巖溶地區清水灌注樁施工工藝
——以陽寶山特大橋為例

張斌，董建紅，李云銀

（中交二公局第二工程有限公司，西安 710119）

1 工程概況

陽寶山特大橋位于貴州省貴定縣境內，全長1 112 m，橋位跨越獨木河，自南向北徑流，河面寬約50 m，主橋采用跨徑650 m簡支鋼桁梁懸索橋。其中，黃平岸兩索塔單個承臺下設計6根直徑為3.5 m的挖孔灌注樁，兩塔共計24根；黃平岸塔錨引橋采用6跨先簡支后連續預制T梁構造，全長252 m，樁基長度為21～42 m不等，樁徑分為2 m和2.5 m 2種，施工均采用人工挖孔形式。

該地區地形復雜，地勢總體中段低、東西兩端高，中西部以中低山、丘陵為主，東部為丘陵、盆地、河流谷地。區域內植被茂密，山地和丘陵地表巖石風化強烈，造成材料運輸不便，且地表巖石風化強烈，強風化數米至數十米不等，形成構造侵蝕、溶蝕堆積河谷地貌，地質條件差，施工期正處雨季，地下水豐富，施工難度大。

2 施工難點

清水灌注樁在地形復雜、地質條件較差的巖溶地貌中無法使用機械成孔。使用人工爆破容易造成孔壁垮塌，降低周圍巖石強度，而受地下水影響，人工挖孔常出現孔內滲水現象。尤其是在混凝土灌注過程中，一旦滲水造成樁身混凝土骨料分離，無法滿足強度要求，甚至經常出現斷樁現象。

3 清水灌注樁主要施工工藝

3.1 護壁砌護及一次防水處理

人工挖孔樁最重要環節即為孔壁支護，護壁類型一般均為混凝土構造，分段高度根據地質狀況確定，一般為1 m一節。為減少護壁滲水的發生，在護壁制作過程中，通過在護壁外部貼一層防水塑料膜的方式進行隔離，達到一次防水的效果。

護壁澆筑厚度的計算中，影響因素主要為土壓力及地下水的側壓力，施工過程中荷載產生的偏壓力可忽略。本項目所需的護壁厚度約9 cm，施工實際采用15 cm厚護壁，滿足要求。

護壁砌護的過程中采用自制鋼模板進行施工，根據孔徑分4塊或5塊模板拼接，每次拆除上節后支下一節，反復循環使用。模板之間使用U形卡連接。第一節護壁從鎖口開始，鎖口高出原地面30 cm，用于定位、擋水和防止雜物跌落孔內。

3.2 孔內爆破施工

孔內爆破施工時，對于強度較小的巖層主要采用風鎬開挖，電動空壓機供應壓縮空氣。若遇到質地致密、堅硬的巖石，采用淺眼松動的爆破方法，首先在中間和周邊采用預裂松動爆破工藝。人工手持風鉆打設炮眼，爆破采用非電的毫秒雷管進行引爆。

當炮眼深度在硬巖層＜0.4 m時，每眼裝的藥量控制在0.1～0.2 kg內，軟石炮眼深度應≤0.8 m，硬巖石炮眼的深度應≤0.5 m。按巖層斷面的方向確定炮眼位置、數目和斜插方向，中間一組集中掏心，四周采取斜插挖邊的形式。孔內爆破采用非電毫秒雷管進行起爆，嚴格控制炸藥的用量，保證其不封堵炮眼口，避免封堵后的爆破威力過大而震塌樁孔護壁。

爆破施工期間，按照炮眼設計圖確定裝藥量，自上而下分片分組進行，雷管對號安設，要定人、定位、定段，不得亂裝藥。由于采用多炮孔爆破，每孔裝藥為孔深的1/3左右，并依據爆破效果適當調整。孔內爆破后應先通風排煙15 min，經檢查無有害氣體后施工人員方可進入孔內清渣和修邊處理。炮孔進行爆破作業時，相鄰孔內必須停止施工作業并撤出孔外。當挖孔接近樁底設計標高50～100 cm時停止爆破，改為人工開挖，防止對基底的擾動，影響基底承載力[1]。

3.3 鋼筋籠加工及下放

鋼筋籠在鋼筋加工場分節制作，待成孔報監理批準后使用隨車吊分節運至施工地點。鋼筋籠分節加工長度為9 m。鋼筋籠主筋搭接采用滾軋直螺紋套筒連接，接頭的套筒強度應不低于鋼筋自身強度，且同一截面的接頭數量不能超過50%。加工完成后用塑料套筒將直螺紋套上，避免轉運期間碰壞絲牙；另外，對鋼筋籠進行分節編號，以防在轉運和施工的過程中出現差錯。

鋼筋籠采用直螺紋連接工藝施工，上下節鋼筋籠加工采用“靠模法”進行精確對位。從鋼筋加工場運到施工現場后，吊車將首節鋼筋籠吊放入孔內，鋼筋籠的中心線和樁位中心線需保持一致。鋼筋籠安裝的連接順序依據制作時的編號牌分節進行。

為了保證鋼筋籠起吊時不發生變形，鋼筋籠吊裝采用多點起吊形式。并采用長吊繩、小夾角的方法減小水平分力，起吊時頂端的吊點采用專門設計的十字吊具進行吊裝，而且在鋼筋籠內環用鋼筋加焊三角形支撐進行加固，鋼筋籠起吊至孔口位置時，提前將孔口架安裝至鎖口上，檢查是否與孔中心對中。

