人工挖孔灌注樁在市政橋梁工程中的應用實踐

曾芳芳

中交第三航務工程局有限公司廈門分公司

1 工程概況

云頂路空中自行車道位于云頂路BRT高架橋下，起點為BRT洪文站，終點為BRT縣后站，路線全長7.576km，工期140天，總造價4.84億。全線除忠侖公園段170m采用路基段外，其余均采用高架橋形式，沿BRT橋梁中心線兩側(cè)布置，橋梁上部為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，下部為鋼墩柱結(jié)構(gòu)，基礎結(jié)構(gòu)為樁基礎；樁基共計384根，其中樁徑Φ1.3m共190根，Φ1.6m共83根，Φ1.8m共111根。

2 方案的選定

因本項目工期緊，按施工總進度計劃384根樁基礎工期只有45天，需多工作面同時進行。項目大部分樁基礎位于原BRT 高架橋下綠化帶內(nèi)側(cè)，地下市政管線繁雜，橋下凈空受限。根據(jù)鉆探揭露，該項目擬建場地多為填土層和風化巖層，持力層埋藏較淺，單根設計樁長在15m左右。比較旋挖鉆成孔樁，沖擊鉆成孔樁，沉入樁等，人工挖孔樁不需要大型機械設備、施工方便、速度較快，同時受力性能可靠，結(jié)構(gòu)傳力明確，而且根據(jù)本項目的情況人工挖孔樁施工成本也更低，所以本項目優(yōu)先采用人工挖孔樁。

3 施工工藝流程

以下為人工挖孔灌注樁工藝流程圖

圖1 人工挖孔樁施工工藝流程圖

4 挖孔樁施工方法

4.1 放線、井圈施工

（1）樁位定線。確定好樁位中心，樁孔開挖尺寸線按以樁位中心為圓心，以護壁厚度加樁半徑為半徑畫出的圓周線。

（2）井圈鎖口施工。。挖孔前需先澆筑井圈鎖口，可避免因地表水流入樁孔內(nèi)或者孔周圍的土石掉入孔內(nèi)而造成安全事故。井圈采用C25混凝土澆筑，厚度為25cm，高30cm，井圈預埋鋼筋與第一圈護壁相連接。

4.2 人工開挖

（1）因本項目工期緊，所以人工挖孔需多工作面同時進行開挖，全線分為192個作業(yè)小組，每小組開挖2個樁孔，即第一個樁孔護壁未拆模時，開挖第二個樁孔，循環(huán)作業(yè)，每個小組3人，井下1人，井上2人（1人使用電動卷揚機，1人指揮及出渣），輪流下井。開挖時分層開挖，開挖完該層立即支護。對于土層開挖采用人工用尖鎬、鐵鍬開挖，風化層、中風化層用空壓機破碎開挖。開挖次序先中間后周邊，允許開挖誤差30mm。開挖直徑為樁徑加2倍的壁厚，護壁采用內(nèi)齒式，截面為梯形狀，上壁厚20cm，下壁厚10cm。

（2）一般地質(zhì)情況下每層挖深1m，開挖完需及時澆筑混凝土，當天挖完的孔當天必須澆筑完護壁混凝土。

（3）當開挖深度達到6m 時，應加強通風，當開挖深度大于10m時，必須采取機械通風措施，保證施工人員安全。

（4）土方（石渣）從井孔內(nèi)采用鐵桶或籮筐、定制提升架進行提運，棄置于井口以外臨時堆放，再用小型車運出場地外。

4.3 護壁施工

（1）護壁模板為鋼制，拼裝緊密，支撐牢固不變形，可上下節(jié)重復周轉(zhuǎn)使用。模板底要和每節(jié)段開挖底的土層頂靠緊。為保證護壁的支撐強度，上節(jié)護壁與下節(jié)護壁要搭接5cm～10cm。為防止內(nèi)模因受漲力而變形，每節(jié)模板的上下端可各設置一道內(nèi)鋼圈作為內(nèi)側(cè)支撐。第一節(jié)護壁以高出地坪300mm。

（2）護壁鋼筋在鋼筋加工場制作好后，小平板車運至現(xiàn)場人工安裝。如地質(zhì)情況不好，可在護壁混凝土中增加間距200mm環(huán)向光圓鋼筋Φ8；間距300mm 縱向鋼筋Φ12；間距400mm 上下護壁連接鋼筋Φ8，均采用綁扎連接。

（3）樁孔護壁每挖完一節(jié)，應立即立剛模澆筑混凝土，護壁厚度為20cm～10cm，混凝土強度為C25，坍落度80mm～100mm。用吊桶運混凝土至澆筑部位，人工入模，采用50mm 插入式振動棒或插扦搗固，振搗過程中要避免碰觸鋼筋及模板。因本項目工期緊，所以在護壁混凝土中加入水泥用量1%～2%的早強劑。

