趙曉光

(1.四川智通路橋工程技術(shù)有限責(zé)任公司，成都 610031； 2.四川公路橋梁建設(shè)集團有限公司，成都 610041)

隨著我國高速公路的快速發(fā)展，在地形崎嶇、環(huán)境受限的山區(qū)常采用橋梁跨越溝谷河流，以確保平縱曲線符合高速公路要求，同時避免高挖方或填方造成環(huán)境破壞。山區(qū)橋梁樁基施工因受各種自然條件限制，有時大型設(shè)備進場非常困難，而人工挖孔樁因施工所需機具少且小巧輕便，施工工藝簡單，泥漿污染小，成孔質(zhì)量易保證，同時具有鄰孔樁施工干擾小，可多孔同時作業(yè)，縮短工期等優(yōu)點，在一些特殊施工條件下有著獨特優(yōu)勢而被廣泛采用[1]。

人工挖孔樁混凝土澆筑常規(guī)工藝有清水樁澆筑法和干樁澆筑法，雖然其工藝運用廣泛，但是采用這2種常規(guī)澆筑方式易出現(xiàn)斷樁[2]、混凝土蜂窩或離析[3]等質(zhì)量病害。本文綜合分析常規(guī)工藝產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因，創(chuàng)新性地提出一種適用于人工挖孔樁的新型樁身混凝土澆筑方法，即無水水下混凝土澆筑法，此方法能顯著提高人工挖孔樁的質(zhì)量和安全，并減少施工成本。

1 人工挖孔樁樁身混凝土澆筑方法比較

人工挖孔樁混凝土的干樁澆筑法、清水樁澆筑法和本文提出的無水水下混凝土澆筑法的施工工藝特點及優(yōu)缺點分析見表1。

表1 人工挖孔樁澆筑方法比較

由表1可知，無水水下混凝土澆筑法即在無水的條件下，利用導(dǎo)管澆筑混凝土，澆筑過程中，導(dǎo)管始終保持插入混凝土頂面以下一定深度，隨著混凝土頂面的上升而上提導(dǎo)管，直至最終完成樁基的澆筑。

無水水下混凝土澆筑工藝相比于傳統(tǒng)方法，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

1) 與干樁澆筑法相比，無需分層澆筑與振搗，避免了人工孔下作業(yè)環(huán)節(jié)，降低了施工風(fēng)險，提高了澆筑效率。

2) 與清水樁澆筑法相比，該法無需向孔內(nèi)進行注水，對周邊孔的影響較小，施工安全性較高，而且澆筑過程中出現(xiàn)堵管和導(dǎo)管提空等現(xiàn)象不會導(dǎo)致斷樁等質(zhì)量事故。

3) 該法可視性較好，質(zhì)量容易保證。

2 人工挖孔及無水水下混凝土澆筑法工藝要點

2.1 施工工藝流程

無水水下混凝土澆筑施工工藝流程[5-6]如圖1所示。

2.2 樁基人工挖孔施工要點

1) 機具布置

人工挖孔施工場地一般較為狹窄，現(xiàn)場應(yīng)合理利用有限的場地布置機具設(shè)備，營造良好整潔的作業(yè)環(huán)境。人工挖孔樁總體平面布置如圖2所示，人工挖孔樁總體立面布置如圖3所示。

2) 通訊

樁基深度大，當(dāng)發(fā)生緊急事件時，人員間不能及時相互提醒，因此設(shè)置警示燈加電鈴的方式警示樁下、樁上人員及時撤離。

3) 照明

樁孔開挖深度超過7 m時，井下需接入電源照明[7]。電源采用36 V的低壓電源，照明燈具為防爆燈泡，額定功率40 W。

圖1 無水水下混凝土澆筑工藝流程

圖2 人工挖孔樁總體平面布置

圖3 人工挖孔樁總體立面布置

4) 通風(fēng)

樁孔開挖深度超過5 m時，采用軸流風(fēng)機壓入式通風(fēng)。供風(fēng)量應(yīng)結(jié)合孔內(nèi)最大作業(yè)人數(shù)通過計算確定。

5) 安防

為防止提升棄渣時吊籃里的土石塊掉落傷人，在吊籃提升另一側(cè)設(shè)置擋石蓋板，蓋板采用螺栓連接的形式固定于護壁混凝土上。

6) 出渣

渣土通過渣桶提出扣孔內(nèi)[8]，提升設(shè)備采用慢速卷揚機，提升作業(yè)時人員進入擋石蓋板下躲避。

7) 排水

開挖過程中，如有少量地下水，要隨挖隨用吊桶將泥水一起吊出，如滲水量較大，則在孔底一側(cè)挖集水坑，用高揚程水泵排出[9]。

8) 鎖扣及護壁

鎖扣高度控制在30 cm[10]，護壁形式采用內(nèi)齒式，一般情況以1 m作為一個節(jié)段[11]，視地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整，上口寬度20 cm，下口寬度15 cm，上下節(jié)段之間搭接10 cm。

2.3 無水水下混凝土澆筑法工藝要點

1) 混凝土拌制

無水水下混凝土澆筑法采用導(dǎo)管法施工，對混凝土質(zhì)量要求較高，配合比參照水下混凝土進行配制，坍落度控制在18 cm～22 cm[12]。

2) 首盤混凝土澆筑[13]

首盤混凝土澆筑時，導(dǎo)管口距孔底40 cm～50 cm，澆筑時無需考慮導(dǎo)管埋深，僅要求混凝土供應(yīng)連續(xù)；同時由于采用人工挖孔施工，孔底可人工清理干凈，混凝土澆筑時不會出現(xiàn)夾泥等質(zhì)量隱患。

