淺析人工挖孔樁工藝在橋梁樁基工程中的應(yīng)用

摘要 文章對(duì)人工挖孔樁工藝在橋梁樁基工程中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)解析，通過梳理該工藝的技術(shù)流程、關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其在實(shí)踐中的具體應(yīng)用，旨在揭示其在橋梁建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用。同時(shí)，文章還探討了實(shí)際工程中人工挖孔樁工藝面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和解決方案，為優(yōu)化橋梁樁基施工方案提供了一定思路和建議。

關(guān)鍵詞 樁基工程；人工挖孔樁；工藝技術(shù)

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）20-0170-03

0 引言

隨著橋梁建設(shè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，樁基工程作為橋梁建設(shè)的重要組成部分，其施工技術(shù)和方法也在不斷更新和優(yōu)化。其中，人工挖孔樁工藝作為一種傳統(tǒng)的樁基施工方法，在橋梁建設(shè)中仍然占據(jù)著重要地位。該文將對(duì)人工挖孔樁工藝在橋梁樁基工程中的應(yīng)用進(jìn)行淺析，主要探討其技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍，以及在實(shí)際工程中的施工要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，通過對(duì)該工藝的全面分析，旨在為橋梁工程的實(shí)際施工提供有益的參考和指導(dǎo)。

1 項(xiàng)目概況

四川省樂山至西昌高速公路馬邊至昭覺段路基工程的抗滑樁、橋梁工程樁基施工，均采用人工挖孔的方式。測區(qū)分水嶺山脊海拔多在1 500 m左右，馬邊河谷底海拔約520 m，相對(duì)高差大于1 000 m，場地為深切高山峽谷地形。屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，其特點(diǎn)是四季分明，春長夏短，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，年平均氣溫為17.4℃。境內(nèi)雨量充沛，年平均總降雨量達(dá)900 mm，但四季分配不均，導(dǎo)致夏洪、秋澇、冬干、春旱。該標(biāo)段屬剝蝕侵蝕中山（低中山）地貌，山高谷深，地面高程為590～1 040 m。地形坡度一般為20°～40°，沖溝發(fā)育，局部溝谷地段地形陡峻為陡坎陡崖。溝床地形自然坡度較陡，溝谷狹窄。

2 重點(diǎn)施工方案分析

2.1 樁基開挖

在人工挖孔樁的施工過程中，水磨鉆法是一種常用的施工工藝。此方法主要是利用直徑為150 mm的混凝土取芯機(jī)，精確地沿著樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的圓周，切割出高度約為500 mm的圓柱體巖芯，從而塑造出一個(gè)圓形的外部臨空面。隨后，對(duì)剩余的樁基巖芯部分進(jìn)行分割處理，按照?qǐng)A的半徑進(jìn)行取芯分塊，形成內(nèi)部的臨空面。在分割完成的巖石上，鉆出一排小孔，并將鋼楔子插入其中。通過捶擊鋼楔對(duì)巖石進(jìn)行擠壓，使其在鉛垂面和水平面上同時(shí)受到拉力和剪切力的作用。當(dāng)擠壓力度超過巖石的極限抗拉力和極限抗剪切力的總和時(shí)，巖石將在鉛垂面上被拉裂，并從底部發(fā)生剪切破裂，使得分裂的巖塊可以被順利取出。通過反復(fù)執(zhí)行這個(gè)分層的取芯、破裂、取巖塊的流程，最終完成成孔任務(wù)。

（1）土層中挖掘

樁孔在土層中的施工，可直接用鐵鍬、十字鎬等工具挖掘，對(duì)于松散的巖層可以采用風(fēng)鎬挖掘。

（2）水磨鉆鉆芯開挖樁基

當(dāng)巖層進(jìn)入中風(fēng)化時(shí)，采用水磨鉆沿樁孔周邊鉆取巖芯，將整個(gè)樁孔內(nèi)的巖層與周邊基巖分離開來，然后人工破碎樁孔中心的巖柱，門式搖臂桅桿吊運(yùn)出渣。每次鉆芯的深度被嚴(yán)格控制在約50 cm，這樣既保證了施工效率，又避免了因深度過大而產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)。鉆孔的直徑設(shè)定為15 cm。在鉆孔時(shí)使鉆頭向井孔外側(cè)傾斜大約3°，預(yù)留鉆具的尺寸，從而確保樁徑在循環(huán)施工過程中始終保持不變。

