李奕信

摘 要：人工挖孔樁因其施工靈活、工法較為簡單、可適應(yīng)不同的地質(zhì)條件而廣泛應(yīng)用于建筑與交通基礎(chǔ)工程領(lǐng)域。以實際工程為依托，重點探討了山區(qū)斜坡段人工挖孔樁的施工方案及技術(shù)要點，并對可能出現(xiàn)的工程問題及其應(yīng)對措施進(jìn)行概述。工程實踐證明：將人工挖孔樁技術(shù)應(yīng)用于山區(qū)斜坡段橋梁樁基礎(chǔ)的施工，可有效控制施工成本、縮短施工工期、保證成樁受力并維護橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：山區(qū);斜坡;人工挖孔樁;施工技術(shù)

1 工程概況

新建廣東省云浮至茂名高速公路，線路全長129.82 km，獨石特大橋為其中的重難點工程，全長2 566.5 m。橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面全寬25.5 m，按上、下行分離的兩幅橋設(shè)計，單幅橋?qū)?2.5 m，兩幅橋凈距0.5 m。橋梁跨越山間谷地，橋墩多位于斜坡之上，勘察期間部分坡段發(fā)育有多處崩塌。橋位區(qū)覆蓋層較厚且主要由素填土、沖積粉質(zhì)黏土及坡殘積粉質(zhì)黏土組成，基底由元古代云開群變質(zhì)砂巖、加里東期花崗巖及其風(fēng)化層組成。由于山高坡陡，受到運輸條件限制，鉆孔機械設(shè)備難以進(jìn)場，該段樁基均采用人工挖孔樁的方式進(jìn)行施工。考慮到樁基施工時需要對原有坡體進(jìn)行填挖，覆蓋層變質(zhì)砂巖與花崗巖坡殘積土遇水易軟化，加之施工期坡體超載影響，樁孔開挖期間坡體覆蓋層極易發(fā)生崩塌或變形，人工挖孔樁的開挖施工將面臨嚴(yán)峻風(fēng)險。

2 人工挖孔樁施工方案

2.1 施工前準(zhǔn)備

進(jìn)場施工之前，項目指揮部應(yīng)組織全體施工人員對施工圖紙進(jìn)行會審，充分熟悉相關(guān)施工資料及設(shè)計文件，明確施工現(xiàn)場人員組織管理架構(gòu)，做好施工所需材料與機械的預(yù)前準(zhǔn)備。施工現(xiàn)場應(yīng)做到水通、電通、路通及現(xiàn)場平整。測量人員應(yīng)提前進(jìn)場放出樁位，清除坡表植被、浮土與危石，坡體出現(xiàn)明顯張拉裂縫或有滑塌趨勢時，則應(yīng)提前進(jìn)行支護。施工現(xiàn)場的出土路線應(yīng)暢通，保證鋼筋籠的運輸、吊裝位置，處理好混凝土的運輸路線。

2.2 施工工藝流程

人工挖孔樁的施工工藝流程如圖2所示。

3 人工挖孔樁施工技術(shù)要點

3.1 樁孔測量放線

測量人員應(yīng)利用全站儀參考設(shè)計圖所提供的導(dǎo)線控制點放出橋梁中心軸線，中心軸線偏差應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范要求。中心軸線布放完成后，應(yīng)根據(jù)里程信息通過樁基與橋梁中心軸線之間的水平距離確定最終樁位點，并采用鋼卷尺進(jìn)行復(fù)測，確保放樣準(zhǔn)確。應(yīng)注意，樁孔中心軸線傾斜度不能大于樁深的0.5%，樁孔中心處坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)偏差不得超過0.05 m。

3.2 樁孔區(qū)地表防護

在人工挖孔樁施工期間，需在樁孔地表處設(shè)置混凝土鎖扣，混凝土鎖扣應(yīng)高出樁孔地表至少0.3 m，以防止地表水流入樁孔。另外，除在橋墩中線兩側(cè)一定范圍的帶狀施工區(qū)域進(jìn)行封閉外，在樁基四周設(shè)置鋼管腳手架和安全網(wǎng)作為臨時封閉網(wǎng)墻，封閉網(wǎng)墻預(yù)留一處出口，并設(shè)置警示標(biāo)志，夜間開設(shè)紅燈，并派專人晝夜值班巡邏，以防行人和車輛誤入施工場地發(fā)生危險。

