喻文遠

（貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001）

0 引言

由于大直徑人工挖孔樁施工技術的應用，人工挖孔樁直徑也從最初的1.8m、2.2m、2.5m、3.1m、3.6m、4.0m 等逐步增加，在現(xiàn)代大跨度、超高墩柱橋梁工程施工中日益普遍。但是，結合實際研究表明，機具的機械特性、工作人員的業(yè)務素質、施工經(jīng)驗等各種因素，都可以影響大直徑孔樁、灌注樁等施工技術的使用效益。

1 工程概況

六枝特大橋左幅橋型布置為5×40mT 梁+166m+3×320m+166m 預應力空腹式剛構+13×40mT 梁，右幅布置為5×40mT 梁+166m+3×320m+166m 預應力空腹式剛構+9×40mT 梁。橋臺采用樁柱式、U 臺配群樁基礎，全橋共有258 根樁基（Φ1.5m 樁基12 根、Φ1.8m 樁基30 根、Φ2.0m 樁基36 根、Φ2.2m 樁基64根、Φ2.4m 樁基10 根、Φ3.1m 樁基34 根、Φ3.6m 樁基72 根），樁長為12m～56m 不等，其中主墩6～8墩樁基樁徑均為3.6m，各24 根，六枝特大橋6～9主墩承臺設計混凝土強度等級為C35，其他各墩承臺設計混凝土強度等級為C30，全橋總計26 個承臺，其中6～8墩承臺按整體式設計，尺寸為41.8m×27.4m×6.5m，單墩承臺混凝土方量為7444.58m；9墩樁基樁徑為3.1m，共34 根。

2 大直徑挖孔樁施工技術的具體應用

2.1 施工準備

對施工圖紙進行全面審查與熟悉，結合當?shù)氐乃摹⒌刭|條件，以安全施工為原則，以高質量施工速度為目標，因地制宜施工建設，充足準備。

由于六枝特大橋主墩的樁基樁徑3.6m，直徑較大，在山區(qū)交通不便，大型鉆孔設備不能進入施工現(xiàn)場，施工單位經(jīng)過多方案比選，決定采用旋挖鉆機配合人工挖孔施工方案，以加快施工進度及保障人員安全，先采用將旋挖鉆鉆取樁基2.2m 的中間土石方，再用人工擴孔旋挖鉆出渣。利用錯開工作時間的方式，安排旋挖鉆機在夜間鉆芯、出渣，白天人工擴孔及人工澆筑孔樁護壁混凝土。

首先，整平現(xiàn)場場地，修建排水溝，確保場地內(nèi)無積水，做到三通一平。加工制作空壓機風管，預埋電纜PVC 管及空壓機風管后硬化場地。搭設防雨棚、安裝提升設備、修整場地及便道、合理布置堆料，減少孔樁壓力和避免影響施工。做好孔口防護，在孔口設置高出地面不小于30cm 防護圈鎖口，并應設置臨時排水溝，防止地表水流入孔內(nèi)及土、石、雜物掉入孔內(nèi)傷人。準備孔樁開挖輔助設施、器材，如孔內(nèi)的照明、通風、排氣、安全爬梯、掩體等設施。

實施大直徑樁基施工采用旋挖鉆機配合人工挖孔施工方案工藝流程，對案例施工的準備環(huán)節(jié)傾注大量時間和精力，由項目總工與工程科技術人員、現(xiàn)場主管技術員等對施工現(xiàn)場情況進行充分研究，并全面根據(jù)現(xiàn)場的實際狀況繪制施工工藝流程圖。同時，根據(jù)具體施工流程和主要技術指標，科學編制施工方案。為了提高施工方案的靈活性，施工單位認真研究技術應用中所存在的問題，并建立各種應急預案，確保所有安全生產(chǎn)、工程質量隱患都得以有效解決。同時進行施工管理方面的技術培訓，以保障工程施工技術人員都具有相應的施工安全生產(chǎn)、質量控制等問題處理能力，挖孔樁工人施工的安全和質量才得以保障，大直徑人工挖孔樁施工才能在安全情況下正常進行。該項目在材料采集、檢測等環(huán)節(jié)也實施了嚴密的質量管理與控制，材料保證符合工程設計和技術規(guī)范的規(guī)定要求。另外，該項目還對樁位偏差、垂直度、樁徑大小、護壁強度定期抽檢、施工作業(yè)過程嚴格執(zhí)行施工標準化、材料節(jié)超精細化等方面都實施嚴格管理。

