山區(qū)斜坡段橋梁樁基人工挖孔樁施工技術(shù)

李奕信

摘 要：人工挖孔樁因其施工靈活、工法較為簡單、可適應不同的地質(zhì)條件而廣泛應用于建筑與交通基礎(chǔ)工程領(lǐng)域。以實際工程為依托，重點探討了山區(qū)斜坡段人工挖孔樁的施工方案及技術(shù)要點，并對可能出現(xiàn)的工程問題及其應對措施進行概述。工程實踐證明：將人工挖孔樁技術(shù)應用于山區(qū)斜坡段橋梁樁基礎(chǔ)的施工，可有效控制施工成本、縮短施工工期、保證成樁受力并維護橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：山區(qū);斜坡;人工挖孔樁;施工技術(shù)

1 工程概況

新建廣東省云浮至茂名高速公路，線路全長129.82 km，獨石特大橋為其中的重難點工程，全長2 566.5 m。橋梁標準斷面全寬25.5 m，按上、下行分離的兩幅橋設計，單幅橋?qū)?2.5 m，兩幅橋凈距0.5 m。橋梁跨越山間谷地，橋墩多位于斜坡之上，勘察期間部分坡段發(fā)育有多處崩塌。橋位區(qū)覆蓋層較厚且主要由素填土、沖積粉質(zhì)黏土及坡殘積粉質(zhì)黏土組成，基底由元古代云開群變質(zhì)砂巖、加里東期花崗巖及其風化層組成。由于山高坡陡，受到運輸條件限制，鉆孔機械設備難以進場，該段樁基均采用人工挖孔樁的方式進行施工。考慮到樁基施工時需要對原有坡體進行填挖，覆蓋層變質(zhì)砂巖與花崗巖坡殘積土遇水易軟化，加之施工期坡體超載影響，樁孔開挖期間坡體覆蓋層極易發(fā)生崩塌或變形，人工挖孔樁的開挖施工將面臨嚴峻風險。

2 人工挖孔樁施工方案

2.1 施工前準備

進場施工之前，項目指揮部應組織全體施工人員對施工圖紙進行會審，充分熟悉相關(guān)施工資料及設計文件，明確施工現(xiàn)場人員組織管理架構(gòu)，做好施工所需材料與機械的預前準備。施工現(xiàn)場應做到水通、電通、路通及現(xiàn)場平整。測量人員應提前進場放出樁位，清除坡表植被、浮土與危石，坡體出現(xiàn)明顯張拉裂縫或有滑塌趨勢時，則應提前進行支護。施工現(xiàn)場的出土路線應暢通，保證鋼筋籠的運輸、吊裝位置，處理好混凝土的運輸路線。

2.2 施工工藝流程

人工挖孔樁的施工工藝流程如圖2所示。

3 人工挖孔樁施工技術(shù)要點

3.1 樁孔測量放線

測量人員應利用全站儀參考設計圖所提供的導線控制點放出橋梁中心軸線，中心軸線偏差應滿足相應規(guī)范要求。中心軸線布放完成后，應根據(jù)里程信息通過樁基與橋梁中心軸線之間的水平距離確定最終樁位點，并采用鋼卷尺進行復測，確保放樣準確。應注意，樁孔中心軸線傾斜度不能大于樁深的0.5%，樁孔中心處坐標與設計坐標偏差不得超過0.05 m。

3.2 樁孔區(qū)地表防護

在人工挖孔樁施工期間，需在樁孔地表處設置混凝土鎖扣，混凝土鎖扣應高出樁孔地表至少0.3 m，以防止地表水流入樁孔。另外，除在橋墩中線兩側(cè)一定范圍的帶狀施工區(qū)域進行封閉外，在樁基四周設置鋼管腳手架和安全網(wǎng)作為臨時封閉網(wǎng)墻，封閉網(wǎng)墻預留一處出口，并設置警示標志，夜間開設紅燈，并派專人晝夜值班巡邏，以防行人和車輛誤入施工場地發(fā)生危險。