3.3 挖孔

在孔口搭設(shè)支架、安裝帶安全置動裝置的卷揚機，裝碴用竹筐或橡皮桶，進(jìn)行垂直運輸，孔內(nèi)土石方運出至孔口后，應(yīng)臨時堆放距孔口不少5.0 m的位置，以免增大孔壁側(cè)壓力，造成坑壁坍塌。當(dāng)挖孔樁采用爆破施工法時，相鄰樁位若距離較近則不可同時開挖。人工挖孔樁施工深度超過10 m后，應(yīng)采用機械裝置對孔內(nèi)進(jìn)行強制通風(fēng)，以保證作業(yè)人員安全。當(dāng)樁體處于不穩(wěn)定的滑坡體、裂隙發(fā)育或松動極易滑塌的巖體中時，應(yīng)預(yù)先對坡體進(jìn)行注漿加固或設(shè)置相應(yīng)的支擋抗滑措施以提高坡體的整體穩(wěn)定性，降低施工開挖風(fēng)險。

3.3.1 土層及砂泥巖層開挖

在軟弱填土、破碎風(fēng)化巖層等不良地層段每開挖孔深0.3 m～0.5 m，應(yīng)及時進(jìn)行孔壁支護。對于易于坍塌的人工填土層和粘土層時，在護壁內(nèi)加強鋼筋，并將護壁加厚，必要時增設(shè)圓木和擋板加強支撐。雜填土、素填土和砂粘土地層直接采用人工鐵鎬分層開挖，砂質(zhì)泥巖地層采用人工風(fēng)鎬開挖。開挖后可采用厚5 mm鋼板和L75×75×5角板作成兩塊半園形鋼模，高1.0 m，作為內(nèi)模，以便混凝土成型后拆卸。

3.3.2 巖層開挖

強風(fēng)化巖層宜采用風(fēng)鎬破碎與人工開挖相結(jié)合的方式施工;巖層完整性好、質(zhì)地堅硬層采取淺孔控制爆破，按“淺孔、多孔、少藥”的原則實施，保證打眼放炮，嚴(yán)禁裸炮，軟巖炮眼深度<0.8 m，堅巖炮眼深度<0.5 m，以確保施工安全和施工進(jìn)度。且必須采用電雷管引爆，以確保安全。

當(dāng)采用孔內(nèi)爆破施工時，炮孔的布設(shè)位置、數(shù)量與鉆孔方向應(yīng)根據(jù)巖層斷面方向具體確定，同時炸藥用量應(yīng)當(dāng)適量，以保證孔底巖層的完整性。布孔數(shù)量、深度和最佳裝藥量等需要根據(jù)樁孔的直徑、所爆巖石風(fēng)化程度及裂隙發(fā)育等情況精確計算，現(xiàn)場實際調(diào)整，以確保樁孔完整及施工點附近各類設(shè)施的安全。當(dāng)挖孔深度大于10 m后，每次放炮后應(yīng)由專人檢測孔內(nèi)有毒氣體濃度;待確定孔內(nèi)氣體安全后人員方可下孔施工。

3.4 孔壁支護

樁基采用人工開挖，為保證開挖安全，開挖一層防護一層，并每層設(shè)置護壁混凝土，護壁采用C20鋼筋混凝土，厚度需滿足相關(guān)要求。為保證安全，護壁布置時，需要延伸至土石分界線下1 m。當(dāng)遇到強風(fēng)化巖層或者巖石破碎層時，樁基礎(chǔ)開挖仍然設(shè)置護壁。當(dāng)樁孔開挖遇到局部突水涌泥現(xiàn)象時，應(yīng)加強開挖后孔壁支護速度并采取相應(yīng)的降水措施，一定情況下可采用鋼護筒進(jìn)行預(yù)支護，上下護壁鋼筋之間的搭接距離應(yīng)當(dāng)大于等于50 mm。

3.5 清底及終孔檢驗

挖孔至設(shè)計標(biāo)高后應(yīng)及時進(jìn)行清底，必須做到孔底平整、無松渣、污泥等軟層。清底完成后匯同有關(guān)部門進(jìn)行終孔檢驗，終孔檢驗內(nèi)容及相應(yīng)指標(biāo)如表1所示。

