山區(qū)喀斯特地貌大跨高墩超深樁基人工挖孔施工技術(shù)應(yīng)用研究

陳寬 劉幫 陳建光 付皓 王應(yīng)鵬 肖遙

(中建四局貴州投資建設(shè)有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 工程概況

火焰洞特大橋?yàn)殄e(cuò)幅橋。 左幅起止樁號為K40+126—K41+149， 全長1 023m：右幅起止樁號為K40+026—K41+129，全長1 103m， 橋梁上部結(jié)構(gòu)均為多跨40mT梁+(86m+160m+86m)連續(xù)剛構(gòu)。橋梁跨越山區(qū)溝谷，橋高約160m，主墩墩高133m，采用群樁基礎(chǔ)，主墩樁長50m，樁基直徑2.5m。[1]

項(xiàng)目區(qū)地處黔北高原北部，橋位跨越山間溝谷， 地形起伏變化大，場區(qū)海拔565.0—945.0m， 相對高差380.0m， 地貌類型為溶蝕-構(gòu)造低山地貌。場區(qū)覆蓋層為殘坡積層(Qcl+dl)粘土、堆積體(QC)塊石土，下伏基巖為奧陶系下統(tǒng)桐梓組一紅花園組(01t-h)灰?guī)r夾泥巖、寒武系中上統(tǒng)委山關(guān)群(ε2.3Js)白云質(zhì)灰?guī)r，有大型巖溶管道發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)主墩下存在5m×3m×3m的溶洞。[2]

2 施工工藝

2.1 工藝流程

由于山區(qū)喀斯特地貌地質(zhì)復(fù)雜，地形崎嶇，超深人工挖孔樁施工工藝流程對施工安全、樁基工程質(zhì)量影響至關(guān)重要，此處對人工挖孔樁的準(zhǔn)備階段、施工階段、樁基養(yǎng)護(hù)階段提出了詳細(xì)的工藝流程，如圖3所示。

圖1 火焰洞特大橋地質(zhì)立面圖

圖2 火焰洞特大橋地形地貌圖

圖3 人工挖孔樁施工流程圖

2.2 挖孔護(hù)壁

2.2.1 定位鎖口

人工挖孔樁開挖前，必須根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對樁基的中心點(diǎn)定位，并用牢固的木樁或者鋼樁定位。定位后，開始挖第一段樁孔土方，安裝第一段樁孔護(hù)壁模板時(shí)，必須用樁心點(diǎn)校正模板位置，支護(hù)牢固，并檢查護(hù)壁厚度、位置、質(zhì)量。只有第一步確保準(zhǔn)確無誤后才能繼續(xù)下一步操作，如扣紐扣一般，定位鎖口的重要性是方向性的，不可馬虎。

2.2.2 樁孔護(hù)壁

在檢查符合要求后可澆搗護(hù)壁，中心誤差控制在1cm內(nèi)。第一段護(hù)壁因?qū)τ谡麄€(gè)護(hù)壁來看為懸臂端，孔口護(hù)壁為自由端，故需加強(qiáng)加厚，比正常壁厚厚15cm，待第一段護(hù)壁強(qiáng)度達(dá)到要求后拆除模板，此時(shí)將樁孔定位轉(zhuǎn)移到第一段護(hù)壁上，以下樁孔開挖采用護(hù)壁作為標(biāo)準(zhǔn)開挖，在保證壁厚的前提下，護(hù)壁垂直度可以與第一段的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)壁誤差2cm。施工過程中控制井圈高出地面30cm，防止地表水匯流進(jìn)入孔內(nèi)。井圈澆筑完成后需在護(hù)壁頂面標(biāo)記樁基基本信息，在下放鋼筋籠前需對樁基基本信息進(jìn)行核驗(yàn)。每一節(jié)護(hù)壁澆筑均需對護(hù)壁的垂直度進(jìn)行校驗(yàn)，與第一段的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)壁誤差控制在2cm內(nèi)。護(hù)壁混凝土振搗可采用鋼釬插入振搗，不得使用震動器，避免將孔壁振松坍塌。

2.3 安全質(zhì)量保證措施

2.3.1 混凝土工程保證措施

雨天施工注意確保混凝土的配合比處于適當(dāng)范圍內(nèi)，對于已經(jīng)澆筑的混凝土做好保護(hù)。要在混凝土攪拌站指派專職試驗(yàn)員檢查、監(jiān)督、試驗(yàn)，遇施工現(xiàn)場有特殊情況不能澆筑時(shí)，利用通訊設(shè)備，通知停止送出混凝土。由于樁孔較深、樁身較長，在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)采用工具防止混凝土離析?；炷翝仓r(shí)，需嚴(yán)格控制混凝土下料速度，為確?；炷恋恼駬v質(zhì)量，留有足夠的時(shí)間振搗。

2.3.2 安全保證措施

樁孔開挖至5m時(shí)，需在孔內(nèi)設(shè)置鋼筋防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)高度控制在作業(yè)人員的頭頂2m左右，在吊桶提升土渣時(shí)，孔底工人需站在鋼筋防護(hù)網(wǎng)下。施工過程需保持孔底空氣清新無毒，爆破完成后，作業(yè)人員下孔施工前，要仔細(xì)檢查護(hù)壁是否被損壞，確保護(hù)壁穩(wěn)定再下孔作業(yè)。照明電壓孔內(nèi)采用12V低壓，孔上可用24V低壓，現(xiàn)場均應(yīng)安裝漏電保護(hù)裝置。