3.3 挖孔

在孔口搭設支架、安裝帶安全置動裝置的卷揚機，裝碴用竹筐或橡皮桶，進行垂直運輸，孔內(nèi)土石方運出至孔口后，應臨時堆放距孔口不少5.0 m的位置，以免增大孔壁側(cè)壓力，造成坑壁坍塌。當挖孔樁采用爆破施工法時，相鄰樁位若距離較近則不可同時開挖。人工挖孔樁施工深度超過10 m后，應采用機械裝置對孔內(nèi)進行強制通風，以保證作業(yè)人員安全。當樁體處于不穩(wěn)定的滑坡體、裂隙發(fā)育或松動極易滑塌的巖體中時，應預先對坡體進行注漿加固或設置相應的支擋抗滑措施以提高坡體的整體穩(wěn)定性，降低施工開挖風險。

3.3.1 土層及砂泥巖層開挖

在軟弱填土、破碎風化巖層等不良地層段每開挖孔深0.3 m～0.5 m，應及時進行孔壁支護。對于易于坍塌的人工填土層和粘土層時，在護壁內(nèi)加強鋼筋，并將護壁加厚，必要時增設圓木和擋板加強支撐。雜填土、素填土和砂粘土地層直接采用人工鐵鎬分層開挖，砂質(zhì)泥巖地層采用人工風鎬開挖。開挖后可采用厚5 mm鋼板和L75×75×5角板作成兩塊半園形鋼模，高1.0 m，作為內(nèi)模，以便混凝土成型后拆卸。

3.3.2 巖層開挖

強風化巖層宜采用風鎬破碎與人工開挖相結(jié)合的方式施工;巖層完整性好、質(zhì)地堅硬層采取淺孔控制爆破，按“淺孔、多孔、少藥”的原則實施，保證打眼放炮，嚴禁裸炮，軟巖炮眼深度<0.8 m，堅巖炮眼深度<0.5 m，以確保施工安全和施工進度。且必須采用電雷管引爆，以確保安全。

當采用孔內(nèi)爆破施工時，炮孔的布設位置、數(shù)量與鉆孔方向應根據(jù)巖層斷面方向具體確定，同時炸藥用量應當適量，以保證孔底巖層的完整性。布孔數(shù)量、深度和最佳裝藥量等需要根據(jù)樁孔的直徑、所爆巖石風化程度及裂隙發(fā)育等情況精確計算，現(xiàn)場實際調(diào)整，以確保樁孔完整及施工點附近各類設施的安全。當挖孔深度大于10 m后，每次放炮后應由專人檢測孔內(nèi)有毒氣體濃度;待確定孔內(nèi)氣體安全后人員方可下孔施工。

3.4 孔壁支護

樁基采用人工開挖，為保證開挖安全，開挖一層防護一層，并每層設置護壁混凝土，護壁采用C20鋼筋混凝土，厚度需滿足相關(guān)要求。為保證安全，護壁布置時，需要延伸至土石分界線下1 m。當遇到強風化巖層或者巖石破碎層時，樁基礎(chǔ)開挖仍然設置護壁。當樁孔開挖遇到局部突水涌泥現(xiàn)象時，應加強開挖后孔壁支護速度并采取相應的降水措施，一定情況下可采用鋼護筒進行預支護，上下護壁鋼筋之間的搭接距離應當大于等于50 mm。

3.5 清底及終孔檢驗

挖孔至設計標高后應及時進行清底，必須做到孔底平整、無松渣、污泥等軟層。清底完成后匯同有關(guān)部門進行終孔檢驗，終孔檢驗內(nèi)容及相應指標如表1所示。

3.6 鋼筋籠制作與安放

受山區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響，處于斜坡地段樁基鋼筋籠常采用的制作方法有：預制場加工成型、施工現(xiàn)場加工成型和樁孔內(nèi)加工成型，但受地形條件等因素的影響，在施工現(xiàn)場與樁孔內(nèi)制作鋼筋籠時工效較低且施工質(zhì)量難以得到保證，在條件允許的情況下應優(yōu)先選用加工場預制成型。鋼筋籠在預制場內(nèi)加工成型之后，應按規(guī)范和設計要求對其長度、直徑、規(guī)格、鋼材質(zhì)量和焊接質(zhì)量進行檢查，檢查合格后方可運輸至施工現(xiàn)場進行吊裝。利用吊車現(xiàn)場吊放鋼筋籠時，應提前在樁孔周圍設置吊準線進行鋼筋籠垂直度檢測。當鋼筋籠較長需要分段吊裝時，應緩慢吊放以避免鋼筋籠劇烈碰撞孔壁。