3.6 鋼筋籠制作與安放

受山區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響，處于斜坡地段樁基鋼筋籠常采用的制作方法有：預(yù)制場加工成型、施工現(xiàn)場加工成型和樁孔內(nèi)加工成型，但受地形條件等因素的影響，在施工現(xiàn)場與樁孔內(nèi)制作鋼筋籠時工效較低且施工質(zhì)量難以得到保證，在條件允許的情況下應(yīng)優(yōu)先選用加工場預(yù)制成型。鋼筋籠在預(yù)制場內(nèi)加工成型之后，應(yīng)按規(guī)范和設(shè)計要求對其長度、直徑、規(guī)格、鋼材質(zhì)量和焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查，檢查合格后方可運輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行吊裝。利用吊車現(xiàn)場吊放鋼筋籠時，應(yīng)提前在樁孔周圍設(shè)置吊準(zhǔn)線進(jìn)行鋼筋籠垂直度檢測。當(dāng)鋼筋籠較長需要分段吊裝時，應(yīng)緩慢吊放以避免鋼筋籠劇烈碰撞孔壁。

3.7 樁基混凝土澆筑

在山區(qū)陡坡段進(jìn)行樁基混凝土澆筑時，當(dāng)樁孔周邊地層地下水位較低且孔底干燥時，可采用干灌法進(jìn)行混凝土澆筑;當(dāng)樁孔周邊地層地下水位較高且孔底涌水量較大時，應(yīng)及時抽水并利用水泥對孔周滲水點進(jìn)行適當(dāng)封閉，同時也應(yīng)當(dāng)依據(jù)滲水量與滲水速度對澆灌混凝土坍落度進(jìn)行適度調(diào)整。當(dāng)?shù)叵滤枯^為豐富時，孔內(nèi)水位持續(xù)較高，此時可采用“水下澆筑法”進(jìn)行澆筑，澆筑時導(dǎo)管插入混凝土深度應(yīng)大于2 m且不超過6 m，澆筑混凝土總量應(yīng)高出設(shè)計標(biāo)高0.5 m

～0.8 m，以便于后期破樁后保證混凝土質(zhì)量。

4 山區(qū)陡坡段人工挖孔樁施工常見問題及應(yīng)對措施

4.1 施工平臺及便道開挖面過大

為保證陡坡段橋梁樁基的順利施工，必須預(yù)先對山體進(jìn)行開挖以形成必要的樁基施工平臺及施工便道，但坡體的開挖一方面會導(dǎo)致山區(qū)原有的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，同時部分地段開挖斷面過大也會使得坡體原有的平衡條件遭到破壞，陡坡巖土體存在失穩(wěn)風(fēng)險，在降雨、車輛重載等因素的影響下，邊坡淺層也易法生滑移、溜塌現(xiàn)象，給后期施工造成潛在的安全隱患。對于此類問題，在陡坡樁基施工過程中，施工單位應(yīng)提前參考相關(guān)資料，依據(jù)樁體尺寸、樁基所處坡體位置、陡坡坡度及工程地質(zhì)條件等因素合理規(guī)劃施工開挖面積、開挖方量及開挖坡率，并對部分區(qū)段進(jìn)行試挖。當(dāng)巖土體強度較高、坡體能夠自穩(wěn)的條件下，應(yīng)對開挖坡面及時噴漿封閉，防止后期降雨對坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;當(dāng)開挖坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，應(yīng)對坡體施加必要的防護措施，防止后期坡體發(fā)生進(jìn)一步變形失穩(wěn)。

4.2 挖孔樁棄渣、棄方處理

陡坡段橋梁樁基多為大直徑樁且樁長較長，人工挖孔時常會產(chǎn)生較多的棄渣、棄方，但由于山區(qū)地形復(fù)雜且施工平臺面積有限，陡坡樁基的棄渣、棄方往往不能及時運走以便他用，少部分棄渣、棄方將堆放于施工平臺，大部分棄渣、棄方將直接沿坡面傾倒。到施工后期，棄渣、棄方將布滿坡面，在降雨作用下極易發(fā)生淺層溜塌、滑移現(xiàn)象，給陡坡地區(qū)樁基的施工造成安全隱患，同時施工平臺上堆放的棄渣也會增加坡體的附加應(yīng)力，易對坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。對于此類問題，建議在陡坡樁基開挖之前，在坡面處設(shè)置專門的棄渣溜槽，棄渣溜槽采用水泥砌筑，以保證長期使用的可靠性，在坡腳處設(shè)置專門的棄渣回收坑道及攔擋措施，定期運走由坡面滑下的棄渣。

