劉妍

（江西省港口集團(tuán)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(shù)，其在施工工藝方面與傳統(tǒng)人工挖孔技術(shù)存在很大不同。傳統(tǒng)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(duì)周圍巖體、既有建筑存在一定擾動(dòng)。而水磨鉆技術(shù)主要通過(guò)鉆機(jī)鉆孔取芯、破裂分塊及渣土清理的方式循環(huán)成孔，能為后續(xù)施工環(huán)節(jié)提供便利條件，施工過(guò)程相對(duì)安全，并能保證受地形條件限制的山區(qū)公路橋梁的樁基施工質(zhì)量。

1 工程概況

某山區(qū)高速公路橋梁為分幅橋形式，左右幅長(zhǎng)度分別為425.1m 和392.4m。左幅橋梁上部為8～30m的先簡(jiǎn)后支連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁及4～100m 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁T 構(gòu)，橋高最大處達(dá)76.5m；右幅橋梁上部為7～30m 的先簡(jiǎn)后支連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁及4～100m 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁T 構(gòu)，橋高最大達(dá)77.2m。橋梁下部為矩形雙肢實(shí)心墩及嵌巖樁基礎(chǔ)。主橋左幅6#主墩群樁基礎(chǔ)為9 根樁長(zhǎng)33m、孔徑為Φ2.0m樁，按5m 樁間距設(shè)置，具體布置情況見(jiàn)圖1。主橋右幅5#墩群樁基礎(chǔ)則采用樁長(zhǎng)30m、孔徑Φ2.0m 樁，按照5m 樁間距設(shè)置。樁基礎(chǔ)均按照嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁基開挖土石方量共計(jì)1850m3，樁基基底巖石單軸抗壓強(qiáng)度均在30MPa 以上。

圖1 主橋左幅6#主墩群樁基礎(chǔ)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(guó)家安全作業(yè)規(guī)程，保證施工質(zhì)量和施工安全?？紤]到橋梁主墩樁基所處地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，機(jī)械鉆孔施工存在一定難度，結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，采用了水磨鉆成孔施工工藝，混凝土護(hù)臂，并通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)出渣，借助汽車吊吊裝鋼筋籠。在鉆孔內(nèi)無(wú)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(nèi)大量滲水的情況下，則通過(guò)導(dǎo)管水下灌注混凝土成樁。群樁基礎(chǔ)按照梅花形設(shè)置，跳孔方式開挖，考慮到施工工期要求較為嚴(yán)格，故分兩班同時(shí)作業(yè)，保證成孔后及時(shí)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(jiàn)圖2。

圖2 水磨鉆成孔施工示意圖（單位：cm）

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 測(cè)量放樣

通過(guò)挖掘機(jī)將樁位處的場(chǎng)地整理平整，場(chǎng)地面積必須滿足施工需要，并確保排水坡度符合設(shè)計(jì)要求，施工便道保持暢通。按照設(shè)計(jì)圖及“測(cè)量雙檢制”原則進(jìn)行樁位中心放樣，將測(cè)放誤差控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)；孔位開挖前，必須從樁中心開始分別向樁周引出護(hù)樁，并在護(hù)樁周圍增設(shè)保護(hù)混凝土。

3.2 鎖口施工

根據(jù)確定好的樁中心位置，在周圍放出中心十字線，按照設(shè)計(jì)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(yīng)高出地面30cm；鎖口四周場(chǎng)地再次平整后，使用7.5 號(hào)水泥砂漿以1cm 的厚度進(jìn)行抹面處理。鎖口施工完成后，引高程至井臺(tái)之上，用于樁底高程控制，詳見(jiàn)圖3。

圖3 挖孔樁軸線及標(biāo)高

根據(jù)地質(zhì)情況勘查結(jié)果，該橋梁樁基區(qū)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(duì)地下水位的控制和影響程度較大，必須重視孔內(nèi)抽水，逐孔放置1 臺(tái)大功率抽水泵，便于及時(shí)抽出滲水。