3.7 樁基混凝土澆筑

在山區(qū)陡坡段進行樁基混凝土澆筑時，當樁孔周邊地層地下水位較低且孔底干燥時，可采用干灌法進行混凝土澆筑;當樁孔周邊地層地下水位較高且孔底涌水量較大時，應及時抽水并利用水泥對孔周滲水點進行適當封閉，同時也應當依據(jù)滲水量與滲水速度對澆灌混凝土坍落度進行適度調(diào)整。當?shù)叵滤枯^為豐富時，孔內(nèi)水位持續(xù)較高，此時可采用“水下澆筑法”進行澆筑，澆筑時導管插入混凝土深度應大于2 m且不超過6 m，澆筑混凝土總量應高出設計標高0.5 m

～0.8 m，以便于后期破樁后保證混凝土質(zhì)量。

4 山區(qū)陡坡段人工挖孔樁施工常見問題及應對措施

4.1 施工平臺及便道開挖面過大

為保證陡坡段橋梁樁基的順利施工，必須預先對山體進行開挖以形成必要的樁基施工平臺及施工便道，但坡體的開挖一方面會導致山區(qū)原有的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，同時部分地段開挖斷面過大也會使得坡體原有的平衡條件遭到破壞，陡坡巖土體存在失穩(wěn)風險，在降雨、車輛重載等因素的影響下，邊坡淺層也易法生滑移、溜塌現(xiàn)象，給后期施工造成潛在的安全隱患。對于此類問題，在陡坡樁基施工過程中，施工單位應提前參考相關(guān)資料，依據(jù)樁體尺寸、樁基所處坡體位置、陡坡坡度及工程地質(zhì)條件等因素合理規(guī)劃施工開挖面積、開挖方量及開挖坡率，并對部分區(qū)段進行試挖。當巖土體強度較高、坡體能夠自穩(wěn)的條件下，應對開挖坡面及時噴漿封閉，防止后期降雨對坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;當開挖坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，應對坡體施加必要的防護措施，防止后期坡體發(fā)生進一步變形失穩(wěn)。

4.2 挖孔樁棄渣、棄方處理

陡坡段橋梁樁基多為大直徑樁且樁長較長，人工挖孔時常會產(chǎn)生較多的棄渣、棄方，但由于山區(qū)地形復雜且施工平臺面積有限，陡坡樁基的棄渣、棄方往往不能及時運走以便他用，少部分棄渣、棄方將堆放于施工平臺，大部分棄渣、棄方將直接沿坡面傾倒。到施工后期，棄渣、棄方將布滿坡面，在降雨作用下極易發(fā)生淺層溜塌、滑移現(xiàn)象，給陡坡地區(qū)樁基的施工造成安全隱患，同時施工平臺上堆放的棄渣也會增加坡體的附加應力，易對坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。對于此類問題，建議在陡坡樁基開挖之前，在坡面處設置專門的棄渣溜槽，棄渣溜槽采用水泥砌筑，以保證長期使用的可靠性，在坡腳處設置專門的棄渣回收坑道及攔擋措施，定期運走由坡面滑下的棄渣。

4.3 樁孔護壁變形開裂

對處于陡坡段的人工挖孔灌注樁，受陡坡復雜地質(zhì)環(huán)境的影響，樁孔護壁結(jié)構(gòu)不僅要支撐樁孔并形成有效的開挖和灌注空間，還可能在施工過程中受到坡體變形對其產(chǎn)生的側(cè)向土壓力，護壁結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生變形或開裂，對成樁質(zhì)量及樁體承載產(chǎn)生不利影響。因此，對于陡坡段人工挖孔樁的護壁施工，應在前期充分探明場地地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，因地制宜地選取護壁結(jié)構(gòu)的支護方法，嚴格按照相關(guān)規(guī)程控制護壁混凝土材料的施工配合比，完善施工與養(yǎng)護工藝，在保證護壁厚度的同時盡量避免護壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)蜂窩麻面、開裂剝落等工程病害。另外，考慮到護壁與樁周巖土體直接接觸，為增加樁側(cè)摩阻力，建議對陡坡樁基采用由上至下直徑逐漸減小的鋸齒形護壁。

