南坪快速路主线桥挖孔桩施工技术

摘要：随着国民经济的发展，人工挖孔桩施工技术在民用与工业建筑、市政地铁、公路交通及铁路等工程中得到了广泛应用。本文结合深圳南坪快速路一期工程主线桥库区挖孔桩施工为实例， 就库区水中墩桩基础的施工方案进行选择，并就挖孔桩的施工工艺及施工方法、施工技术安全措施等进行阐述、验证。

关键词：公路桥梁、挖孔桩 施工工艺 技术及安全措施

中图分类号：U445 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）03-（页码）-页数

1.概况

1.1工程概况

南坪快速路主线桥位于深圳南坪快速路第十合同段，包括主线左幅桥，主线右幅1#、2#桥。其中左幅桥起点桩号ZK8+624.960，终点桩号ZK9+156.040，全长531.080m；右幅1#桥起点桩号YK8+626.960，终点桩号YK8+738.040，全长111.080m；右幅2#桥起点桩号YK8+836.960，终点桩号YK9+158.040，全长321.080m。桥位均处于道路中心线平面上R=800m的圆曲线及缓和曲线上，桥宽均为 17.m。主线桥设计为双向八车道，设计荷载为城-A级。桩基础采用钻孔灌注桩，?1.8m，共90根，设计桩长为9～32.708m。主线桥总工期为9个月，工期紧，库区深水桩、系梁、墩柱是整个桥区施工的重点和难点。

1.2地形、地貌、地质情况

主线桥处的地貌均属剥蚀性低丘陵区，桥梁跨越雅宝水库及三领沟谷，有54根钻孔灌注桩在雅宝水库库区内，桩顶标高100m，库区水深常水位最深16m，枯水季节时最深8m， 在枯水季节水面标高为102.5m，地形起伏较大，施工条件复杂。雅宝水库为新建水库，蓄水用于养殖，环保要求高，主线桥的地质岩性构造自上而下为素填土（Qml），坡冲洪积含砾亚粘土（Qal+pl）），残积砾质亚粘土（Qel），下伏基岩为燕山期粗粒花岗岩（rss）。

2.挖孔方案的确定

方案1：采用驳船拼装钻孔平台及钢套箱围堰施工深水桩、系梁、墩柱。采用该方案可以满足环保要求，由于主线桥穿越库区的水域面狭长不利于大量船只在该水域同时作业， 且拼装码头建设、驳船及其他机动船只进场、驳船钻孔平台及钢套箱围堰的拼装就位的准备时间较长，先期资金量投入大，库区下部结构的施工工期难以满足总工期的要求。

方案2：采用架钢便桥、搭设钻孔平台及马道，采用钢套箱围堰施工深水桩、系梁、墩柱。采用该方案可满足环保要求，根据设计钻探资料，水库底面岩层为中风化粗粒花岗岩且淤层较薄，便桥钢管桩施工较为困难，施工缓慢，前期投入大，不能满足库区下部结构的施工工期，难以满足总工期的要求。

方案3：采用抽水回填的方法提供库区深水桩基及下部结构的施工场地，采用用大功率抽水机抽水使库区保持水位在94.0m左右，待桩基础及下部结构施工完毕后，再挖除、清理，经2～3个雨季自然处理即可恢复库区的水质及水位。采用该方案可满足环保要求及工期要求。

经比选，决定采用方案3。为防止库区水质再次污染，根据现场情况及环保要求，并考虑下述优点，我项目部又申请将库区内的钻孔灌注桩变更为挖孔桩施工：采用挖孔桩取代钻孔桩，节省了施工费用，减轻了对库区的污染。人工挖孔投入少，作业面多，多孔可同时施工，较钻孔桩明显可以减少成本、缩短工期。采用人工挖孔，便于对地质情况进行判断，进而正确确定终孔标高，确保嵌岩深度，使桩底沉渣清理得更彻底，保证桩底混凝土与孔底岩面有效粘接。挖孔桩采用空气灌注可避免钻孔桩水下混凝土灌注的危险性，保证桩身混凝土的质量。

3.施工工艺及施工方法

人工挖孔桩其特有的优点：（1）施工操作工艺简单，施工方便，不需要大型机械设备。（2）单桩承载力高，可直接检查桩外形尺寸和持力层情况，受力性能可靠，抗震能力强。（3）可多桩同时进行，施工速度相对较快，节省设备投资，降低工程造价（比钻孔可降低30%-40%）.（4）适应性强，不受场地限制且无振动、无污染、无噪声对周边环境影响较小，是一种经济适用的基础形式，得到许多设计单位、施工单位的认可。

3.1人工挖孔桩施工工艺流程

人工挖孔桩施工工艺流程见图1.