3.3 支架安裝及護(hù)壁施工

將鋼管防雨支架搭設(shè)在各井臺(tái)上，并安裝卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪提升系統(tǒng)。將樁孔開挖出的土石方及棄渣等材料裝入吊桶后通過(guò)電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)吊出鉆孔，統(tǒng)一堆放至臨時(shí)棄渣場(chǎng)。將彩條布防水棚搭設(shè)在支架頂端，以避免雨水直接流入孔內(nèi)。護(hù)壁施工應(yīng)緊跟鉆孔開挖進(jìn)行，護(hù)壁材料主要選用C30 現(xiàn)澆混凝土，并結(jié)合工程地質(zhì)及設(shè)計(jì)要求確定護(hù)壁混凝土厚度[1]，護(hù)壁材料按照0.05m 以上的長(zhǎng)度以內(nèi)八字形式搭接，以八塊模板連接而成的定型鋼模板為護(hù)壁模板。將Φ8@150鋼筋網(wǎng)片增設(shè)于護(hù)壁模板內(nèi)部，預(yù)留出至少80mm 的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度以連接下段護(hù)壁模板。

3.4 樁孔開挖

樁孔分節(jié)段開挖和支護(hù)。就開挖方式而言，土層由人工手持尖鎬和鐵鍬開挖；中-強(qiáng)的風(fēng)化層硬巖則由人工通過(guò)風(fēng)鎬、水磨鉆開挖。首節(jié)樁孔的開挖深度應(yīng)控制在1.0m 以內(nèi)，并按要求進(jìn)行護(hù)壁鋼筋綁扎、首節(jié)護(hù)壁模板安裝，以樁心點(diǎn)為依據(jù)校正模板位置后牢固支護(hù)。厚度、位置及質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求后澆筑混凝土，并振搗護(hù)壁，首節(jié)護(hù)壁軸線的偏差不得超出20mm。繼續(xù)向下施工時(shí)按節(jié)段循環(huán)施工，節(jié)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(shí)鉆機(jī)必須沿著孔壁內(nèi)邊線施作，鉆機(jī)取出巖芯后，在巖壁與巖石之間便形成了臨空面，此時(shí)改用直徑3cm 鉆機(jī)向下鉆入至30cm 后，借助撬棍將巖芯取出。巖芯斜面鉆孔孔數(shù)應(yīng)在設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上根據(jù)地質(zhì)條件適當(dāng)調(diào)整，詳見(jiàn)圖4；在鉆孔中如遇裂隙滲水及積水嚴(yán)重的情況，必須借助水泵抽出積水；達(dá)到5m 鉆深后還應(yīng)采取空壓機(jī)高壓通風(fēng)的方式，從孔底向孔內(nèi)吹風(fēng)，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(shè)計(jì)高程，必須安排檢驗(yàn)人員進(jìn)行樁徑、高程、垂直度等項(xiàng)目的自查，并待開挖巖層完全達(dá)到設(shè)計(jì)巖層后清理沉渣、抽干積水，并通知監(jiān)理工程師報(bào)驗(yàn)。報(bào)驗(yàn)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(shí)必須保證檢孔器中心對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心，并在監(jiān)理工程師的監(jiān)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(shù)量較多，必須按照鋼種、等級(jí)、規(guī)格型號(hào)、廠家等分批驗(yàn)收，并做出明確標(biāo)識(shí)后，在棚內(nèi)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(yīng)將盤狀存儲(chǔ)及彎曲的鋼筋調(diào)直，確保每根鋼筋材料均平滑順直。

3.6.2 套筒連接及加強(qiáng)圈焊接

按照鋼筋籠設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行鋼筋下料，將同一截面接頭數(shù)控制在主筋總數(shù)的50%以內(nèi)，并根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)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(diǎn)的距離應(yīng)至少為鋼筋直徑的10 倍；根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）所規(guī)定的最小厚度，確定鋼筋連接套混凝土保護(hù)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(guò)程中，切削液選用水溶性溶液，并在環(huán)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(zhǎng)度應(yīng)為套筒長(zhǎng)度的一半，擰緊后應(yīng)保證外露直螺紋接頭絲扣數(shù)在兩個(gè)螺距以內(nèi)。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(gè)螺距內(nèi)[2]。

