公路橋梁人工挖孔樁施工技術

何 好

(中交公路規劃設計院有限公司四川分公司，四川成都610000)

1 人工挖孔灌注樁

人工挖孔灌注樁是一項傳統的橋梁樁基施工方案，在公路橋梁建設中運用普遍。山區公路橋梁建設過程中，由于部分橋墩處于陡峭山坡上，所需樁基施工平臺難以修筑、鉆孔機械不能確保安全運行，對此，可采用人工挖孔的方式進行樁基施工。人工挖孔樁相對于機械鉆孔更具有經濟效益，成孔所需施工設備簡單，能夠明確地分辨樁基是否嵌入完整的中風化(微風化)巖層中，盡可能保證樁基的安全性和成樁質量。然而，人工挖孔樁危險性高，隨時可能出現涌水、涌砂、塌方、毒氣、觸電、高空墜落、物體打擊等安全隱患。因此，人工挖孔樁應該在滿足限制條件、確保施工人員安全的前提條件下進行施工[1]。

2 施工方案

2.1 施工控制

2.1.1 測量控制

挖孔過程中應嚴格控制孔位坐標，保證樁基的垂直度。在中心點圓周外圍設置護樁，作為樁位偏移控制點；每級開挖后應保證樁基有效孔徑并預留護壁厚度。護壁模板安裝后應再次校核樁基孔徑大小及中心位置。待挖至孔底時符合樁基深度，放入探籠檢查孔徑大小，以保證成樁樁基的樁位坐標、樁基長度及尺寸符合圖紙要求。

2.1.2 防孔口坍塌及山坡滾石措施

樁基位于陡峭山坡上，尤其是在土質坡面上工作時，在開挖工作前應采取一側卸壓、一側增壓的方法平衡孔口的四周土壓力。增壓側應分層填壓密實；卸壓側按不小于1∶1.5的坡比進行基坑開挖，并做好坡面臨時防護，坡腳處設置碎落臺，并修筑臨時排水溝，以防孔口坍塌及山體土石滾落。

2.1.3 孔口鎖口施工

施工前應先平整施工場地，用小型機械挖出深1 m左右的基坑，人工修正護壁范圍；用1.5 mm厚的鋼板制作鎖口模板，采用螺栓連接，并使用木板增加穩定性；鎖口采用鋼筋混凝土澆筑成型，澆筑時用鋼釬插搗密實。孔口四周的護壁應高出工作平臺30 cm以上，井口周圍硬化寬度不小于60 cm(圖1)。孔口處應固定圍欄，圍欄四周應保持干凈、整潔，夜間應設置危險警示燈[2]。

圖1 人工挖孔樁鎖口圈

2.1.4 提升架的錨固

提升架落地基礎應夯實，采用未篩分碎石或洞渣換填填筑，換填厚度不小于30 cm，保證提升架基礎平整穩固，做好防傾覆措施。提升架須設置限位器和防脫落裝置。卷揚機需通過配重保持運行穩定，配重需大于施工最大吊重要求，提升架需進行抗傾覆驗算，穩定系數不小于2。

2.1.5 支撐護壁施工

為了保證施工人員的安全，防止開挖后的砂層等涌入孔內造成塌孔。人工挖孔樁應采用開挖一級、防護一級的方案施工。開挖一級的厚度一般不超過1 m，護壁的厚度根據地質情況等參數確定，在實際施工過程中，一般取受力最大處，即樁基最深段護壁所承受的土壓力及地下水的側壓力計算。當土質較差或滲水嚴重時，根據實際情況，可設置構造鋼筋或增加墻身厚度以增強護壁強度。護壁采用外齒式現澆混凝土，采用人工振搗，可以增大護壁和圍巖的摩擦力，防止塌孔。護壁混凝土強度應與樁基相同，由拌合站統一制作(圖2)。