2.2 旋挖鉆機配合人工挖孔樁

2.2.1 施工步驟

（1）測量定位及鎖口施工：復核橋位的樁位坐標，確認設計圖紙?zhí)峁┑臉段粩?shù)據(jù)，沿樁中心呈“十”字型引出四個副樁位點用來控制樁位，嚴格設計圖紙對樁孔進行鎖口的施工。

（2）旋挖鉆機掘進：在測量定位完成及鎖口施工完成后，采用直徑為2.2m 鉆頭的旋挖鉆機進行開挖鉆進樁芯及出渣，每輪鉆進深度為8～10m。旋挖鉆機配合人工施工工藝見圖1工藝流程圖。

圖1 旋挖鉆機配合人工挖孔樁施工工藝流程圖

（3）擴孔爆破施工：旋挖鉆鉆芯完成后，采用人工進入孔樁內(nèi)在芯孔邊上鉆設炮眼及裝填炸藥，進行擴孔爆破施工，擴孔寬度為樁基設計樁徑+護壁厚度。

（4）出渣：爆破后人工進入樁孔內(nèi)清理孔壁及將松動渣土棄入下方樁芯內(nèi)，待樁芯內(nèi)棄滿渣土后再利用旋挖鉆機進行出渣，不用人工出渣，這樣提高了出渣的速度，也保證了出渣過程中的安全，臨近設計高程時采用吊桶配合汽車吊出渣，保證了樁底不受到旋挖鉆機的擾動。

（5）混凝土護壁施工：樁孔內(nèi)渣土清除完成后綁扎護壁鋼筋，支立護壁模板，然后澆筑混凝土，待護壁混凝土達到設計強度75%后進行下一次循環(huán)掘進，這個施工方法大大提高施工速度、減少工人的勞動強度、安全性與原始的全人工開挖也得到大的改善。

2.2.2 樁基護壁厚度驗算

（1）驗算公式

人工挖孔樁開挖時，為了防止孔樁墻壁發(fā)生塌孔，保證施工人員安全，人工挖孔樁必須采取分段開挖、分段澆筑護壁的方法施工。分段現(xiàn)澆混凝土護壁厚度，應該取受力最大處，即地下最深段、地質最差處護壁所承受的土壓力及地下水的側壓力，經(jīng)過計算確定護壁混凝土厚度?？讟蹲o壁受力示意圖見圖2。設混凝土護壁厚度為t，則可按下式計算：

圖2 樁混凝土護壁受力簡圖

當挖孔無地下水時：

當挖孔有地下水時：

混凝土護壁厚度滿足：

N—— 作用在護壁截面上的壓力，N/m，N=pD/2；

P——土和地下水對護壁的最大總壓力，N/m；

γ——土的重度，kN/m；

γ——水的重度，kN/m；

H——人工挖孔樁護壁深度，m；

h——地面至地下水位深度，m；

D——人工挖孔樁外徑，m；

f——混凝土的軸心抗壓強度設計值，MPa；

φ——土的內(nèi)摩擦角（）；

K——安全系數(shù)，取1.65。

（2）六枝特大橋主墩樁基

六枝特大橋主墩中每個墩均有部分樁基存在地下水且水位較高，取8墩樁基護壁作控制計算，8墩樁基直徑為3.6m，深53m，混凝土護壁采用C30 混凝土，每節(jié)護壁高度1m，地基土為黏性土，天然重度γ=19.5kN/m，內(nèi)摩擦角φ=20，地面以下9m 有地下水，樁基混凝土護壁所需厚度為t。

最深段的總壓力為：

該橋樁基護壁采用C30 混凝土，f=14.3MPa，D=3.6m，則混凝土護壁厚度為：

此樁基混凝土設計護壁厚度為20cm（設置Ф12的護壁鋼筋，間距為20cm），滿足要求。

2.2.3 樁芯防墜落防護

在使用旋挖鉆鉆芯后，樁孔內(nèi)將產(chǎn)生直徑為2.2m的樁芯，將存在安全隱患，采用直徑20 鋼筋焊接成尺寸為2.6m×2.6m 鋼筋網(wǎng)片（網(wǎng)間距為15cm）覆蓋在取芯孔上方，便于孔樁擴孔作業(yè)人員操作以及防止人員發(fā)生墜落事故，挖孔人員在孔內(nèi)施工時必須佩戴好安全帽、安全帶、掛好防墜器。

