人工挖孔樁混凝土澆筑新工藝

趙曉光

(1.四川智通路橋工程技術(shù)有限責(zé)任公司，成都 610031； 2.四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，成都 610041)

隨著我國(guó)高速公路的快速發(fā)展，在地形崎嶇、環(huán)境受限的山區(qū)常采用橋梁跨越溝谷河流，以確保平縱曲線符合高速公路要求，同時(shí)避免高挖方或填方造成環(huán)境破壞。山區(qū)橋梁樁基施工因受各種自然條件限制，有時(shí)大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)非常困難，而人工挖孔樁因施工所需機(jī)具少且小巧輕便，施工工藝簡(jiǎn)單，泥漿污染小，成孔質(zhì)量易保證，同時(shí)具有鄰孔樁施工干擾小，可多孔同時(shí)作業(yè)，縮短工期等優(yōu)點(diǎn)，在一些特殊施工條件下有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而被廣泛采用[1]。

人工挖孔樁混凝土澆筑常規(guī)工藝有清水樁澆筑法和干樁澆筑法，雖然其工藝運(yùn)用廣泛，但是采用這2種常規(guī)澆筑方式易出現(xiàn)斷樁[2]、混凝土蜂窩或離析[3]等質(zhì)量病害。本文綜合分析常規(guī)工藝產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的原因，創(chuàng)新性地提出一種適用于人工挖孔樁的新型樁身混凝土澆筑方法，即無(wú)水水下混凝土澆筑法，此方法能顯著提高人工挖孔樁的質(zhì)量和安全，并減少施工成本。

1 人工挖孔樁樁身混凝土澆筑方法比較

人工挖孔樁混凝土的干樁澆筑法、清水樁澆筑法和本文提出的無(wú)水水下混凝土澆筑法的施工工藝特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)分析見(jiàn)表1。

表1 人工挖孔樁澆筑方法比較

由表1可知，無(wú)水水下混凝土澆筑法即在無(wú)水的條件下，利用導(dǎo)管澆筑混凝土，澆筑過(guò)程中，導(dǎo)管始終保持插入混凝土頂面以下一定深度，隨著混凝土頂面的上升而上提導(dǎo)管，直至最終完成樁基的澆筑。

無(wú)水水下混凝土澆筑工藝相比于傳統(tǒng)方法，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：

1) 與干樁澆筑法相比，無(wú)需分層澆筑與振搗，避免了人工孔下作業(yè)環(huán)節(jié)，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了澆筑效率。

2) 與清水樁澆筑法相比，該法無(wú)需向孔內(nèi)進(jìn)行注水，對(duì)周邊孔的影響較小，施工安全性較高，而且澆筑過(guò)程中出現(xiàn)堵管和導(dǎo)管提空等現(xiàn)象不會(huì)導(dǎo)致斷樁等質(zhì)量事故。

3) 該法可視性較好，質(zhì)量容易保證。

2 人工挖孔及無(wú)水水下混凝土澆筑法工藝要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

無(wú)水水下混凝土澆筑施工工藝流程[5-6]如圖1所示。

2.2 樁基人工挖孔施工要點(diǎn)

1) 機(jī)具布置

人工挖孔施工場(chǎng)地一般較為狹窄，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)合理利用有限的場(chǎng)地布置機(jī)具設(shè)備，營(yíng)造良好整潔的作業(yè)環(huán)境。人工挖孔樁總體平面布置如圖2所示，人工挖孔樁總體立面布置如圖3所示。

2) 通訊

樁基深度大，當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)，人員間不能及時(shí)相互提醒，因此設(shè)置警示燈加電鈴的方式警示樁下、樁上人員及時(shí)撤離。

3) 照明

樁孔開(kāi)挖深度超過(guò)7 m時(shí)，井下需接入電源照明[7]。電源采用36 V的低壓電源，照明燈具為防爆燈泡，額定功率40 W。

圖1 無(wú)水水下混凝土澆筑工藝流程

圖2 人工挖孔樁總體平面布置

圖3 人工挖孔樁總體立面布置

4) 通風(fēng)

