線施作，鉆機取出巖芯后，在巖壁與巖石之間便形成了臨空面，此時改用直徑3cm 鉆機向下鉆入至30cm 后，借助撬棍將巖芯取出。巖芯斜面鉆孔孔數應在設計要求的基礎上根據地質條件適當調整，詳見圖4；在鉆孔中如遇裂隙滲水及積水嚴重的情況，必須借助水泵抽出積水；達到5m 鉆深后還應采取空壓機高壓通風的方式，從孔底向孔內吹風，以確保人員安全。

圖4 水磨鉆布孔情況

3.5 終孔檢查

鉆孔開挖至設計高程，必須安排檢驗人員進行樁徑、高程、垂直度等項目的自查，并待開挖巖層完全達到設計巖層后清理沉渣、抽干積水，并通知監理工程師報驗。報驗合格后，吊裝由Φ 鋼筋制成的8m 高、外徑2.2m 的檢孔器，吊裝時必須保證檢孔器中心對準鉆孔中心，并在監理工程師的監督下下放。

3.6 鋼筋籠制安

3.6.1 鋼筋存放

考慮到該橋梁樁基施工所需鋼筋種類、數量較多，必須按照鋼種、等級、規格型號、廠家等分批驗收，并做出明確標識后，在棚內用墊木加高至距離地面50cm 后分別存放。在取用前必須徹底清除鋼筋表面的銹皮、油污，并應將盤狀存儲及彎曲的鋼筋調直，確保每根鋼筋材料均平滑順直。

3.6.2 套筒連接及加強圈焊接

按照鋼筋籠設計長度進行鋼筋下料，將同一截面接頭數控制在主筋總數的50%以內，并根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）的要求控制相鄰接頭間距。接頭與鋼筋受力彎曲點的距離應至少為鋼筋直徑的10 倍；根據《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）所規定的最小厚度，確定鋼筋連接套混凝土保護層厚度，鋼筋連接套之間橫向間距至少為25mm。鋼筋絲頭加工過程中，切削液選用水溶性溶液，并在環境溫度較低的情況下，按15%～20%的比例摻加亞硝酸鈉。鋼筋絲頭加工長度應為套筒長度的一半，擰緊后應保證外露直螺紋接頭絲扣數在兩個螺距以內。頂緊連接好的鋼筋端，并使頂緊后的鋼筋端頭處于連接套的中間位置，偏差控制在1 個螺距內[2]。

調直鋼筋后，向切割機設備下料，并保證鋼筋端面和軸線處于垂直狀態，避免端頭出現撓曲或馬蹄形現象。將鐓粗機歸至初始位置后，從前端插入鋼筋，頂緊后再施加油壓。每批鋼筋材料在進場前都必須通過鐓粗檢驗，根據實際鐓粗程度確定縮短量。對于不合格的鐓粗頭，必須將其鐓粗段和鋼筋夾持段全部切除后重鐓。此后，通過鋼筋螺紋套絲機進行鋼筋套絲處理，套絲結束后應按照設計方法進行鋼筋連接。對于加鎖母型鋼筋絲頭，應按照套筒次序將鎖母依次擰入絲頭側，再靠近標準絲頭后將套筒擰至標準絲頭側，擰緊鎖定鎖母和套筒后完成鋼筋連接。完成套筒連接后，套筒端不得存在完整外露絲扣，對于外露的加長型絲扣應進行標記，并檢查套筒絲頭長度。

以雙面搭接焊的方式焊接鋼筋籠加強圈，并通過502 焊條點焊方式焊接加強圈和主筋。保證焊縫平順飽滿，且不得出現燒筋、氣泡、咬筋等現象。

3.6.3 安裝檢測管

橋梁樁基安裝4 根樁徑在Φ1.5m 以上的檢測管及3 根樁徑在Φ1.5m 以內的檢測管，檢測管節段長度均為8m，節段之間通過套管連接。在進行檢測管安裝時，必須先將其綁扎在加勁鋼筋結構上，底部采用鋼板密封焊接并注水。

3.6.4 鋼筋骨架吊裝

借助平板車將鋼筋材料運輸至施工現場，為避免運輸途中因顛簸、擠壓等原因造成鋼筋變形，應將鋼筋骨架置于同一水平線上。將運送到場的鋼筋骨架放置在與鉆孔現場相距50m 的位置，為避免鋼筋受潮生銹或沾染泥土，還應在鋼筋與地面之間每間隔5m加墊20cm×20cm 的方木。通過25t 吊車將鋼筋籠吊放入孔，安裝過程中應分別在鋼筋骨架下部和中上部設置2 個吊點，下部吊點通過副吊起吊，上部吊點則通過主吊起吊，具體操作時應升主吊降副吊，以確保鋼筋籠起吊期間不與地面直接接觸。鋼筋籠吊放入孔時必須與孔徑對準，保持垂直狀態后緩慢、勻速下放。前兩節鋼筋籠應通過套筒連接，此后的鋼筋籠吊裝至與護筒齊平后，其偏位則通過護樁校核。根據所測定出的護筒頂高程計算定位筋長，并進行鋼筋籠骨架定位，為避免混凝土灌注過程中鋼筋籠發生浮籠，必須通過螺紋鋼筋將樁基鋼筋籠固定于穿杠結構上，并反復校核鋼筋籠中心和樁中心的對準狀態。