4.3 樁孔護壁變形開裂

對處于陡坡段的人工挖孔灌注樁，受陡坡復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的影響，樁孔護壁結(jié)構(gòu)不僅要支撐樁孔并形成有效的開挖和灌注空間，還可能在施工過程中受到坡體變形對其產(chǎn)生的側(cè)向土壓力，護壁結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生變形或開裂，對成樁質(zhì)量及樁體承載產(chǎn)生不利影響。因此，對于陡坡段人工挖孔樁的護壁施工，應(yīng)在前期充分探明場地地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，因地制宜地選取護壁結(jié)構(gòu)的支護方法，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程控制護壁混凝土材料的施工配合比，完善施工與養(yǎng)護工藝，在保證護壁厚度的同時盡量避免護壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)蜂窩麻面、開裂剝落等工程病害。另外，考慮到護壁與樁周巖土體直接接觸，為增加樁側(cè)摩阻力，建議對陡坡樁基采用由上至下直徑逐漸減小的鋸齒形護壁。

4.4 孔壁滲水

山區(qū)人工挖孔樁開挖深度通常較大，部分地段地下水活動頻繁且水位較高，施工過程中樁孔側(cè)壁與孔底處經(jīng)常會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，后期施工與成樁質(zhì)量將受到嚴(yán)重影響。對于此類問題，應(yīng)在人工挖孔樁施工之前查明區(qū)域水文地質(zhì)情況，明確可能出現(xiàn)開挖滲水問題的樁位及深度，開挖進(jìn)入富水地層時，應(yīng)當(dāng)采用快開挖、勤抽水、早封閉的施工方式，每開挖1 m支護一次，滲水量較大時可考慮采用水下混凝土的灌注方式。當(dāng)區(qū)域地下水位高或遇到水量較大的承壓水層時，應(yīng)在開挖之前降水或?qū)吨芨凰貙舆M(jìn)行預(yù)前注漿封閉處理。

4.5 塌孔

山區(qū)人工挖孔樁施工期間，受復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境及施工技術(shù)不合理等因素影響，易發(fā)生塌孔事故，而塌孔事故也最易造成人身傷亡，常見的塌孔原因主要有以下幾條：

（1）樁周巖土層較為軟弱，護壁結(jié)構(gòu)設(shè)計或施工期間，護壁厚度或強度未達(dá)到規(guī)范要求，進(jìn)而導(dǎo)致護壁結(jié)構(gòu)支護能力有限，在樁周土壓力作用下護壁發(fā)生破損變形，進(jìn)一步發(fā)展直至塌孔;

（2）樁基成孔后，受各種因素影響（長期降雨、施工流程銜接不當(dāng)、施工管理出現(xiàn)問題），樁孔暴露時間過長，樁周土層性質(zhì)發(fā)生改變，易產(chǎn)生塌孔;

（3）在軟弱地層開挖成孔速度較快、單次開挖深度較大且沒有對已開挖斷面施加有效支護時，易產(chǎn)生塌孔;

（4）受施工開挖不規(guī)范或樁周地層橫向變形影響，樁孔垂直度不滿足要求，鋼筋籠在下放過程中對樁孔側(cè)壁產(chǎn)生擾動，進(jìn)而誘發(fā)塌孔。

針對上述情況，對處于陡坡段的人工挖孔樁工程，應(yīng)預(yù)先對挖孔人員進(jìn)行施工流程及安全培訓(xùn)，掌握挖孔過程中應(yīng)遵循的技術(shù)要點、了解可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險及預(yù)防措施。在極軟弱土層中開挖樁孔時，由于混凝土護壁具有一定的實效性，不能立即形成支護強度，此時可采用鋼制護壁代替混凝土護壁，形成臨時支護強度。對于已經(jīng)開挖完成的樁孔，應(yīng)及時進(jìn)行灌注，若因外界原因需要推遲灌注時間，則應(yīng)在孔口處做好防護措施以防止雨水滲入。

5 結(jié)束語

人工挖孔樁因其施工工法簡單、施工工期短且占用場地小等特點而廣泛應(yīng)用于樁基工程的建設(shè)領(lǐng)域。本文依托廣東省云茂高速獨石特大橋樁基礎(chǔ)工程，重點探討了山區(qū)斜坡段人工挖孔樁的施工方案及相應(yīng)技術(shù)要點，并對陡坡段人工挖孔樁施工時常面臨的工程問題及防止措施進(jìn)行分析，可為同類工程的施工提供參考。

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