樁孔開(kāi)挖深度超過(guò)5 m時(shí)，采用軸流風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。供風(fēng)量應(yīng)結(jié)合孔內(nèi)最大作業(yè)人數(shù)通過(guò)計(jì)算確定。

5) 安防

為防止提升棄渣時(shí)吊籃里的土石塊掉落傷人，在吊籃提升另一側(cè)設(shè)置擋石蓋板，蓋板采用螺栓連接的形式固定于護(hù)壁混凝土上。

6) 出渣

渣土通過(guò)渣桶提出扣孔內(nèi)[8]，提升設(shè)備采用慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)，提升作業(yè)時(shí)人員進(jìn)入擋石蓋板下躲避。

7) 排水

開(kāi)挖過(guò)程中，如有少量地下水，要隨挖隨用吊桶將泥水一起吊出，如滲水量較大，則在孔底一側(cè)挖集水坑，用高揚(yáng)程水泵排出[9]。

8) 鎖扣及護(hù)壁

鎖扣高度控制在30 cm[10]，護(hù)壁形式采用內(nèi)齒式，一般情況以1 m作為一個(gè)節(jié)段[11]，視地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整，上口寬度20 cm，下口寬度15 cm，上下節(jié)段之間搭接10 cm。

2.3 無(wú)水水下混凝土澆筑法工藝要點(diǎn)

1) 混凝土拌制

無(wú)水水下混凝土澆筑法采用導(dǎo)管法施工，對(duì)混凝土質(zhì)量要求較高，配合比參照水下混凝土進(jìn)行配制，坍落度控制在18 cm～22 cm[12]。

2) 首盤(pán)混凝土澆筑[13]

首盤(pán)混凝土澆筑時(shí)，導(dǎo)管口距孔底40 cm～50 cm，澆筑時(shí)無(wú)需考慮導(dǎo)管埋深，僅要求混凝土供應(yīng)連續(xù)；同時(shí)由于采用人工挖孔施工，孔底可人工清理干凈，混凝土澆筑時(shí)不會(huì)出現(xiàn)夾泥等質(zhì)量隱患。

首盤(pán)混凝土澆筑無(wú)需考慮導(dǎo)管埋深要求，因此混凝土澆筑前無(wú)需單獨(dú)設(shè)置開(kāi)球裝置，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑流程。

3) 導(dǎo)管埋深控制[14]

無(wú)水水下混凝土澆筑法主要通過(guò)混凝土的自重和下沖力而達(dá)到密實(shí)，埋深過(guò)大會(huì)導(dǎo)致管外混凝土自重過(guò)大翻漿困難而堵管，埋深過(guò)小表層混凝土容易因?qū)Ч軆?nèi)的沖擊力過(guò)大而離析，無(wú)水澆筑法的導(dǎo)管埋深宜控制在2 m～5 m。

4) 無(wú)振搗與振搗的轉(zhuǎn)換

考慮到混凝土澆筑至孔口附近時(shí)，由于管內(nèi)澆筑混凝土下沖高差減小，下沖力相應(yīng)變小，而且管外混凝土埋深較淺，上層混凝土自重產(chǎn)生的壓實(shí)力變小，導(dǎo)致孔口附近混凝土難以自密實(shí)，因此整個(gè)澆筑過(guò)程存在無(wú)振搗澆筑和振搗澆筑工藝的轉(zhuǎn)換，即孔口區(qū)域采用干樁澆筑的方式進(jìn)行人工振搗。

5) 樁頭澆筑處理[15]

樁基頂部混凝土澆筑屬于樁頭澆筑區(qū)，是與上部結(jié)構(gòu)直接聯(lián)系的部位，澆筑時(shí)需精確把控，才能確保樁頭混凝土的質(zhì)量并和后期上部結(jié)構(gòu)有效連接；當(dāng)澆筑至樁頂時(shí)確保將浮漿清理干凈，并超澆10 cm～20 cm。

6) 施工控制要點(diǎn)

(1) 進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)前，必須認(rèn)真驗(yàn)證混凝土配合比，嚴(yán)格控制混凝土塌落度，確保現(xiàn)場(chǎng)灌注質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) 安排專(zhuān)人控制導(dǎo)管埋深，不宜過(guò)大也不宜過(guò)小，混凝土澆筑前對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行水密承壓及接頭抗拉試驗(yàn)。