2.3 人工挖孔配合小型機具出渣

樁基開挖前，應搭設防雨棚。周圈設安全欄桿并三面滿掛2m 高密目安全網(wǎng)，下班后把出渣口也掛上密目安全網(wǎng)，并且要做好安全門鎖上。樁口上和樁下施工操作層上設置半圓形防護鋼板（采用δ6mm 厚的半圓形鋼板支撐于樁基護壁上端，并采用3 根鋼絲繩構成三角形進行提升半圓形防護鋼板，挖孔時將鋼絲繩固定于孔口圍擋地腳螺栓）側孔內(nèi)躲避，以防落物傷人。采用吊桶出渣時，吊桶不可裝滿，只允許裝到桶高的2/3，避免在吊運過程中渣土灑落出桶，對下方施工人員造成傷害。挖出的土石方渣必須堆放在樁孔邊外1m 以外，并及時運走。

由于該橋墩柱較高較大，所以樁基數(shù)量較多，樁基較集中，間距較小，施工相互干擾較大，人工挖孔樁必須跳孔開挖，每天開挖一米支護一米，待護壁混凝土達到強度后才可以向下開挖。使用鐵鏟和風鎬手動進行挖掘，尤其是使用風鎬和氣槍。在鉆孔開挖過程中出現(xiàn)巖石后，可采用鉆孔爆破法施工，科學布置爆孔位置和炮眼深度，采用接近內(nèi)部作用藥量的藥量。電起爆系統(tǒng)應設計在外部毫秒網(wǎng)絡中，以便有足夠的時間間隔啟動每個爆炸孔，使其成為獨立的動作裝藥。采用機械排渣和人工出渣兩種相結合的方法進行孔樁渣排出，這樣減少了工人的勞動強度，大大提高了挖孔樁的進度。

2.4 鋼筋籠制作及吊裝

六枝特大橋主墩樁基鋼筋籠采用在鋼筋加工房加工為半成品后，再運輸?shù)浆F(xiàn)場，現(xiàn)場采用200 工字鋼及75 槽鋼加工成鋼筋籠胎模胎架，胎架縱向間距2.5m。在胎架上加工制作鋼筋籠，便于準確定位鋼筋籠主筋間距，整條鋼筋籠在胎模上加工制作完成后，再拆分成幾段，便于吊裝把鋼筋籠放入孔中，孔口再連接成整條鋼筋籠逐級放入孔中；其他橋墩樁基鋼筋籠采用在鋼筋加工房分節(jié)制作完成后轉運至現(xiàn)場再進行吊裝的方式。

2.4.1 鋼筋使用前應檢驗是否合格并清除鋼筋表面的銹皮，使鋼筋表面清潔。鋼筋應嚴格按照設計尺寸加工。

2.4.2 鋼筋籠根據(jù)孔樁深度分段分節(jié)加工，主筋接頭錯開布置，接頭采取套筒連接形式，主筋與箍筋連接宜點焊。

2.4.3 鋼筋籠加勁圈等在鋼筋加工房加工區(qū)加工為半成品，現(xiàn)場采用人工進行加強補焊加工制作。

2.4.4 鋼筋籠加工完后應間隔采用Φ28 鋼筋制作成五角星形焊接支撐加勁箍筋，防止鋼筋籠吊裝時發(fā)生變形。

2.5 通風及有害氣體檢測措施

由于此橋的樁基直徑較大，工人操作空間大，工人數(shù)量相對較多，要特別注意通風供給新鮮空氣，保證氧含量充足。該橋樁基較深，有的已經(jīng)達到60m，且地質結構復雜，開挖過程中要預防有毒有害氣體的產(chǎn)生，危及工人的安全，每天下孔前必須先通風，檢測有毒有害氣體。

2.5.1 當開挖深度超過5m，開挖前采用活體試驗或氣體檢測儀進行有毒氣體檢測，經(jīng)檢測確認無有毒氣體后方可進入孔內(nèi)作業(yè)，挖孔過程中，孔內(nèi)施工人員隨身配備便攜式氣體檢測儀，如檢測儀報警，施工人員必須馬上離開孔內(nèi)，并現(xiàn)場技術人員報告。

2.5.2 當孔深達到10m 或孔深未達到10m 但檢測到有害氣體時，人員在下入孔內(nèi)前必須先通風15min 以上后，經(jīng)有害氣體檢測儀檢測合格后方可進入孔內(nèi)，并且人員在孔下作業(yè)時采用通風設備持續(xù)強制通風，通風設備選用送風量18m/min（大于24L/s）的鼓風機。

2.5.3 當孔深超過40m 時，人員在進入孔內(nèi)前必須先通風25min 以上，并經(jīng)氣體檢測儀檢測合格后方可進入孔內(nèi)，人員在孔下時，至少有1 人隨身配備便攜式氣體檢測儀，并采用鼓風機持續(xù)強制通風。