3.2人工挖孔桩施工方法

3.1.1人工挖孔桩施工机具

（1）挖掘工具：以铁锹、铁镐、铁锤、钢钎、风镐等简易轻便工具为主。（2）出土工具：由机架、电动葫芦及活底吊桶组成。机架采用型钢焊成的简易门式机架，其上安置单轨电动葫芦。起重工具采用单轨电动葫芦，起吊能力为10kN，吊放深度根据桩长选择，铰链处设有自动限位防坠装置，承重吊链的破坏拉力不小于60kN。（3）降水工具：孔内设集水坑，采用大扬程的潜水泵抽水。（4）照明工具：孔内照明采用36V以下低压防水照明灯具。（5）通风工具：采用1.5kw的鼓风机，配以直径为10cm的塑料送风管，向孔内送风不小于25L/s。（6）混凝土护壁模板：采用钢模板。护壁混凝土选用自落式拌和机拌和。（7）人员上下：采用吊挂式软爬梯。（8）水平运输：手推车运至临时堆土场，然后用自卸汽车弃运。

3.1.2井孔开挖方法

（1）施工前，先铲除松软土层并夯实，再进行施工放样，引出放出桩位的护桩，以便施工中检查校核；（2）井孔开挖人工自上而下逐层用镐、锹进行，挖土次序为先挖中间部分后挖周边。挖至地下水位时，在孔内挖集水坑，设小型潜水泵排水。随着挖孔的加深，及时配置安装通风、照明、通讯等设备；（3）挖孔达到设计标高后，进行孔底处理，使孔底平整、无松碴淤泥及沉碴，嵌入岩层符合设计要求，待监理工程师检查合格后应马上封底，安放钢筋笼，灌注桩身混凝土；（4）当遇到流动性淤泥或流砂时，可采取的措施如：①缩短每节护壁的开挖长度，取0.3-0.5m，采用石棉、麻包等封堵，且即挖即护。②采用钢护筒支护后进行开挖施工，钢护筒高1-2m，厚4mm，直径略小于混凝土护壁内径，利用上一节混凝土护壁作支点，用小型油压千斤顶将钢护筒逐渐压入土中，阻挡流砂，待钢护筒压入后即开挖该段桩孔，完成后，在该钢护筒上方在放置同型号钢护筒，将该钢护筒压到下一层土中，依次类推开挖，直至穿过流砂层，再转入正常挖土，混凝土护壁支护。③采用注浆加固措施，在桩四周预先注入水泥、水玻璃双液浆止水加固土体后再进行支护和开挖施工。④采用上述方法仍无法施工时，即迅速用粘土回填桩孔到能控制坍孔为止，防止周围地面下沉及坍孔，并改为钻孔桩。（5）挖孔桩内强风化及部分中风化软石采用风镐凿除，中、弱、微风化岩石则采用微差控制爆破开挖。①挖孔桩爆破施工参数：炮孔直径：Ф32；炮眼深度：0.5～0.7m；起爆：非电毫秒雷管；炸药：2#RJ乳胶炸药；装药集中度：0.12-0.15kg/m；爆破震速控制：2cm/s。②挖孔桩内爆破炮孔布置及起爆顺序如下图2所示。③挖孔桩爆破施工注意事项：爆破时井口覆盖钢筋网和砂袋，以杜绝飞石外逸。爆破作业时须加强爆破振动监测，并用监测结果及时修正爆破参数。爆破后须采用高压风和鼓风机进行足够的通风排烟处理，经小动物试验检测确认后方可进入孔内作业。