在所有樁孔開挖的準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行鉆芯機(jī)械的安裝工作。在開始鉆取巖芯之前，為了確保取芯機(jī)的穩(wěn)定性，先_{9/sEs0MPKs84ETiHWh2T3A==}將取芯機(jī)的頂部進(jìn)行固定。具體做法如下：使用兩根大約1.5 m長的短鋼管，橫向架設(shè)在孔壁上，兩端緊密卡在孔壁上以固定其位置；然后用一根5 cm×10 cm的方木，橫放在這兩根鋼管的下方，并使用鐵絲進(jìn)行綁扎；在芯機(jī)位置準(zhǔn)確無誤后，將取芯機(jī)的鉆筒對(duì)準(zhǔn)預(yù)定位置，再利用頂部的螺旋桿上旋頂住方木的下方。

先開啟水源，然后送電啟動(dòng)鉆機(jī)。在鉆進(jìn)過程中，緩慢加壓以確保鉆進(jìn)效率和質(zhì)量。當(dāng)鉆進(jìn)深度達(dá)到約50 cm時(shí)，緩慢取出鉆頭，并停止鉆進(jìn)和送水。接著，在鉆縫中打入鋼楔，以折斷鉆芯，之后使用鐵絲套環(huán)將鉆芯取出。在完成上述步驟后，將機(jī)械移動(dòng)到下一個(gè)預(yù)定位置，重復(fù)上述的安裝和鉆進(jìn)過程，以確保整個(gè)樁孔開挖工作的連續(xù)性和高效性。

在所有鉆孔及取芯施工完成后，進(jìn)入樁芯的破碎階段。這一階段的關(guān)鍵步驟是使用風(fēng)鉆在樁芯上打孔。為確保打孔效果，選用直徑為25 mm的鉆頭，并確保打孔位置距離樁芯邊緣約50 cm。同時(shí)，各孔的間距也保持在50 cm左右。當(dāng)打孔工作完成后，將圓錐狀鋼楔打入孔中。這些鋼楔的直徑范圍在10～35 mm之間，能夠有效地適應(yīng)不同尺寸的孔。隨后，使用鐵錘將鋼楔打入風(fēng)鉆孔中，利用鋼楔的擴(kuò)張力使樁芯沿鉆孔開裂。接下來，繼續(xù)打孔，并重復(fù)上述過程，直至樁芯被完全分解成重量在100 kg以內(nèi)的石塊。這一步驟確保了樁芯的徹底破碎，為后續(xù)的施工階段提供了便利。具體流程如圖1所示：

2.2 護(hù)壁施工

護(hù)壁施工工藝流程見圖2所示：

由人工挖孔樁護(hù)壁厚度計(jì)算公式可知，該項(xiàng)目選取護(hù)壁厚度為2.0 m的樁徑15 cm、2.2 m的樁徑15 cm。按設(shè)計(jì)圖紙要求，方樁2 m×3 m尺寸的護(hù)壁厚度為25 cm，

2.5 m×3.5 m尺寸的護(hù)壁厚度為30 cm；鎖口高度為30 cm，即高出地面30 cm。內(nèi)齒式護(hù)壁是一種常用的選擇方式，一般情況下，內(nèi)齒式護(hù)壁以1 m作為一個(gè)節(jié)段進(jìn)行安裝，護(hù)壁厚度為15 cm。

樁基護(hù)壁需施加護(hù)壁鋼筋，而整體性較好的巖層則無需添加。鋼筋的調(diào)直過程如下：對(duì)于各種鋼筋應(yīng)采用相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)直，其垂直度≤1%；加工后的鋼筋，表面不應(yīng)有削弱鋼筋截面的傷痕。鋼筋的彎曲過程如下：鋼筋宜在常溫狀態(tài)下加工；遵循從中部開始逐步彎向兩端的原則，并一次性彎成彎鉤，以確保鋼筋的彎曲質(zhì)量和加工效率。鋼筋的間距應(yīng)按構(gòu)造布置，宜為20 cm；鋼筋在樁基內(nèi)進(jìn)行綁扎，形成鋼筋骨架。

護(hù)壁模板應(yīng)采用組合式鋼模，尺寸為30 cm×120 cm，鋼模板面板的厚度不得小于3 mm。插口連接，安裝模板應(yīng)校正中心位置、直徑及圓度。模板頂應(yīng)預(yù)留澆筑混凝土的位置。