3.7 混凝土灌注

3.7.1 樁基混凝土灌注

針對孔內無滲水或存在少量滲水和積水的情況，應通過水泵將積水抽干后，進行混凝土干灌澆筑。將料斗通過支架固定在孔口處，安排專人進孔后將節段長度為1.25m 的鋼串筒逐節懸掛于料斗底口，根據孔深確定懸掛節數，將最后一節鋼串筒和孔底之間的距離控制在2.0m 以上。通過運輸車將混凝土輸送至孔口后向料斗內供料，并通過孔內外人員的配合實施混凝土灌注，混凝土液面每升高30cm，均應暫時停止供料，并將振搗器插入混凝土中充分振搗、密實。而后，按照混凝土液面升高的次序逐節將鋼串筒拆除，待混凝土實際澆筑高度達到設計高程后再超灌10cm，此后將料斗全部拆除。

在以上樁基混凝土干灌澆筑過程中，振搗器采用垂直式插入，插入點間距應控制在40～50cm 之間，并應快插慢拔。樁孔內混凝土必須一次性連續澆筑、振搗，不得中斷；混凝土澆筑高度應根據設計要求嚴格控制，對于樁頂浮漿過多的情況，必須將其淘掉后改用坍落度較小且不宜出現浮漿的混凝土灌注。樁身混凝土灌注期間，應按3 件/樁的比例留置混凝土試塊，并按要求出具試驗報告。灌注混凝土高程應為樁頂設計高程+10cm，并待樁基混凝土滿足設計強度后，通過風鎬將超出部分鑿除。

3.7.2 水下混凝土灌注

檢查導管內壁的光滑性，并依次編號，最后一節導管下口不設置法蘭。為避免拔管時帶動混凝土，橋梁樁基水下混凝土灌注導管最后一節長度為3m，其余管段長度均為2m。導管在孔底懸空30～40cm，可使用0.5m 和1.0m 的管節進行導管長度調整。導管接口處的法蘭面應保持平整，并將厚度為3～5mm 的橡膠密封圈墊放于兩個法蘭盤間，并在密封圈正反面均勻涂抹一層黃油，增強密封效果。將導管放置于孔中心后，應在其上口安裝儲料斗，操作支架搭設于儲料斗旁，工作平臺設置在支架上。

根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020），橋涵樁基澆筑所用的首盤混凝土方量，必須同時符合導管首次埋設和導管填充等方面的要求，若導管下口與孔底之間相距40cm，則首盤混凝土方量根據下式[3]確定：

式（1）中：V為水下混凝土灌注首盤混凝土方量（m3）；D為樁孔直徑（m），取2.0m；H1為導管底部與孔底之間的距離（m），取0.4m；H2為導管設計埋深（m），取1.0m；d 為導管直徑（m），取0.3m；h1為混凝土灌注至導管設計埋深時，導管內混凝土柱平衡導管壓力所對應的高度（m）。經過計算，該橋梁樁基水下混凝土灌注首盤灌注量應為5.35m3。

混凝土灌注前，必須再次檢查孔底沉渣厚度，并保持孔壁穩定，待運輸至施工現場的混凝土均勻性和坍落度均檢驗合格后，將儲料斗裝滿混凝土并實施灌注。首盤混凝土灌注完成后，導管埋深應至少在1.0m 以上，灌注順利后將儲料斗拆除，并將漏斗接在導管上口，以便混凝土運輸車直接從導管口處灌注。灌注期間通過2～3mm 細鋼線測線、5kg 左右的鐵質平底錐形測錘實時檢測孔內混凝土面高程。待灌注高度達到鋼筋籠底部后，減緩灌注速度，而后提升導管。待灌注高度接近樁頂時，應抬高灌注點、增大壓差，以避免因混凝土沖擊力減小而發生堵管。混凝土實際灌注高度應超出樁頂設計高度1.0m 左右，并加強人工振搗。

4 結語

該橋梁樁基應用人工挖孔水磨鉆技術的結果表明，該技術成孔規則不存在明顯的超欠挖，擴孔系數易于控制，能有效防止超灌、減小超灌所引起的材料和工期方面的損失；與其他開挖成孔施工技術相比，人工挖孔水磨鉆技術無須爆破施工，既能解決炸藥缺乏問題，又具有安全性和環保性；水磨鉆施工過程中，最主要的噪聲來源為巖體鉆取階段設備和巖體之間的磨切，但這種磨切產生的噪聲小，不會對周圍居民生產生活造成擾動。人工挖孔水磨鉆施工技術對于受地形限制的山區高速公路橋梁工程具有很強的適用性。