調(diào)直鋼筋后，向切割機(jī)設(shè)備下料，并保證鋼筋端面和軸線處于垂直狀態(tài)，避免端頭出現(xiàn)撓曲或馬蹄形現(xiàn)象。將鐓粗機(jī)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(jìn)場(chǎng)前都必須通過(guò)鐓粗檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際鐓粗程度確定縮短量。對(duì)于不合格的鐓粗頭，必須將其鐓粗段和鋼筋?yuàn)A持段全部切除后重鐓。此后，通過(guò)鋼筋螺紋套絲機(jī)進(jìn)行鋼筋套絲處理，套絲結(jié)束后應(yīng)按照設(shè)計(jì)方法進(jìn)行鋼筋連接。對(duì)于加鎖母型鋼筋絲頭，應(yīng)按照套筒次序?qū)㈡i母依次擰入絲頭側(cè)，再靠近標(biāo)準(zhǔn)絲頭后將套筒擰至標(biāo)準(zhǔn)絲頭側(cè)，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(duì)于外露的加長(zhǎng)型絲扣應(yīng)進(jìn)行標(biāo)記，并檢查套筒絲頭長(zhǎng)度。

以雙面搭接焊的方式焊接鋼筋籠加強(qiáng)圈，并通過(guò)502 焊條點(diǎn)焊方式焊接加強(qiáng)圈和主筋。保證焊縫平順飽滿，且不得出現(xiàn)燒筋、氣泡、咬筋等現(xiàn)象。

3.6.3 安裝檢測(cè)管

橋梁樁基安裝4 根樁徑在Φ1.5m 以上的檢測(cè)管及3 根樁徑在Φ1.5m 以內(nèi)的檢測(cè)管，檢測(cè)管節(jié)段長(zhǎng)度均為8m，節(jié)段之間通過(guò)套管連接。在進(jìn)行檢測(cè)管安裝時(shí)，必須先將其綁扎在加勁鋼筋結(jié)構(gòu)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(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，為避免運(yùn)輸途中因顛簸、擠壓等原因造成鋼筋變形，應(yīng)將鋼筋骨架置于同一水平線上。將運(yùn)送到場(chǎng)的鋼筋骨架放置在與鉆孔現(xiàn)場(chǎng)相距50m 的位置，為避免鋼筋受潮生銹或沾染泥土，還應(yīng)在鋼筋與地面之間每間隔5m加墊20cm×20cm 的方木。通過(guò)25t 吊車將鋼筋籠吊放入孔，安裝過(guò)程中應(yīng)分別在鋼筋骨架下部和中上部設(shè)置2 個(gè)吊點(diǎn)，下部吊點(diǎn)通過(guò)副吊起吊，上部吊點(diǎn)則通過(guò)主吊起吊，具體操作時(shí)應(yīng)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(shí)必須與孔徑對(duì)準(zhǔn)，保持垂直狀態(tài)后緩慢、勻速下放。前兩節(jié)鋼筋籠應(yīng)通過(guò)套筒連接，此后的鋼筋籠吊裝至與護(hù)筒齊平后，其偏位則通過(guò)護(hù)樁校核。根據(jù)所測(cè)定出的護(hù)筒頂高程計(jì)算定位筋長(zhǎng)，并進(jìn)行鋼筋籠骨架定位，為避免混凝土灌注過(guò)程中鋼筋籠發(fā)生浮籠，必須通過(guò)螺紋鋼筋將樁基鋼筋籠固定于穿杠結(jié)構(gòu)上，并反復(fù)校核鋼筋籠中心和樁中心的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。

3.7 混凝土灌注

3.7.1 樁基混凝土灌注

針對(duì)孔內(nèi)無(wú)滲水或存在少量滲水和積水的情況，應(yīng)通過(guò)水泵將積水抽干后，進(jìn)行混凝土干灌澆筑。將料斗通過(guò)支架固定在孔口處，安排專人進(jìn)孔后將節(jié)段長(zhǎng)度為1.25m 的鋼串筒逐節(jié)懸掛于料斗底口，根據(jù)孔深確定懸掛節(jié)數(shù)，將最后一節(jié)鋼串筒和孔底之間的距離控制在2.0m 以上。通過(guò)運(yùn)輸車將混凝土輸送至孔口后向料斗內(nèi)供料，并通過(guò)孔內(nèi)外人員的配合實(shí)施混凝土灌注，混凝土液面每升高30cm，均應(yīng)暫時(shí)停止供料，并將振搗器插入混凝土中充分振搗、密實(shí)。而后，按照混凝土液面升高的次序逐節(jié)將鋼串筒拆除，待混凝土實(shí)際澆筑高度達(dá)到設(shè)計(jì)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(guò)程中，振搗器采用垂直式插入，插入點(diǎn)間距應(yīng)控制在40～50cm 之間，并應(yīng)快插慢拔。樁孔內(nèi)混凝土必須一次性連續(xù)澆筑、振搗，不得中斷；混凝土澆筑高度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制，對(duì)于樁頂浮漿過(guò)多的情況，必須將其淘掉后改用坍落度較小且不宜出現(xiàn)浮漿的混凝土灌注。樁身混凝土灌注期間，應(yīng)按3 件/樁的比例留置混凝土試塊，并按要求出具試驗(yàn)報(bào)告。灌注混凝土高程應(yīng)為樁頂設(shè)計(jì)高程+10cm，并待樁基混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，通過(guò)風(fēng)鎬將超出部分鑿除。