護(hù)壁材料應(yīng)選用C30混凝土，并通過提升裝置進(jìn)行高效運(yùn)送。為加快施工進(jìn)度和提高工程質(zhì)量，可以適當(dāng)添加早強(qiáng)劑以增強(qiáng)混凝土的早期強(qiáng)度。在澆筑混凝土?xí)r，需分層沿四周入模，并使用30型振搗棒進(jìn)行充分振搗，確?；炷撩軐?shí)無空洞。護(hù)壁頂部的混凝土需進(jìn)行特別處理，采用人工填塞，并用鋼釬搗實(shí)，確保頂部混凝土的密實(shí)性和穩(wěn)定性。

在每節(jié)護(hù)壁施工前，需對(duì)上節(jié)護(hù)壁底部進(jìn)行清理和打磨處理，以增加新舊混凝土之間的黏結(jié)力。當(dāng)護(hù)壁混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度后，方可進(jìn)行模板拆除，通常拆模時(shí)間為24 h。模板拆除后，應(yīng)立即進(jìn)行下一節(jié)護(hù)壁的施工。

為確保樁的軸線和高程控制準(zhǔn)確，每節(jié)護(hù)壁模板拆除后，應(yīng)將樁的軸線和高程引到每節(jié)的混凝土壁上。具體做法可采用十字線對(duì)中，吊大線錘測出中心線，再用尺找圓周。根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)測設(shè)孔深，確保樁的垂直度和孔徑滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 成孔檢測

人工挖孔樁成孔標(biāo)準(zhǔn)見表1所示：

2.4 鋼筋籠的制作與安裝

2.4.1 鋼筋籠的制作

為保證鋼筋籠在運(yùn)送、起吊及下放過程中不變形，用短粗鋼筋以三角形的形式焊接在加強(qiáng)筋上，下放過程中應(yīng)將短粗鋼筋割除并回收。

鋼筋籠制作過程中加強(qiáng)鋼筋的處理尤為關(guān)鍵。加強(qiáng)鋼筋在鋼筋籠制作中并不僅僅起到定位作用，還能夠顯著提高鋼筋籠的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。為了確保鋼筋籠在運(yùn)輸和安裝過程中的穩(wěn)固性，通常在成籠后采用角鋼或短粗鋼筋組成三角形以加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)。

在焊接過程中，操作者應(yīng)確保加強(qiáng)筋上任一主筋的標(biāo)記與主筋中部的加強(qiáng)筋標(biāo)記對(duì)齊。隨后，需扶正加強(qiáng)筋，并使用木制直角板校正加強(qiáng)筋與主筋之間的垂直度，保證它們連接牢固且穩(wěn)定。將焊接完成的鋼筋籠吊起并擱置在支架上，套入盤筋。布置好螺旋筋并綁扎在主筋上，確保它們連接緊密且牢固。最后，進(jìn)行點(diǎn)焊處理，以增強(qiáng)螺旋筋與主筋之間的連接強(qiáng)度。

2.4.2 鋼筋籠安裝

利用挖孔提升支架，將第一節(jié)（底節(jié)）鋼筋籠的拼裝骨架吊立豎直，放到孔底。利用挖Zc//aoE3HnlnesQcbegRAQ==孔提升支架將第一節(jié)（底節(jié)）鋼筋籠剩余主筋吊入孔內(nèi)，按照設(shè)計(jì)間距焊接主筋，直至完成。然后吊入箍筋，箍筋應(yīng)按照略大于設(shè)計(jì)直徑并方便放入孔內(nèi)的原則進(jìn)行盤制，每捆重量不超過100 kg；放入孔內(nèi)后，進(jìn)行人工綁扎箍筋；綁扎完成后，再放入第2捆箍筋并綁扎，直至第一節(jié)鋼筋籠箍筋綁扎完成。

在孔口制作相鄰的上一節(jié)鋼筋籠的拼裝骨架，利用挖孔提升支架吊入孔內(nèi)，主筋與第一節(jié)鋼筋籠的對(duì)應(yīng)主筋對(duì)接。在對(duì)接時(shí)，應(yīng)先對(duì)正有標(biāo)記的一根主筋，然后調(diào)整各主筋對(duì)正，吊機(jī)吊點(diǎn)緩緩下降鋼筋籠拼裝骨架，將最先接觸的主筋先接上連接套筒，然后逐一接上所有骨架主筋的聯(lián)結(jié)套筒。連接套內(nèi)兩根鋼筋端頭的間隙大小和在連接套中的位置，必須滿足規(guī)范要求。按照與第一節(jié)鋼筋籠施工相同的方法吊入剩余主筋和箍筋，并按照設(shè)計(jì)要求安裝。