4.4 孔壁滲水

山區(qū)人工挖孔樁開挖深度通常較大，部分地段地下水活動頻繁且水位較高，施工過程中樁孔側(cè)壁與孔底處經(jīng)常會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，后期施工與成樁質(zhì)量將受到嚴重影響。對于此類問題，應在人工挖孔樁施工之前查明區(qū)域水文地質(zhì)情況，明確可能出現(xiàn)開挖滲水問題的樁位及深度，開挖進入富水地層時，應當采用快開挖、勤抽水、早封閉的施工方式，每開挖1 m支護一次，滲水量較大時可考慮采用水下混凝土的灌注方式。當區(qū)域地下水位高或遇到水量較大的承壓水層時，應在開挖之前降水或?qū)吨芨凰貙舆M行預前注漿封閉處理。

4.5 塌孔

山區(qū)人工挖孔樁施工期間，受復雜地質(zhì)環(huán)境及施工技術(shù)不合理等因素影響，易發(fā)生塌孔事故，而塌孔事故也最易造成人身傷亡，常見的塌孔原因主要有以下幾條：

（1）樁周巖土層較為軟弱，護壁結(jié)構(gòu)設計或施工期間，護壁厚度或強度未達到規(guī)范要求，進而導致護壁結(jié)構(gòu)支護能力有限，在樁周土壓力作用下護壁發(fā)生破損變形，進一步發(fā)展直至塌孔;

（2）樁基成孔后，受各種因素影響（長期降雨、施工流程銜接不當、施工管理出現(xiàn)問題），樁孔暴露時間過長，樁周土層性質(zhì)發(fā)生改變，易產(chǎn)生塌孔;

（3）在軟弱地層開挖成孔速度較快、單次開挖深度較大且沒有對已開挖斷面施加有效支護時，易產(chǎn)生塌孔;

（4）受施工開挖不規(guī)范或樁周地層橫向變形影響，樁孔垂直度不滿足要求，鋼筋籠在下放過程中對樁孔側(cè)壁產(chǎn)生擾動，進而誘發(fā)塌孔。

針對上述情況，對處于陡坡段的人工挖孔樁工程，應預先對挖孔人員進行施工流程及安全培訓，掌握挖孔過程中應遵循的技術(shù)要點、了解可能出現(xiàn)的安全風險及預防措施。在極軟弱土層中開挖樁孔時，由于混凝土護壁具有一定的實效性，不能立即形成支護強度，此時可采用鋼制護壁代替混凝土護壁，形成臨時支護強度。對于已經(jīng)開挖完成的樁孔，應及時進行灌注，若因外界原因需要推遲灌注時間，則應在孔口處做好防護措施以防止雨水滲入。

5 結(jié)束語

人工挖孔樁因其施工工法簡單、施工工期短且占用場地小等特點而廣泛應用于樁基工程的建設領(lǐng)域。本文依托廣東省云茂高速獨石特大橋樁基礎(chǔ)工程，重點探討了山區(qū)斜坡段人工挖孔樁的施工方案及相應技術(shù)要點，并對陡坡段人工挖孔樁施工時常面臨的工程問題及防止措施進行分析，可為同類工程的施工提供參考。

參考文獻：

[1]陳理.山區(qū)高速公路建設中的人工挖孔樁技術(shù)[J].交通世界，2019（11）：58-59.

[2]方貽立，馮忠居，謝功元，等.山區(qū)陡坡人工挖孔灌注樁塌孔病害及處治技術(shù)研究[J].公路交通科技（應用技術(shù)版），2015（1）：243-244.

[3]徐天明.人工挖孔技術(shù)在山區(qū)橋梁樁基施工中的應用[J].交通標準化，2010（9）：66-69.

[4]蔡炎標，黃建周.山區(qū)陡峭地形橋梁基礎(chǔ)人工挖孔樁施工[J].公路交通科技（應用技術(shù)版），2010（6）：169-170.

[5]殷坤宇.山區(qū)陡坡橋梁樁基施工標準化技術(shù)研究[D]. 長安大學，2012.