首盤混凝土澆筑無需考慮導(dǎo)管埋深要求，因此混凝土澆筑前無需單獨設(shè)置開球裝置，簡化了現(xiàn)場混凝土澆筑流程。

3) 導(dǎo)管埋深控制[14]

無水水下混凝土澆筑法主要通過混凝土的自重和下沖力而達到密實，埋深過大會導(dǎo)致管外混凝土自重過大翻漿困難而堵管，埋深過小表層混凝土容易因?qū)Ч軆?nèi)的沖擊力過大而離析，無水澆筑法的導(dǎo)管埋深宜控制在2 m～5 m。

4) 無振搗與振搗的轉(zhuǎn)換

考慮到混凝土澆筑至孔口附近時，由于管內(nèi)澆筑混凝土下沖高差減小，下沖力相應(yīng)變小，而且管外混凝土埋深較淺，上層混凝土自重產(chǎn)生的壓實力變小，導(dǎo)致孔口附近混凝土難以自密實，因此整個澆筑過程存在無振搗澆筑和振搗澆筑工藝的轉(zhuǎn)換，即孔口區(qū)域采用干樁澆筑的方式進行人工振搗。

5) 樁頭澆筑處理[15]

樁基頂部混凝土澆筑屬于樁頭澆筑區(qū)，是與上部結(jié)構(gòu)直接聯(lián)系的部位，澆筑時需精確把控，才能確保樁頭混凝土的質(zhì)量并和后期上部結(jié)構(gòu)有效連接；當(dāng)澆筑至樁頂時確保將浮漿清理干凈，并超澆10 cm～20 cm。

6) 施工控制要點

(1) 進行混凝土澆筑作業(yè)前，必須認(rèn)真驗證混凝土配合比，嚴(yán)格控制混凝土塌落度，確?，F(xiàn)場灌注質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

(2) 安排專人控制導(dǎo)管埋深，不宜過大也不宜過小，混凝土澆筑前對導(dǎo)管進行水密承壓及接頭抗拉試驗。

(3) 近孔口附近，振搗區(qū)域振搗質(zhì)量嚴(yán)格控制。

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

雅康高速興康特大橋為1 100 m單跨懸索橋，橋面采用鋼混疊合橋道系，雅安岸為隧道式錨碇，康定岸為重力式錨碇。兩岸主塔基礎(chǔ)均采用50根直徑2.8 m樁基，樁基在承臺以下3 m范圍內(nèi)按1∶10向上增大樁徑至3.4 m，以抵抗樁頂段由地震力帶來的巨大剪力。雅安岸樁長為40 m～52 m，康定岸樁長為52 m～60 m。

3.2 樁基施工

1) 樁基成孔

由于興康特大橋主塔樁基在承臺以下3 m范圍為變截面結(jié)構(gòu)，直徑由2.8 m擴大至樁頂3.4 m，樁基難以使用機械成孔方式適應(yīng)變截面構(gòu)造，因此采用人工挖孔。

2) 混凝土澆筑

因橋址區(qū)地處高寒冰磧層地帶，地層保水性差。若采用清水樁澆筑對周邊孔影響較大，若采用干樁澆筑施工效率低，需人工下井振搗，安全風(fēng)險大，而采用水下混凝土灌注工藝，無須回灌清水澆筑樁基混凝土，保證混凝土澆筑質(zhì)量，避免施工安全風(fēng)險。

無水水下混凝土澆筑法采用的混凝土需具有較好的流動性，以C30混凝土為例，其配合比見表2。

表2 無水水下混凝土配合比(C30) kg

無水水下混凝土通過導(dǎo)管澆筑，因孔內(nèi)為無水狀態(tài)，所以導(dǎo)管無需進行水密性承壓試驗，但現(xiàn)場需進行導(dǎo)管接頭抗拉試驗，以防導(dǎo)管在提升過程中接頭損壞影響混凝土澆筑質(zhì)量。

混凝土采用拌合站集中拌制，罐車運輸至施工現(xiàn)場，現(xiàn)場設(shè)置料斗方便混凝土澆筑，首盤混凝土無需考慮導(dǎo)管埋深，僅需混凝土連續(xù)供應(yīng)，以確保表層混凝土處于未初凝狀態(tài)。無水水下混凝土澆筑現(xiàn)場施工如圖4所示。

(a) 無水水下混凝土導(dǎo)管布設(shè)

(b) 無水水下混凝土澆筑

圖4 無水水下混凝土澆筑現(xiàn)場施工

Fig.4 Site construction of anhydrous concrete casting

3.3 實施效果

本項目采用無水水下混凝土澆筑法，施工過程中未出現(xiàn)質(zhì)量、安全事故。樁基施工完成后，經(jīng)第三方檢測對樁基完整性進行檢驗，結(jié)果均為I類樁，說明采用無水水下混凝土澆筑法施工的樁基質(zhì)量可靠。

對同類型橋梁樁基成孔消耗的設(shè)備臺班和人員工日進行對比，采用無水水下混凝土澆筑法具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，對比結(jié)果見表3。

表3 樁基成孔工藝效益分析

4 結(jié)束語

通過對現(xiàn)有人工挖孔樁樁身混凝土澆筑施工的研究，本文提出了無水水下混凝土澆筑施工方法，該方法將水下混凝土澆筑工藝運用到人工挖孔樁干樁混凝土澆筑中，在雅康高速興康特大橋首次實施并取得良好效果后，又在其他工程成功運用，通過工程的實際運用表明，無水水下混凝土澆筑施工工藝具有施工效率高、施工成本低、施工過程安全可靠、工程質(zhì)量可控等優(yōu)點。該工藝為今后類似樁基施工提供了寶貴的經(jīng)驗，具有一定的推廣價值。