4.护壁施工

为防止坍孔和保证施工的安全，孔桩采用C25砼护壁支护，人工填土层中每节护壁高0.6m，其它土层中每节护壁高0.8m。砼护壁配置钢筋，箍筋选用?8@200，纵向钢筋选用?10@150且纵筋要伸入下一节护壁其长度30d并与下一护壁纵筋绑扎拉接。为了便于混凝土的浇注，护壁做成锥形，上口厚度250～300mm，下口厚度150mm（如图4）。护壁砼施工采取组合钢模板拼装支护，拆上节支下节循环周转使用，模板用U形卡连接，上下设两半圆组成的钢圈顶紧，不另设支撑，混凝土用吊桶运输人工浇筑。正常温度下24h后即可拆模。

灌注护壁砼时，可轻微敲击模板或用木棒反复插捣。不得在桩孔水淹没模板的情况下灌注护壁砼。发现护壁有蜂窝、漏水现象应及时加以堵塞或导流，防止孔外水通过护壁流入桩孔内。同一水平面上的孔圈二正交直径之差不宜大于50mm。

在第一节砼护壁上设十字控制点，每一节用十字横杆吊线锤引出桩位中心线，用水平尺定出立模线。控制桩径偏差在±50mm内。

5.钢筋笼制作安装

人工挖孔桩钢筋笼在孔外分节加工，成孔后用2台16T吊车分节吊装。钢筋笼制作与安装遵守的规定：（1）钢筋笼制作外径比设计孔径小140mm左右；（2）钢筋笼在制作、运输和安装过程中，为防止变形，在钢筋笼的每一道加强箍筋内布置三角撑及十字撑。（3）钢筋笼的主筋净保护层不小于70mm，其允许偏差±20mm；（4）钢筋笼吊装采用2台16T的吊车同时起吊，先使钢筋笼离开地面一定距离，然后升高吊臂，另一台吊车配合使钢筋笼底端不接触或冲撞地面，直至将整个钢筋笼垂直吊起并安装就位。吊放钢筋笼入孔时，不得碰撞孔壁，灌注混凝土时应采取安设砼垫块及固定箍筋等措施固定钢筋笼位置。（5）钢筋笼需分段连接时，其连接焊缝及接头数量要符合规范及验标要求；（6）钢筋笼的制作偏差应符合下表1的规定：

6.桩身混凝土灌注

桩身砼采用C25商品砼。砼由搅拌运输车运输，混凝土输送泵泵送入模。当孔内地下水渗流量不大（1.5cm/min）时，采用人工浇注，浇注前清理孔底浮土和积水，采用串筒下料且出口距浇注混凝土面的距离应控制在2m内。砼要垂直灌入桩孔内，并连续分层浇筑，每层厚度控制在0.3m以内，由于工人下井振捣较为困难，为却保混凝土浇注质量，在混凝土中掺入适量减水剂，并提高混凝土的流动性，利用砼下沉的冲击力及振动棒振捣使之密实。在桩上部钢筋加密部位，仍用振动棒振捣密实。为了保证桩端的砼强度，施工时要超浇10cm～15cm，在砼达到规定的强度以后进行桩头处理。当桩孔内渗流量过大（>1.5cm/min）时，要采用水下混凝土灌注方法，按挖孔桩水下混凝土灌注有关规定进行。由于南方气温较高，故砼浇筑12h后，采取覆盖草袋，并洒水的方法进行养护，养护时间不少于7d。

