復雜高陡地形塔吊出渣人工挖孔樁施工技術研究

劉鵬，張家明，鐘華柒，魏波，鄧小軍

（四川省交通建設集團股份有限公司市政分公司，成都610000）

1 引言

由于中國公路建設正逐步向山地、深山區(qū)等復雜地形、地質情況區(qū)域發(fā)展[1-3，5]，大型機具已難以進場，橋梁樁基只能采用人工挖孔樁施工并通過塔吊出渣?，F場施工中，人工挖孔的位置在復雜高陡橫坡、松散堆積體、覆蓋層厚度大的邊坡上。挖孔過程會劇烈擾動原穩(wěn)定土體，從而增加坡體的形變，影響橋梁樁基孔徑[4-6]，甚至會導致樁孔坍塌。常規(guī)的人工挖孔施工技術不能保障成樁安全。因此，有必要對人工挖孔樁進行研究。

2 工程概況

G4216 線屏山新市至金陽段高速公路XJ14 合同段，起止樁號K75+240～K79+932（含安寨坪互通），主線長5.134 km，主體工程由馬鞍山出口段隧道（左右線）、安寨坪1 號大橋（左右線）、安寨坪2 號大橋（左右線）、西蘇角1 號隧道（左右線）、一個互通（包括A、B、C、D、E 匝道，E 為連接線）組成。主線橋梁共計1 312.5 m/2 座（折合整幅橋），其中，大橋1 312.5 m/2 座；匝道橋梁共計2 460.08 m/12 座，其中，大橋2 116.34 m/7 座，中橋343.74 m/5 座。主線設計為雙向四車道，設計速度80 km/h，汽車荷載等級為公路-I 級，主線橋隧比99%。A、B、C、D、E 匝道設計速度40 km/h，回頭曲線設計速度20 km/h。合同總工期48個月，造價約10.57 億元。

3 技術創(chuàng)新要點

運渣采用塔吊輔助運輸，人工挖孔出渣采用門式定型化提升架，對于樁孔內石方開挖采用水磨鉆挖孔，樁孔口設有帶有緩降器的封底混凝土澆筑裝置。孔內采用軸流式風機壓入送風，孔壁上設置下樁孔的專用爬梯，爬梯上設有可移動式防護網棚，爬梯上等距設有安全平臺。

3.1 門式定型化提升架配合塔吊運碴

在高陡邊坡下方設有運輸塔吊，井口設有出渣用的門式定型化提升架（見圖1 和圖2），并配置起吊用料桶及提升卷楊機。定型化提升架為“門式”支撐結構，主要由頂部橫梁和支撐桿組成，其底部外側設有防護欄桿，門式定型化提升架頂部橫梁上設有提升卷揚機，鋼絲繩下方設有運渣料斗。

圖1 出渣筒安裝施工模擬圖

圖2 塔吊配合門式定型化提升架運渣施工示意圖

人工挖孔出渣由門式吊吊出至孔口，在孔口施工平臺一側設置一個出渣儲料桶，門式吊提渣至孔口后直接倒入儲料桶中，當儲料桶中渣土容量達到桶容積的2/3 時，由塔吊信號工通知操作員及時吊運渣土至施工便道上等待的運輸車輛內，吊運時樁基作業(yè)人員應暫停作業(yè)，防止落土、石對人員造成物體打擊傷害。

在人工挖孔樁施工區(qū)域設置臨時棄渣存放點（儲料斗），然后利用塔吊轉運到自卸汽車上，再運到棄土場。為避免石渣砸傷人，在吊裝出渣筒以及卷揚機提升吊斗時，工人進入孔下采用專用爬梯，爬梯上設有可移動式防護網棚內。

3.2 水磨鉆工藝原理

如圖3 所示，鉆孔采用鉆筒、水泵以及水磨鉆機等設備施工。每個鉆筒配置7 個刀頭，1 個水磨鉆機配備3～5 個鉆筒。鉆筒鉆孔深度50～60 cm，內徑為14 cm，外徑為16 cm，壁厚為l cm。在鉆孔位置逐次鉆孔并取芯，各孔互通，待鉆孔成環(huán)后，分離樁壁和樁芯，形成芯樁臨空面。

圖3 水磨鉆挖孔施工流程圖

3.3 改進的封底混凝土澆筑裝置

如圖4 所示，孔口設有封底混凝土澆筑裝置，同時孔口配備安全防護罩，封底混凝土澆筑裝置由澆筑支架、混凝土斗、混凝土儲料斗和澆筑導管組成，汽車吊將混凝土斗懸吊在混凝土儲料斗上方，混凝土儲料斗與澆筑導管連接并擱置在孔口的澆筑支架上，澆筑導管等距設有緩降器。