鋼筋籠接頭經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后，方可安裝第三節(jié)鋼筋籠。如此循環(huán)至鋼筋籠全部制作安裝完成。鋼筋籠安裝完成后，上端用穩(wěn)固在孔口的鋼筋將其固定，防止因鋼筋籠自身重量引起的下墜變形，以及灌注混凝土?xí)r的上浮。

2.4.3 聲測管及墊塊安裝

在鋼筋籠按設(shè)計(jì)圖紙綁扎成形后，在鋼筋籠內(nèi)側(cè)圓周布置聲測管，各管路用管箍連接并加固焊牢[1]。

2.5 混凝土澆筑（無水灌注法）

無水灌注法所采用的混凝土有特定的要求，混凝土配合比應(yīng)采用水下混凝土的配合比，C30混凝土配合比如下：水（164 kg）：水泥（320 kg）：碎石（1 047 kg）：砂（790 kg）：減水劑（3.6 kg）：粉煤灰（80 kg）?；炷猎O(shè)計(jì)坍落度為180～220 mm。

在進(jìn)行首盤混凝土澆筑時(shí)，導(dǎo)管口與孔底的距離應(yīng)控制在40～50 cm，以確?；炷聊軌蝽樌魅肟變?nèi)。開球階段并不需要特別考慮導(dǎo)管的埋深，關(guān)鍵保證混凝土的供應(yīng)連續(xù)不斷，以防止表層混凝土在澆筑過程中初凝。

無水灌注法是一種特殊的樁身混凝土澆筑方法，主要依賴混凝土的自重和下沖力實(shí)現(xiàn)樁身的密實(shí)。在澆筑過程中，如果導(dǎo)管埋深過大，可能會(huì)導(dǎo)致管外混凝土自重過大，使得翻漿變得困難，進(jìn)而造成堵管。反之，如果埋深過小，表層的混凝土可能會(huì)因?qū)Ч軆?nèi)澆筑混凝土的沖擊力過大而發(fā)生離析。因此，無水灌注法中的導(dǎo)管埋深通常需要控制在2～5 m的范圍內(nèi)。

整個(gè)澆筑過程中，會(huì)涉及無振搗澆筑和振搗澆筑工藝之間的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在混凝土澆筑至孔口附近時(shí)，這是因?yàn)榇藭r(shí)管內(nèi)混凝土的下沖高差減小，下沖力也相應(yīng)變小。同時(shí)，管外混凝土的埋深也變得較淺，上層混凝土自重產(chǎn)生的壓實(shí)力減弱，導(dǎo)致孔口附近的混凝土可能無法密實(shí)。為了解決這個(gè)問題，通常會(huì)采用干樁澆筑的方式進(jìn)行人工振搗，以確保混凝土的密實(shí)度[2]。這種無振搗和振搗之間的轉(zhuǎn)換，通常控制在距離樁頂6～7 m的位置。

樁基頂部的混凝土澆筑在樁頭澆筑區(qū)，這部分與上部結(jié)構(gòu)直接相連，因此在澆筑時(shí)應(yīng)特別精確。為了確保樁頭混凝土的質(zhì)量和與下部結(jié)構(gòu)的有效連接，當(dāng)澆筑至樁頂時(shí)，應(yīng)確保浮漿清理干凈，并超澆50 cm[3]，以確保樁頭混凝土的密實(shí)性和質(zhì)量，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)連接提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.6 樁基質(zhì)量檢測

樁基的具體檢測項(xiàng)目見表2所示：

在樁基混凝土強(qiáng)度滿足要求后，應(yīng)逐樁采用聲測管進(jìn)行質(zhì)量檢測。聲測管應(yīng)用絲口連接，切忌焊接，以保證管內(nèi)光滑。

3 結(jié)論

人工挖孔樁工藝作為一種傳統(tǒng)的施工方法，具有施工靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備難以進(jìn)入的施工環(huán)境。同時(shí)，該工藝在施工過程中對(duì)周圍環(huán)境的干擾較小，有利于保護(hù)施工區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。橋梁工程師在實(shí)際施工中應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、施工環(huán)境及工程要求，合理選擇和應(yīng)用人工挖孔樁工藝，以確保橋梁樁基工程的安全、質(zhì)量和效益。

參考文獻(xiàn)

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[3]徐磊，于健偉，黃源.人工挖孔樁施工技術(shù)要點(diǎn)與質(zhì)量控制[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2022（3）：142-143.

收稿日期：2024-06-22

作者簡介：趙德光（1990—），男，本科，工程師，主要從事智慧高速建設(shè)和工程管理工作。

通訊作者：周進(jìn)西（1988—），男，本科，工程師，主要從事工程質(zhì)量和管理。