圖2 挖孔樁混凝土護壁

圖中t為護壁厚度，D為挖孔樁樁身直徑，h為分段護壁高度。

2.2 挖孔施工

2.2.1 淺層施工

上部的土層和砂層挖孔，可采用鎬、鍬挖掘，遇硬質土層時用錘、釬等先破碎再清除。開挖從中部向周邊進行，挖孔范圍需保證樁基的尺寸和護壁的厚度大小。每一級樁孔的開挖及防護2道工序必須連續作業，即開挖一級、防護一級，保證樁孔周圍的土層穩定，以防塌孔。施工作業時需及時排出地下水，并保證孔內通風順暢[3]。

2.2.2 爆破施工

當遇到弱、微風化巖層后宜采用淺眼松動爆破施工，采用非電毫秒管起爆。對于較軟巖，炮眼爆破深度最多為80 cm，硬質巖為50 cm。炮眼位置、用量多少和埋置方式等應根據實際地質情況確定，嚴格控制炸藥用量。先爆破中間集中掏心，后斜插爆破開挖周邊。

爆破松動后人工用鎬、釬挖掘清理到位，盡快施作混凝土支撐護壁，以防塌孔和滲漏水。炮眼的標準直徑一般為φ4 cm，輔助眼與周邊眼的埋置應深度相同。掏槽眼需多埋深10 cm，采用直眼掏槽，利于后續從中間開挖施工。周邊眼按照挖孔范圍設置，輔助眼均勻散落在中心眼周圍，豎向掏空。炮眼按梅花形交錯布置，排與排之間的距離等于同排炮眼距離的0.86倍，中間掏槽眼眼底間距控制在20 cm[4]如圖3所示。

圖3 不同巖層炮孔布置方案

爆破施工應做好排水處理，一般排水采用集水泵排水，根據實際滲水量情況調整排水方案。當挖孔時有水滲入，可在護壁內設置排水軟管；若地下水豐富時，可在護壁內增加加構造鋼筋和增加厚度等措施，增大護壁的強敵，防止水流滲透造成孔內坍塌。挖孔如遇到涌水量較大的潛水層承壓水時，可采用水泥砂漿壓灌卵石環圈，或其它有效的措施，同時可增加抽水泵以利于快速排水[5]。

爆破時所有人員應全部撤離施工現場，爆破后應采用大功率機器通風，通風時長不小于0.5 h；通風完畢后，經工作人員氣體濃度檢測儀檢查施工現場無有害氣體后，施工人員方可返回現場。人工挖孔時，每挖深50 cm左右就應該對孔底做一次勘扦，確定孔底巖層情況后，再繼續施工。在樁底深度2 m范圍內，需采用弱爆破等爆破手段，防止因爆破施工破壞巖層的完整性。樁基開挖時應間隔開挖，禁止相鄰樁基同時施工。爆破時應控制藥量和進尺深度，每次爆破后應檢查護壁損傷情況，若護壁出現開裂或松動應及時處理。

2.3 鋼筋骨架固定

鋼筋籠在鋼筋加工場制作加工成型，采用機械連接的必須使用經檢驗合格的螺紋套筒，連接處鋼筋頭必須打磨平整，滿足安裝要求。主筋采用直螺紋機械連接，相鄰主筋接頭應錯開不小于1 m。加強箍肋設在主筋的內側，箍筋在主筋的外側，并同主筋進行點焊，制好的鋼筋骨架必須平整墊放。汽車吊作為鋼筋籠安裝的起重設備，第一節鋼筋籠放入孔內，在鎖扣頂面采用軌道鋼水平穿過加勁箍下垂直吊住鋼筋籠。第二節鋼筋籠與第一節對準后進行機械套管連接并下放；下放時要緩慢平穩，施工員應隨時調整鋼筋籠垂直度，避免因吊裝機械和護壁碰撞導致鋼筋籠傾斜、損壞。鋼筋籠保護層使用混凝土滾輪預制塊(強度不低于30 MPa)，根據樁徑尺寸沿樁長每2 m設置4個。鋼筋籠下放到位后用2條與主筋直徑相同的鋼筋一端與主筋焊接，另一端固定在鎖口圈軌道鋼上，定位鋼筋籠中心后，使整個鋼筋籠頂端固定，防止澆注混凝土時鋼筋籠偏移[6]。