鋼筋籠頂下放至鎖口位置后，將孔口架4側分別插入2個銷棒，鋼筋籠臨時固定在孔口架上，解開頂部吊點鋼絲繩，再去吊裝下一節鋼筋籠。鋼筋籠下放時主筋對準前節鋼筋籠主筋，上下節主筋用直螺紋套筒連接，鋼筋籠下放過程中對每一節鋼筋籠附帶的聲測管漏水情況進行注水檢查，防止樁基混凝土灌注過程中聲測管進漿，造成聲測管堵塞，無法進行樁基檢測。

3.4 二次防水處理

因施工期間正處雨季，當地水文地質條件復雜，成孔后經常出現孔壁大面積滲水、冒水情況，影響混凝土灌注質量。以陽寶山特大橋引橋9號墩左幅4號樁為例，該樁設計樁身長度為22 m，孔深為26 m，樁徑2.0 m。終孔檢查時已將孔內積水抽至孔底30 cm位置，可下放鋼筋籠及導管后，再次檢查孔內水頭高度至孔底約6～7 m。為保證施工質量，施工團隊通過秒表計時的方式計算水流量，出水流量為0.001 67 m3/s。在混凝土灌注前、導管下放后，用堵漏王材料封堵孔壁的滲水部位，然后在孔口位置下放一整塊環形鐵皮，附著在孔壁上，用水泥釘釘至混凝土護壁，防止孔壁冒水及地下水壓進一步射穿灌注混凝土，對混凝土造成影響。

驗算鐵皮所受壓力，自重和摩擦力忽略不計，僅考慮混凝土的側壓力及護壁流水壓力的影響。新澆筑的混凝土作用于模板的最大側壓力可按式（1）和式（2）計算，取二式中的較小值：

式中，P為新澆筑混凝土對模板的最大側壓力，kN/m2；γ為混凝土的重度，取2 kN/m3；t0為新澆筑混凝土的初凝時間，取8 h；β1為外加劑影響修正系數，取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數，取1.15；v為混凝土的澆筑速度，取15 m/h。

式中，H為混凝土側壓力計算位置按滲水位置高度計算，最大高度取6.5 m。

通過式（1）和式（2）算得混凝土側壓力約為150 kN/m2，根據經驗，一車混凝土為7.5 m3，灌入時間低于10 min，混凝土面即可上升2.3 m，而10 min滲水量為1 m3的滲透水沖擊力遠小于混凝土側壓力對鐵皮產生的影響，故鐵皮可以安全固定在護壁上。

3.5 混凝土灌注

灌注前還需檢查孔底情況、導管懸空高度、灌注設備及混凝土，檢查合格后方可灌注。灌注前灑水濕潤混凝土料斗，方便混凝土更順暢流入導管內部。在拌和站集中拌制混凝土，采用混凝土運輸車直接運至灌注地點。運至現場后檢查混凝土的坍落度，應保證在180～220 mm。不符合要求不得使用。

區別于以往人工挖孔樁混凝土灌注，為更好地保證首盤混凝土封底順利，現場提前準備3臺罐車，每車混凝土為9 m3。首批混凝土采用吊車配合料斗及泵車將混凝土灌注于料斗內。根據孔徑及導管懸空高度計算出首盤混凝土下放不少于2.5 m3，此時檢查孔內滲水深度并打開水泵開始抽水，水抽干后將水泵從孔底提出，防止被混凝土封入孔內，提出水泵過程中會出現時間差，將會有水流透過鐵皮流至孔底，容易造成封底失敗。因此，在水泵提出至首盤方量灌注前，通過向孔底拋灑適量干水泥方式進行處理，并將其攪拌形成水泥漿，避免造成首盤混凝土被孔內積水稀釋、造成孔底混凝土離析、不密實、松散等情況，影響樁底質量。

導管懸空高度約0.25 cm，首次灌注將污水泵提高至少10 m位置，每車混凝土灌注后混凝土大概上升2.8 m，檢查觀測混凝土頂面水泥漿深度情況，并使用污水泵在表層排除水泥漿。采用9 m振動棒人工振搗的方法開始振搗，做到快插慢拔，振搗間距不能超過有效作用半徑的1.5倍，振搗時間大約為20～30 s，觀察混凝土表面不再顯著下沉、不再出現氣泡、表面泛出水泥漿和外觀均勻為止。振搗完成后使用測繩精準測量混凝土表面的高度，計算導管埋深，保證導管埋深為2～6 m，每次拆除導管后，導管底口的埋置深度應≥2 m。依次往復循環，直至混凝土灌注完成。排除樁頂浮漿，直至漏出骨料方可為止。

3.6 聲測管及成樁檢測

每根樁均按設計要求設置4根超聲波檢測管，聲測管采用φ57 mm×3 mm鋼管，延圓周均勻分布，并以輔助鋼筋進行固定，使用φ70 mm×6 mm套管焊接并保證滿焊無孔隙，以確保連接處不滲漿。聲測管底部應預先封閉，宜用鋼板焊封。

基樁混凝土澆筑完成14 d后，利用智能數字聲波檢測儀檢測樁身質量，檢測的圖像中吸收波幅值越低，混凝土對超聲脈沖的衰減越大，即成樁質量越好。

4 結語

巖溶地貌清水灌注樁施工工藝主要通過塑料膜和混凝土護壁砌護的方式進行一次防水處理；并根據地質條件采用風鎬或淺眼松動的爆破方式開挖，然后采用非電的毫秒雷管進行引爆后逐節開挖。利用“靠模法”加工鋼筋籠，分節下放；在灌注前使用薄鐵皮進行二次防水處理，孔底抽水后再拋灑水泥來保證封底質量；灌注過程中，不斷檢測滲水量并逐車進行振搗和抽水，以保證成樁質量。