2.5.4 孔內(nèi)空氣污染物超過現(xiàn)行《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—2012）規(guī)定的三級標準濃度限值時禁止人員下孔。

2.5.5 加強安全防御及避險等緊急救助常識教育,項目經(jīng)理部將對施工人員和管理人員進行應急救援常識教育，作為安全防范和風險防范，并將教育所有施工人員只有在緊急進氣（主要成分為氧氣）和檢查儀器檢測無有毒氣體后，才能下井救人。實現(xiàn)應急救援標準化，防止盲目救援，造成救援人員額外傷害，擴大事故規(guī)模。

2.5.6 加強有毒氣體的全程監(jiān)控,每個鉆孔都配有便攜式有害氣體探測器。井底操作員必須在整個成孔過程中檢測有毒氣體。一旦發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)氣體有毒，必須迅速疏散操作人員，并進行強制通新鮮空氣，至少15～30min。有毒氣體檢測合格后，人員可繼續(xù)進入孔內(nèi)。

2.5.7 設專職安全員進行工點的全程督導,完善相關管理制度和措施，采取全過程監(jiān)管，在關鍵點和多個環(huán)節(jié)安排專人檢查落實有毒氣體防護措施；情節(jié)嚴重的，應當進行專項整治。

2.5.8 準備足夠的應急救援物資，把事故規(guī)模降到最低點,每個樁孔應該配備兩個及以上通風系統(tǒng)。軟梯、安全繩、防墜器等也必須配備到每個孔口邊上，專用于該孔，主要用于突發(fā)事故后的應急救援設施。根據(jù)要求，施工現(xiàn)場必須配備多個醫(yī)用高壓氧氣瓶、氧氣輸送管和現(xiàn)場急救設備，主要包括呼吸面罩。

當有工人在孔內(nèi)工作時，必須對孔進行監(jiān)督和保護，不得擅自離開。必須在孔內(nèi)設置軟梯子，不得將卸料起重機用作上下人員的升降機。在樁孔施工期間，工人需要全程帶好氣體檢測儀器，發(fā)現(xiàn)有異常，工人應立即返上到地面。上下孔過程中，對人數(shù)有嚴格的要求（每次不能超3 人），要背好安全帶，掛好防墜器，這是上下孔樁嚴格執(zhí)行，確保工人安全。每個墩柱安排3 個技術員全過程監(jiān)管施工安全，不能讓工人違規(guī)操作，違章作業(yè)。用電安全是專職電工負責，非專業(yè)人員禁止亂接亂搭電力線路。

孔樁達到設計深度后，進行孔底處理，做到孔底表面無松渣、泥、沉淀土。然后進行物探自檢，物探深度不小于10m，確認終孔標高及探明樁基10m 范圍內(nèi)是否有溶洞存在，確保達到設計規(guī)定的樁端持力巖層。

2.6 樁身混凝土灌注

樁基混凝土澆筑均采用導管法施工：對于六枝特大橋主墩樁基采用干作業(yè)澆筑法灌注，如樁基內(nèi)存在地下水，則采用水泵將水抽干后進行干作業(yè)灌注法灌注；對于其他橋梁樁基，滲水量小于6mm/min 的樁基采用干作業(yè)澆筑法灌注；滲水量不小于6mm/min 的樁基，采用水下澆筑法。

采用干作業(yè)混凝土澆筑法施工，在混凝土通過導管進入樁孔底部時，由于樁基較深（40～61m 不等）,落差較大會對樁基底部產(chǎn)生強大的沖擊力，對已經(jīng)澆筑初凝的混凝土產(chǎn)生擾動，在導管上增加了減速裝置，致使混凝土在下落過程中起到緩沖作用，降低混凝土下落的速度、減小了對下層混凝土的沖擊力。為確保樁頭部位混凝土的密實度，在混凝土灌注過程中，項目采用人工用振動棒插入振搗加埋管澆筑的方法進行，保證了澆筑混凝土的密實性，埋管4～6m 開始拆除導管，每次拆除3～4m 導管，一直要保證導管埋在混凝土中澆筑，并做好澆筑記錄。

3 結語

施工中，大直徑鉆孔樁的施工處在高度隱蔽、高度危險狀態(tài)，技術復雜，施工難度、施工安全風險較大，危險因素較多、控制較困難，對工程質量影響因素較多。通過對大直徑挖孔灌注樁施工全過程的理論剖析與實踐運用，為提高樁的工程質量提供理論支持。要更好地開展橋梁施工，必須通過科學的方法進行施工模擬，并引入新型的施工材料與施工機械設備，增加大直徑挖孔灌注樁的質量與強度。