(3) 近孔口附近，振搗區(qū)域振搗質(zhì)量嚴(yán)格控制。

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

雅康高速興康特大橋?yàn)? 100 m單跨懸索橋，橋面采用鋼混疊合橋道系，雅安岸為隧道式錨碇，康定岸為重力式錨碇。兩岸主塔基礎(chǔ)均采用50根直徑2.8 m樁基，樁基在承臺(tái)以下3 m范圍內(nèi)按1∶10向上增大樁徑至3.4 m，以抵抗樁頂段由地震力帶來(lái)的巨大剪力。雅安岸樁長(zhǎng)為40 m～52 m，康定岸樁長(zhǎng)為52 m～60 m。

3.2 樁基施工

1) 樁基成孔

由于興康特大橋主塔樁基在承臺(tái)以下3 m范圍為變截面結(jié)構(gòu)，直徑由2.8 m擴(kuò)大至樁頂3.4 m，樁基難以使用機(jī)械成孔方式適應(yīng)變截面構(gòu)造，因此采用人工挖孔。

2) 混凝土澆筑

因橋址區(qū)地處高寒冰磧層地帶，地層保水性差。若采用清水樁澆筑對(duì)周邊孔影響較大，若采用干樁澆筑施工效率低，需人工下井振搗，安全風(fēng)險(xiǎn)大，而采用水下混凝土灌注工藝，無(wú)須回灌清水澆筑樁基混凝土，保證混凝土澆筑質(zhì)量，避免施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

無(wú)水水下混凝土澆筑法采用的混凝土需具有較好的流動(dòng)性，以C30混凝土為例，其配合比見(jiàn)表2。

表2 無(wú)水水下混凝土配合比(C30) kg

無(wú)水水下混凝土通過(guò)導(dǎo)管澆筑，因孔內(nèi)為無(wú)水狀態(tài)，所以導(dǎo)管無(wú)需進(jìn)行水密性承壓試驗(yàn)，但現(xiàn)場(chǎng)需進(jìn)行導(dǎo)管接頭抗拉試驗(yàn)，以防導(dǎo)管在提升過(guò)程中接頭損壞影響混凝土澆筑質(zhì)量。

混凝土采用拌合站集中拌制，罐車(chē)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置料斗方便混凝土澆筑，首盤(pán)混凝土無(wú)需考慮導(dǎo)管埋深，僅需混凝土連續(xù)供應(yīng)，以確保表層混凝土處于未初凝狀態(tài)。無(wú)水水下混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)施工如圖4所示。

(a) 無(wú)水水下混凝土導(dǎo)管布設(shè)

(b) 無(wú)水水下混凝土澆筑

圖4 無(wú)水水下混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)施工

Fig.4 Site construction of anhydrous concrete casting

3.3 實(shí)施效果

本項(xiàng)目采用無(wú)水水下混凝土澆筑法，施工過(guò)程中未出現(xiàn)質(zhì)量、安全事故。樁基施工完成后，經(jīng)第三方檢測(cè)對(duì)樁基完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果均為I類(lèi)樁，說(shuō)明采用無(wú)水水下混凝土澆筑法施工的樁基質(zhì)量可靠。

對(duì)同類(lèi)型橋梁樁基成孔消耗的設(shè)備臺(tái)班和人員工日進(jìn)行對(duì)比，采用無(wú)水水下混凝土澆筑法具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 樁基成孔工藝效益分析

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有人工挖孔樁樁身混凝土澆筑施工的研究，本文提出了無(wú)水水下混凝土澆筑施工方法，該方法將水下混凝土澆筑工藝運(yùn)用到人工挖孔樁干樁混凝土澆筑中，在雅康高速興康特大橋首次實(shí)施并取得良好效果后，又在其他工程成功運(yùn)用，通過(guò)工程的實(shí)際運(yùn)用表明，無(wú)水水下混凝土澆筑施工工藝具有施工效率高、施工成本低、施工過(guò)程安全可靠、工程質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)。該工藝為今后類(lèi)似樁基施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的推廣價(jià)值。