7、人工挖孔桩技术要求

（1）人工挖孔桩基底直径应符合设计要求，基底应平整无虚土，无积水，无淤泥，基底标高在允许误差范围内。（2）人工挖孔桩允许偏差必须符合下表2规定：

8.人工挖孔桩施工技术措施

（1）桩位应定位准确，安装护壁模板必须用桩中心点校正模板位置，并由专人负责。（2）人工挖孔桩的护壁厚度不小于150mm，混凝土等级不低于桩身混凝土强度等级，上下节护壁中的纵筋应绑扎拉接。（3）护壁中心线应和桩的轴线重合，其与轴线偏差不大于20mm。每节护壁上下厚度差为100～150mm，第一节护壁应高出地面300mm。（4）上下节护壁相互搭接不小于50mm。（5）每节护壁均应在当日连续施工完毕。（6）护壁混凝土必须密实，根据土层渗水情况可使用速凝剂。（7）出现涌泥涌砂时，每节开挖深度可减小到300-500mm，并采取有效的降水措施，采用石棉、麻包等封堵，随挖、随验、随浇注护壁混凝土；必要时采用钢护施工。（8）护壁出现漏水，对水压较小的水孔，用水玻璃惨加30%的水泥，拌匀后直接封堵。对水压大、直径较大的水孔，先将护壁松散的混凝土打掉，插入塑料管进行导流，用加30%的水泥的水玻璃将漏水处沿塑料管四周封堵。24h后，将塑料管打折并用铁丝扎死，切断水源。（9）护壁局部坍塌：因桩位土质不好，或地下水渗出而使孔壁坍塌。在坍塌处用砌砖，钢板桩、木板桩封堵；操作过程要紧凑，不留间隔空隙，避免坍孔。

9.人工挖孔桩施工安全措施

人工挖孔桩施工时，人员要下到井底，桩深孔小，必须特别注意施工安全。（1）孔口四周挖排水沟，做好排水系统，及时排除地表水，搭好孔口雨棚。（2）开挖过程中使用对讲机加强地面及孔内开挖人员的上下联系，防止井下发生意外。（3）随时检查孔内有毒物质，特别是采用爆破作业的桩孔，人员进入之前必须采用高压风管或鼓风机进行足够的通风排烟处理，经动物试验检测确认安全后方可入孔作业。（4）作业人员必须配戴安全帽，每班上下孔前均须认真检查爬梯及吊篮等上下工具的安全可靠性，孔内采用36伏以下的低压照明灯具。（5）孔口设第一道钢筋盖板，并在下班后加盖严实。井下作业人员头顶1.0m设第二道钢筋盖板，在土石方起吊过程中，人员站在盖板之下，防止高处坠物伤人。（6）安装提升设备，布置好出碴道路，合理堆放材料和机具，孔口高出地面30cm，孔口四周2m范围内不允许堆放材料及杂物，及时清除孔口周边的松散泥块和杂物。（7）钢筋笼吊装须由专人指挥，确保施工人员的安全。（8）相邻孔同时施工时，其安全距离不得小于4.5m。（9）施工现场电源、电路的安装、拆除必须由专业电工操作，施工现场电源、线路按“三相五线制”，TN―S系统要求布置，并按“三级配电”，“二级漏电”分级分段保护，各孔井用电必须分闸，一机一闸一漏一箱进行敷设，孔上电缆线必须架空2米以上，孔内电线电缆采用护套等有防磨损，防潮，防断等保护措施，孔中操作工应戴工作手套，脚穿绝缘胶鞋，配电箱应有严密的防雨措施，安装位置合适，安装牢

10.结语

库区内所有钻孔桩基础改为抽水回填挖孔施工后，桩的超声波检测报告评定结果均为I 类桩。采用挖孔施工提高了桩基的成桩质量，减轻了对库区的污染，克服了现场地形对桩基施工的影响，加快了施工进度，为项目部节约投资100万元，保证了主线桥的总工期，受到业主及雅宝集团的好评，取得了很好的经济效益。

（备注：挖至岩质较好的中风化花岗岩时可不做护壁。）

参考文献

[1]公路桥涵施工技术规范，JTJ041-2000 北京人民交通出版社，2000。

[2]公路施工手册，交通部第一公路总公司编制，北京人民交通出版社，2000。

[3]公路工程质量检验评定标准，第一册土建工程，JTGF80/1-2004，交通部公路科学研究所编制，北京人民交通出版社，2004。

[4]深圳市南坪快速路一期工程主线桥设计图纸，南昌有色冶金设计研究院，2004。

[5] 王炜主编，公路工程施工安全生产指南 [M]，北京人民交通出版社，2003。

作者简介：锁福忠（1973.12-），籍贯：山东莱州；性别：男；学历：本科；职称：中级职称；研究方向：桥梁与隧道.