3 施工方法

3.1 開挖方法

群樁采用隔孔開挖法，分兩次開挖，避免產(chǎn)生累計(jì)誤差；對于不同土層采取不同的開挖方式。[3]

3.1.1 土層人工開挖

孔樁挖孔采用自上而下逐層開挖，先挖中間后挖周邊，允許誤差為2cm，由工人逐層用鐵鍬、鏟子進(jìn)行開挖，對于堅(jiān)硬土層用鐵錘、鋼釬或風(fēng)鎬破碎。開挖中若出現(xiàn)淤泥質(zhì)土層時(shí)，應(yīng)縮短開挖進(jìn)尺，及時(shí)護(hù)壁確?？妆谫|(zhì)量，防止坍孔。

圖4 人工挖孔樁施工示意圖

圖5 人工挖孔樁施工實(shí)景圖

3.1.2 巖層爆破開挖

圍護(hù)樁經(jīng)過的巖石強(qiáng)風(fēng)化帶、巖石弱風(fēng)化帶采用錘釬破除困難，為了保證施工進(jìn)度，采用爆破施工，通過爆破參數(shù)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)效果，加快施工進(jìn)度。人工挖孔樁爆破開挖施工詳見流程圖(見圖6)。

原則上，在密集炮孔、分散裝藥、規(guī)模控制、微差多分段和覆蓋防護(hù)的基礎(chǔ)上，采用淺眼松動爆破方案?？讟侗粕疃让看尾怀^1m，以防止爆破震壞上節(jié)護(hù)壁，避免產(chǎn)生坍孔等現(xiàn)象。[4]

炮眼布置時(shí)，施工采用中空楔形掏槽，炮眼成環(huán)行布置。周邊眼為了便于鉆眼，通常向外傾斜一定角度，一般不得大于4°。輔助眼一般與周邊眼平行。掏槽眼炮眼擴(kuò)大頭時(shí)張開角為10度左右，大頭時(shí)張開角為30度左右。

當(dāng)爆破結(jié)束后，必須在遠(yuǎn)處等待足夠的時(shí)間。煙霧充分消散，工點(diǎn)安全后方可進(jìn)行下一步工序，施工過程中需注意防止孔口松動。

圖6 人工挖孔樁爆破開挖流程圖

3.1.3 孔樁封底

孔樁開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對樁孔進(jìn)行保護(hù)，孔口進(jìn)行遮擋，防止任何事物落入孔內(nèi)。及時(shí)邀請監(jiān)理工程師、設(shè)計(jì)、質(zhì)檢人員等驗(yàn)孔。驗(yàn)孔合格后，立刻采用C30混凝土進(jìn)行封底，并對樁孔加以保護(hù)。

3.2 巖溶及坍塌處理

3.2.1 挖孔樁巖溶處理

樁基開挖過程中，如發(fā)現(xiàn)溶洞，立即停止開挖，及時(shí)聯(lián)系現(xiàn)場管理人員，并按程序上報(bào)，根據(jù)四方現(xiàn)場確認(rèn)方式及專項(xiàng)施工方案進(jìn)行處理。

當(dāng)樁基經(jīng)過巖溶區(qū)域，首先需要仔細(xì)分析地質(zhì)鉆探資料，根據(jù)溶洞高度、寬度對溶洞進(jìn)行分類，不同類型的溶洞，樁基施工時(shí)采取不同的方法。

(1)無充填物的干溶洞。

對于無充填物的干溶洞，加強(qiáng)護(hù)壁，對樁孔外部位采用充填封閉法填充，擬采用C20商品砼進(jìn)行填充。

(2)有充填物的溶洞。

對于有流質(zhì)泥漿(或水)等充填物的溶洞，規(guī)模較小，并且無地下暗河、溶洞連通的，在抽干泥漿和積水后，按干溶洞處理。

對于規(guī)模較大的有流質(zhì)充填物的溶洞，按建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理四方現(xiàn)場確認(rèn)方式及專項(xiàng)施工方案進(jìn)行處理，確保方法可靠安全。

圖7 挖孔樁巖溶處理

3.2.2 挖孔樁塌孔處理

由于暗流的沖擊、侵蝕作用或者其他因素，若導(dǎo)致樁孔內(nèi)出現(xiàn)土方塌方、塌孔的情況，在保證施工人員安全的前提下，清除孔內(nèi)塌方的土方及殘?jiān)缓髮μ糠只靥頒30毛石混凝土(毛石含量30%)，按設(shè)計(jì)要求澆筑鋼筋混凝土護(hù)壁(如圖8所示)。

圖8 塌方樁孔回填剖面示意圖

4 結(jié)語

對于地形地貌處于溝壑縱橫的山巒之間的超深人工挖孔樁施工，施工時(shí)逐層向下開挖，根據(jù)不同土層采用不同的開挖方式和支護(hù)模式，不同深度采用不同的通風(fēng)照明方法，以確保人工挖孔樁的挖孔質(zhì)量及施工安全。如此可有效減少挖孔坍孔現(xiàn)象，確保樁基樁身質(zhì)量，節(jié)約工期，降低工程造價(jià)。