3.7.2 水下混凝土灌注

檢查導(dǎo)管內(nèi)壁的光滑性，并依次編號(hào)，最后一節(jié)導(dǎo)管下口不設(shè)置法蘭。為避免拔管時(shí)帶動(dòng)混凝土，橋梁樁基水下混凝土灌注導(dǎo)管最后一節(jié)長(zhǎng)度為3m，其余管段長(zhǎng)度均為2m。導(dǎo)管在孔底懸空30～40cm，可使用0.5m 和1.0m 的管節(jié)進(jìn)行導(dǎo)管長(zhǎng)度調(diào)整。導(dǎo)管接口處的法蘭面應(yīng)保持平整，并將厚度為3～5mm 的橡膠密封圈墊放于兩個(gè)法蘭盤間，并在密封圈正反面均勻涂抹一層黃油，增強(qiáng)密封效果。將導(dǎo)管放置于孔中心后，應(yīng)在其上口安裝儲(chǔ)料斗，操作支架搭設(shè)于儲(chǔ)料斗旁，工作平臺(tái)設(shè)置在支架上。

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)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(shí)符合導(dǎo)管首次埋設(shè)和導(dǎo)管填充等方面的要求，若導(dǎo)管下口與孔底之間相距40cm，則首盤混凝土方量根據(jù)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(dǎo)管底部與孔底之間的距離（m），取0.4m；H2為導(dǎo)管設(shè)計(jì)埋深（m），取1.0m；d 為導(dǎo)管直徑（m），取0.3m；h1為混凝土灌注至導(dǎo)管設(shè)計(jì)埋深時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管壓力所對(duì)應(yīng)的高度（m）。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該橋梁樁基水下混凝土灌注首盤灌注量應(yīng)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(wěn)定，待運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土均勻性和坍落度均檢驗(yàn)合格后，將儲(chǔ)料斗裝滿混凝土并實(shí)施灌注。首盤混凝土灌注完成后，導(dǎo)管埋深應(yīng)至少在1.0m 以上，灌注順利后將儲(chǔ)料斗拆除，并將漏斗接在導(dǎo)管上口，以便混凝土運(yùn)輸車直接從導(dǎo)管口處灌注。灌注期間通過(guò)2～3mm 細(xì)鋼線測(cè)線、5kg 左右的鐵質(zhì)平底錐形測(cè)錘實(shí)時(shí)檢測(cè)孔內(nèi)混凝土面高程。待灌注高度達(dá)到鋼筋籠底部后，減緩灌注速度，而后提升導(dǎo)管。待灌注高度接近樁頂時(shí)，應(yīng)抬高灌注點(diǎn)、增大壓差，以避免因混凝土沖擊力減小而發(fā)生堵管。混凝土實(shí)際灌注高度應(yīng)超出樁頂設(shè)計(jì)高度1.0m 左右，并加強(qiáng)人工振搗。

4 結(jié)語(yǔ)

該橋梁樁基應(yīng)用人工挖孔水磨鉆技術(shù)的結(jié)果表明，該技術(shù)成孔規(guī)則不存在明顯的超欠挖，擴(kuò)孔系數(shù)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(shù)相比，人工挖孔水磨鉆技術(shù)無(wú)須爆破施工，既能解決炸藥缺乏問(wèn)題，又具有安全性和環(huán)保性；水磨鉆施工過(guò)程中，最主要的噪聲來(lái)源為巖體鉆取階段設(shè)備和巖體之間的磨切，但這種磨切產(chǎn)生的噪聲小，不會(huì)對(duì)周圍居民生產(chǎn)生活造成擾動(dòng)。人工挖孔水磨鉆施工技術(shù)對(duì)于受地形限制的山區(qū)高速公路橋梁工程具有很強(qiáng)的適用性。