4.4 垂直運輸設置、安裝孔口護欄、照明、通風設施

（1）澆筑完第一節(jié)樁孔后，便可設置垂直運輸支架。支架要求搭設穩(wěn)定、牢固。在支架上方搭設防水雨棚防止雨水進入樁內(nèi)。

（2）在垂直運輸架上安裝滑輪組，穿卷揚機的鋼絲繩和吊桶。運上來的土方再手推車推至農(nóng)用車位置運走。

（3）吊桶安裝時，應使其與樁孔中心重合，這樣在挖土時可在直觀上檢測樁位中心和護壁支模中心線。

（4）為了確保施工安全，防止高處墜落、傾覆等事故發(fā)生，特進行以下驗算。

根據(jù)現(xiàn)場施工及吊桶承重力，吊桶運土的最大容許質(zhì)量為80kg（含水份），采用6×19、直徑為的軟鋼絲繩作業(yè)。

圖2 挖孔開孔示意圖

圖3 鋼筋錕轆提升裝置示意圖

①鋼絲繩的破斷控力。在現(xiàn)場工作中，當計算精度要求不高，我們可以采用下式估算鋼絲繩的破斷拉力：

式中：

SP——鋼絲繩的破斷拉力，N；

d——鋼絲繩的直徑，mm。

所以

為了確保鋼絲繩在使用過程中不斷裂，保證作業(yè)安全，我們?nèi)∫粋€安全系數(shù)。根據(jù)相關標準，安全系數(shù)一般取5-6。

所以SP現(xiàn)實=SP/（5-6）=10000-8333N

遠遠大于鋼絲繩實際工作中的最大起重重量800N，所以實際操作中鋼絲繩不會發(fā)生斷裂。

②卷揚機的抗傾覆力。施工中我們用土包配重的方法來保持卷揚機兩端平衡，取1.5 的保障系數(shù)，卷揚機的受力即為實際重量80kg，所以實際配重80×1.5=120kg，即只要配重120kg，卷揚機就不會發(fā)生傾覆事故。

（5）通風照明?？變?nèi)應設置照明系統(tǒng)，照明燈泡要防水帶罩的，功率為100W，12V低壓電壓。電纜為防水絕緣電纜。

當挖孔深度超過5m 時要先送風才能下井，送風時間保證在15min以上，每天下井前要進行有毒有害氣體的檢測。送風嚴禁用空壓機，要用專業(yè)設備，送風后必須對孔內(nèi)氣體進行抽樣檢測，檢測合格人才能下去。

4.5 拆第一節(jié)護壁模

護壁模板可以上下節(jié)周轉(zhuǎn)使用。護壁拆模強度應達到2.5MPa 以上。拆模后如發(fā)現(xiàn)有蜂窩現(xiàn)象，可用M15 水泥砂漿修補。

4.6 在護壁上投測標高及樁位十字軸線

做好一節(jié)樁孔護壁后，在孔口用十字線對中，孔中心吊線檢查該節(jié)護壁的垂直度和內(nèi)徑，同一平面上的護壁任意內(nèi)徑的極差應控制在50mm 以內(nèi)。為了檢查工作方便、準確，現(xiàn)場可自制檢查工具如圖4。

圖4 樁孔檢查示意圖

4.7 檢查持力層后清孔，樁孔驗收

將樁孔挖至設計深度，清除虛土或石渣，土質(zhì)情況、剛性角是否滿足設計要求。對樁中心、直徑、垂直度、深度、擴底尺寸、持力層情況檢查驗收成孔以后必須對樁中心、直徑、垂直度、深度、擴底尺寸、嵌巖深度、巖石、持力層情況檢查驗收。樁身長度滿足設計要求。對風化巖層進行清除，有積水的孔底利用抽水泵抽出，并排至市政管網(wǎng)。

4.8 吊放鋼筋籠就位并驗收合格

本工程樁基由于BRT 橋凈空影響，因此鋼筋籠均采用分節(jié)制作，分節(jié)長度一般不大于6m，兩段鋼筋籠連接時應采用綁扎搭接或機械連接，接頭錯開。骨架外側(cè)豎向間距2m應設置控制保護層厚度的墊塊，橫向四周不少于4 處。骨架頂端應設置吊環(huán)。鋼筋籠用吊機入孔，要對準孔位，豎直吊入、控制下沉速度，不能碰撞孔壁。

4.9 澆筑樁身混凝土

鋼筋籠吊放固定好后需再次清孔，才能澆筑混凝土。控制混凝土澆筑速度，尤其混凝土剛進入鋼筋籠底部時，一定要控制澆筑速度，不能太快，防止出現(xiàn)鋼筋籠上浮。當孔內(nèi)無積水時可按干施工法進行混凝土施工，混凝土澆筑中要防止發(fā)生離析，下料時，串筒底距澆筑面不超過2m，及時用插入式振搗器分層振搗密實。

當孔內(nèi)有積水時應按水下混凝土灌注方法施工，用鋼導管灌注，導管使用前應進行水密承壓和接頭抗拉試驗。此時應超灌混凝土高出設計樁頂標高1m，以保證樁身質(zhì)量。

5 結(jié)語

結(jié)合云頂路空中自行車快速道示范段工程，可以看出采用人工挖孔樁施工，具有以下優(yōu)點：（1）機械配置簡單，場地不受限制，適用性較強；（2）施工簡單，多小組同時進行作業(yè)，施工進度能夠得到保障；（3）造價相對低廉；（4）單樁承載力高，受力性能可靠。所以人工挖孔樁在市政橋梁工程中得到廣泛實踐應用。