圖4 改進的封底混凝土澆筑裝置施工示意圖

4 工藝流程及操作要點

復雜高徒地形塔吊出渣人工挖孔樁施工流程如圖5 所示。

圖5 復雜高陡地形塔吊出渣人工挖孔樁施工工藝流程圖

4.1 場地平整

一般情況下，坡面雜物采用裝載機、挖掘機或人工清理。設置排水系統及規(guī)劃道路及機料堆放位置、渣土堆放位置。

4.2 測量定位

放樣測量采用水準儀和全站儀。開孔前，樁基中心坐標數據利用全站儀放測并校核。

4.3 鎖口防護

護壁混凝土在孔口位置應比地面高出30 cm，用C20 混凝土對護壁混凝土外側1 m 范圍內進行加固；不得將機具、雜物及土渣堆集于孔口；采用鋼管扣件安裝牢固或定制成品的防護圍欄布設于孔口四周。

為防止提升出渣桶時發(fā)生事故，行程限制器需配備在提升設備上。為便于孔內作業(yè)，需沿孔壁安裝鋼制爬梯。

4.4 樁孔開挖

挖孔樁需隔樁開挖，應自上而下對高邊坡進行分級開挖，挖到各級平臺后，施工坡面防護工程。若遇堅石，宜采用水磨鉆開挖，樁孔中心的巖柱采用人工破碎，門式定型化提升架吊運出渣。（1）安裝第一節(jié)護壁模板。內齒下喇叭形護壁施工采用組合方鋼模，鋼模板厚≥4 mm，模板高0.5～1 m（需依據工程調整）?；炷磷o壁幾何尺寸為：抗滑樁下口壁20 m 厚，上口壁20 cm 厚，樁基下口壁25 m 厚，上口壁25 cm 厚。（2）澆筑第一節(jié)護壁混凝土。護臂混凝土澆筑前，應檢查組合方鋼模安裝質量。（3）安裝運碴定型化提升架。首先平臺為人工挖孔提供一個操作平臺，便于門式吊機的安裝，并滿足吊裝承載力要求；其次，平臺上必須設置儲料斗的放置位置，便于門式吊出渣后直接倒置在儲料斗中，然后利用塔吊出渣。

4.5 安裝專用爬梯

在現場加工成型鋼爬梯（或采用成品鋼制爬梯），為便于裝拆，每節(jié)段長度1.2 m。爬梯用直徑16 mm 的一級光圓鋼筋焊接，豎向鋼筋與U 形踏步焊接。為保證爬梯穩(wěn)固，爬梯焊接在孔口處16 mm 的預埋鋼筋上。

4.6 鋼筋籠制作、安裝

在工廠加工鋼筋籠成型，并運送至現場，用提升裝置將鋼筋吊入樁孔內，并進行驗收。

4.7 鋼筋骨架安裝

起吊時用扁擔法，采用十字內撐架加固，間距2 m，以避免鋼筋骨架吊裝時發(fā)生形變。為防止鋼筋籠下放時碰到孔壁，提升裝置吊放鋼筋籠時，應對準孔，并保證垂直。

4.8 混凝土澆筑

利用導管法澆筑混凝土，利用φ300 mm×10 mm 的無縫鋼管制作導管，對接處為快速螺紋接頭。澆筑時，導管埋深控制在2～9 m，混凝土緩凝時間控制在約10 h，坍落度控制在18～22 cm。

4.9 成樁

當覆蓋層、堆積體有滑動跡象時，宜采用早強、速凝混凝土。

4.10 終孔檢查處理

樁孔挖至設計標高后，處理孔底，經驗收合格后方可終孔，然后開始下一道工序。

5 結論

本文結合G4216 線屏山新市至金陽段高速公路XJ14 合同段中的人工挖孔樁工程實例，人工挖孔出渣采用門式定型化提升架，門式定型化提升架頂部橫梁上設有提升卷揚機，有效地提高了運渣和出渣的施工效率，加快了施工進度。本技術中孔口設有封底混凝土澆筑裝置，混凝土儲料斗與澆筑導管連接并擱置在孔口的澆筑支架上，澆筑導管等距設有緩降器，保證了樁體混凝土澆筑質量，與人工轉運相比，綜合節(jié)約造價12%～15%，工作效率提高2～3 倍，社會經濟效益顯著。