2.4 混凝土灌注

對有滲水的樁基應根據其滲水量的大小，確定混凝土的澆筑方法及混凝土材料。孔內地下水滲透速率較小時，即滲入量小于0.3 L/h，可采用干式灌注法。灌樁前應盡可能地排除地下積水，積水最多不超過5 cm。當地下水滲透速率較大時，應視其為水下樁，按水下灌注混凝土工藝施工。

干式灌注法灌注前，應將樁底的水抽干，采用串筒法進行灌注，同時插入振搗器進行振搗。混凝土從導管式串筒上端的溜槽傾落，必要時應設置減速裝置。串筒底離混凝土面高度控制在1.5 m以內，并不斷移動串筒均勻布料，嚴禁用振搗棒趕漿，分層振搗高度不超過30 cm，嚴控振搗工藝，確保混凝土密實。混凝土灌注應連續進行。混凝土塌落度宜為100～140 mm，灌注速度應盡快，使混凝土對孔壁的壓力大于滲水壓力，以防水滲入孔內。灌注過程中應及時挖除過多的浮漿。灌注高出樁頂50 cm，應將表面離析的混合物和水泥浮漿等清除干凈[7]。

采用水下混凝土灌注法時，應先在樁孔內加水至1/3樁長高度，然后采用導管法灌注混凝土，混凝土拌合料的塌落度宜控制在180～220 mm。導管可以用φ30 cm，每節為2.0～4.0 m長，分別配一節長為0.5 m、1.0 m、1.5 m的短管，由管端絲扣連接，接頭處用橡膠圈密封防水，管底節長不得小于4.0 m。下井前需做好抗拉拔和水密承壓實驗。水密試驗時，導管內水壓力應超過孔內水壓0.3倍，同樣不能小于導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時的最大壓力p的1.3倍。令導管一端密封，另一端注水口與空氣壓力機連接，保證連接穩固后，啟用壓風機提供有壓力。若填筑不順暢時，可轉動料斗，或用鋼插輔助疏通。首批混凝土的使用量必須經過計算確定，確保首批混凝土灌注后導管埋深滿足規范要求。首批混凝土填筑樁基后，應測量樁基內混凝土面上升高度，分析出導管填筑深度，若在合理范圍內，即可正常灌注。為防止下料后鋼筋籠上浮，當樁基內混凝土頂面距鋼筋籠底部1 m時，需減小混凝土的下料速度。當混凝土灌注面緩慢上升到距離骨架底4 m以上時，可拔高導管，使其管口高于鋼筋籠底2 m上時，即可正常灌輸。灌注開始后，應連續灌注，保證下料充足，若前后兩次下料時間間隔過久，會影響成樁質量。要加強灌注過程中混凝土面高度和混凝土灌注量的測量和記錄工作，控制埋管深度，及時拆除導管，導管最大埋深不得超過6 m，最少埋深不得低于2 m。混凝土灌注要比設計高0.8 m。在拔出最后一段長導管時，拔管速度要慢。采用水下混凝土灌注法需在樁基附近設置不少于樁基體積1/2的蓄水池，以便灌注時孔內清水排放。灌注時在鎖口四周0.5 m以外采用黏土設置環形阻水，并引水至蓄水池中[8]。

3 總結及建議

人工挖孔施工方案主要側重于安全生產環節，場地平整整潔，孔口防護到位，防止高空墜物對施工人員造成生命安全；爆破施工需統一管理，爆破時需撤出所有施工人員；人工開挖過程嚴格把控，開挖一級護壁需防護一級，避免塌孔；人員統一管理，清點到位，不得擅自下井作業。

人工挖孔應采取安全的下井方式，避免發生意外。同時，爆破后的毒氣檢測需嚴格控制，施工時的通風系統須下放至孔底，避免出現人員呼吸問題。針對不同巖面的用藥及埋置深度需根據實際巖層情況選擇爆破方案，避免損害巖層的完整性。