人工挖孔灌注桩在南水北调穿朔黄铁路框架桥工程中的应用

摘 要：人工挖孔灌注桩是桩基施工中常用的一种施工工艺，文章结合工程实例，对该工艺进行了较为详细的介绍。

关键词：人工挖孔 护壁 钢筋笼 混凝土

一、概述

人工挖孔灌注桩是一种通过人工开挖而形成井筒的灌注桩成孔工艺，适用于旱地或少水且较密实的土质或岩石地层，因其占用工作面小、成本较低、工艺简单、易于控制质量且施工时不易产生污染等优点而广泛应用于桥梁桩基等工程的施工中。

南水北调穿朔黄铁路暗渠工程位于河北省新乐市，为南水北调中线京石段S14标段内的重要施工项目。朔黄铁路暗渠为穿越既有朔黄铁路而设，暗渠中线与铁路交叉角度为38°36′。朔黄暗渠从框架桥内穿过，使穿越铁路和输水为两个独立结构。朔黄铁路框架桥为顶进施工工艺，为了保持朔黄铁路的稳定性，在铁路两侧共设置20根防护桩，13根支撑桩，13根抗推桩，共计46根灌注桩。其中防护桩长16m，支撑桩、抗推桩为14m,灌注桩直径均为1.25m。在灌注桩的施工中全部采用了人工挖孔灌注桩的施工工艺，取得了理想的效果，现结合本工程对人工挖孔灌注桩施工工艺进行详细介绍，希望能对其他类似工程的施工提供借鉴。

二、挖孔及护壁

人工挖孔灌注桩需要进行人工开挖、扩壁、土方外运和护壁，是与其他灌注桩类型最大的区别之处。

（一）挖孔

挖孔前应按施工图纸准确放线，确定桩位中心位置，并向桩心位置四周引出四个控制点，以控制桩心。开挖应自上而下分层进行，每一层土方开挖区的形状呈上小下大圆台体形状，厚度为100cm，上底和下底的口径分别大于设计桩径20cm和40cm。自上而下分步进行开挖，开挖区的侧壁要求做到光滑平整，底面要水平，挖出的土方要及时运送到地面并外运，不得堆放在孔边。

在挖孔过程中施工人员必须熟悉所挖孔的地质情况，井上和井下之间应保持良好的联络信号。要勤检查，注意土层的变化，当遇到流沙、大量地下水等影响挖土安全时，要立即采取有效防护措施后，才能继续施工。

人工挖孔比较容易组织，一般以三到四名工人为一组，井下工人使用短把铁锹、羊镐等工具开挖，井上工人使用辘轳将井下工人装到料斗中的土方绞上来，并用手推车推到指定的位置。就单个井筒而言，人工挖孔的速度不如钻孔，但人工挖孔可以几个甚至十几个工作面同时开展施工作业，从而大大加快了施工进度。

（二）护壁

为防止塌孔，每一层土方开挖后应进行护壁。

1．护壁钢筋笼。护壁钢筋笼的形状为一个圆台体的侧表面，由φ12mm@250环形钢筋及6道φ12母线钢筋焊接而成。

第一层开挖位于地表，可将其开口适当加大，以使护壁钢筋笼在场地上制作好后直接放入其中，对于第二层及以下各层而言由于护壁钢筋笼底部直径大于顶部钢筋直径，所以护壁钢筋笼不能直接放入，只能在井下制作完成。

2．护壁模板。浇铸护壁的模板相应也呈圆台体形状，其上口的直径等于设计桩径，下口的直径大于设计桩径20cm，高100cm，由3块呈曲面扇形的薄钢板制作而成，背后焊接三角铁作为骨架起支撑作用，相邻两块模板拼缝要预留2cm间隙。拼接时用螺栓将相邻模板从拼缝处固定，并用木条填塞预留缝隙，以方便拆卸。拆模的方法是：卸掉拼缝处固定的螺栓，向内侧敲打填塞的木条，使各块模板松动、分离后逐一取下。

3．浇铸护壁混凝土。护壁混凝土按C20设计，在混凝土内应掺一定数量速凝剂，以尽快达到强度要求。浇铸护壁时，为了防止模板产生偏移，应对称下料，用敲击模板或木棒插实的方法振捣，由于护壁混凝土在地面以下，湿度、温度对护壁混凝土强度的形成和增长非常有利，一般1天强度就能达到10Mpa左右，半天就可以拆模。如拆模后发现护壁有蜂窝、漏水现象，要及时加以堵塞和导流，保证护壁混凝土强度及安全。

三、钢筋笼的制作与安装

钢筋笼骨架在加工场地分段制作，分段长度视起吊设备的高度和钢筋主筋规格而定，一般为8m左右，灌注桩钢筋笼均分为两段。为使钢筋笼骨架有足够的刚度，每隔2.5m应在主筋外侧设置一道Φ18加强箍筋，以保证在运输和吊放过程中不产生变形。将钢筋笼运至现场后，用吊车起吊，第一段放入孔内后用钢管或型钢临时搁支在护壁上，再起吊第二节钢筋笼，对正位置焊接，焊接应采用搭接焊法，要注意搭接应满足规范的要求，焊接后逐段放入孔内至设计标高。安放前需再检查孔内的情况，以确定孔内无塌方和沉渣，安放要对准孔位，扶稳、缓慢、顺直，避免碰撞孔壁，严禁墩笼、扭笼。放入后应反复校正设计标高并用工艺筋固定，防止钢筋笼下沉或上浮。

四、灌注混凝土

当钢筋笼在井筒中就位以后，便可灌注混凝土，混凝土坍落度宜控制在7～9cm，拌和时间不得少于90秒。在井口的上方搭起支架，将溜槽和串筒接上，串筒宜距混凝土面2m以内为宜，随着混凝土表面不断上升逐步减少串筒数量。严禁在井口向井下抛铲或倾倒混凝土料，以免产生离析现象，影响混凝土整体强度。每次灌注高度不得大于60cm，由井下工人用插入式振动器捣振，插入形式为垂直式，插点间距约40～50cm，应做到“快插满拔”，以保证混凝土的密实度。孔内的混凝土必须一次连续灌注完成，不留施工缝。挖孔灌注桩的混凝土质量容易保证，在制作承台时，无需打掉桩头，只需将其顶面凿毛即可。

通过对本工程完成的挖孔灌注桩进行试块强度试验和桩身动检证明，46根灌注桩均满足设计要求，取得了预期的效果。

五、注意事项

第一，挖孔达到设计深度后，应及时进行孔底处理，必须做到无松渣、淤泥等扰动软土层，使孔底情况满足设计要求；

第二，混凝土的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定，且桩芯灌注混凝土量不得小于计算体积；

第三，钻孔灌注桩人工劳动强度大，风险也较大，应严格按照施工技术要求执行各项安全措施，施工中应由专人负责安全问题，防止塌孔、有毒气体侵害等危及人员安全的事故发生。