高速公路工程人工挖孔樁施工技術(shù)研究

摘要 為明確跨河特大橋梁樁基項(xiàng)目的施工工藝，文章結(jié)合熱水河特大橋工程項(xiàng)目實(shí)例，探討了基于水鉆法的人工挖孔樁施工技術(shù)。研究結(jié)果顯示：樁基工程如期完工后，樁基成孔質(zhì)量合格，樁身經(jīng)低應(yīng)變、靜載試驗(yàn)、承載力檢測(cè)、超聲波檢測(cè)等檢測(cè)技術(shù)，均達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。為此，對(duì)于大型跨河橋梁工程可采用基于水鉆法的人工挖孔樁施工，施工質(zhì)量能夠取得理想效果，該研究成果可在橋梁樁基項(xiàng)目施工過程中推廣。

關(guān)鍵詞 高速公路；人工挖孔樁技術(shù)；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0056-03

0 引言

跨河橋梁工程的樁基施工具有一定難度，環(huán)境較為復(fù)雜，在樁基鉆孔時(shí)可采用水鉆法，這種施工技術(shù)的適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)水電的要求不高，無須爆破，尤其適用于環(huán)境復(fù)雜的工程場(chǎng)地，且鉆孔時(shí)不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，可同時(shí)多樁施工，減少工期，在施工質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益方面都具有一定優(yōu)勢(shì)。該文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)基于水鉆法的人工挖孔樁施工技術(shù)展開探討。

1 人工挖孔樁施工技術(shù)概述

1.1 人工挖孔樁技術(shù)概念

人工挖孔樁技術(shù)是一種深基坑支護(hù)技術(shù)，主要應(yīng)用于大型地下結(jié)構(gòu)物的施工中。該技術(shù)首先在地面上開挖出孔洞，在孔洞內(nèi)逐層灌注混凝土，最終形成一個(gè)具有承載能力的鋼筋混凝土柱狀體。人工挖孔樁具有較高的承載能力和剛度，可以有效地抵抗地下水壓力和土體變形，同時(shí)也可以減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

1.2 人工挖孔樁施工的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

人工挖孔樁施工作為一種傳統(tǒng)的基礎(chǔ)工程方法，在現(xiàn)代建筑與道路建設(shè)中仍占有重要的地位，其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：

（1）施工適應(yīng)性：人工挖孔樁技術(shù)因其靈活性高，特別適用于各種復(fù)雜地質(zhì)條件和空間受限的場(chǎng)地。對(duì)于地層分布不均勻、地下水位較高或地下障礙物較多的環(huán)境，通過人工逐層開挖并實(shí)施相應(yīng)支護(hù)措施，能夠有效應(yīng)對(duì)不同土質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，保證樁基質(zhì)量。

（2）設(shè)備依賴度低：相較于大型機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)的樁基施工方式，人工挖孔樁作業(yè)所需設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的硬件要求較低，即使在偏遠(yuǎn)地區(qū)或已有建筑物密集區(qū)域也能順利進(jìn)行，降低了對(duì)重型機(jī)械的依賴性和高昂的設(shè)備成本投入。

（3）施工精度控制：人工挖孔過程中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地層情況，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整挖孔直徑、深度及垂直度，確保樁體位置準(zhǔn)確、尺寸符合設(shè)計(jì)要求，從而提高樁基的施工精度。

（4）環(huán)境友好性：由于施工過程無噪聲污染和振動(dòng)影響，人工挖孔樁施工對(duì)周邊環(huán)境及既有建筑物的影響較小，有利于在人口密集區(qū)或者對(duì)環(huán)境敏感區(qū)域的基礎(chǔ)施工。

（5）經(jīng)濟(jì)效益：從經(jīng)濟(jì)角度看，人工挖孔樁的初期投資較少，尤其是在小型項(xiàng)目和深埋大直徑樁基工程中，其造價(jià)相比沖擊成樁、鉆孔灌注樁等方法更具競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)由于施工速度快，可減少工時(shí)消耗，間接提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（6）施工安全性與可控性：合理的人工挖孔樁施工方案會(huì)配備完善的防護(hù)設(shè)施和安全操作規(guī)程，如井下通風(fēng)、照明、防墜落設(shè)施以及及時(shí)抽排地下水系統(tǒng)，施工過程的安全性能有較高保障，且便于施工人員隨時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)狀況，及時(shí)處理可能出現(xiàn)的突發(fā)問題。

（7）施工進(jìn)度靈活可控：可以根據(jù)工程總體進(jìn)度計(jì)劃靈活安排多根樁的施工順序和速度，特別是在復(fù)雜的工程條件下，可以根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果分段、分區(qū)進(jìn)行，有利于整體工程項(xiàng)目的協(xié)調(diào)推進(jìn)。

2 人工挖孔樁施工的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 項(xiàng)目概況

四川省宜賓至攀枝花高速公路項(xiàng)目G4216線屏山新市至金陽段高速公路XJ21項(xiàng)目分部K118+800～K125+300線路全長(zhǎng)6.5 km，路基寬度25.5 m，雙向四車道，含主線橋梁1座（熱水河特大橋），互通橋梁8座。該項(xiàng)目位于四川盆地、青藏高原、云貴高原所圍成的過渡區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)地形主要受青藏高原、云貴高原及二者之間的金沙江河谷影響，海拔由項(xiàng)目西側(cè)的3 000余米陡降至金沙江河谷的450余米后，又驟升至云貴高原的2 000余米，起伏極大。走廊帶范圍內(nèi)地面高程一般800～1 500 m，高差400～900 m，屬于中等切割構(gòu)造侵蝕中山地貌區(qū)。區(qū)內(nèi)地層以侏羅系～三疊系的碎屑沉積巖為主，山體堆積體較多且常年有山體滑坡泥石流等危害。根據(jù)設(shè)計(jì)資料：人工挖孔樁樁徑1.5 m樁145根，合計(jì)長(zhǎng)度為4 033.6 m；樁徑1.8 m樁77根，合計(jì)長(zhǎng)度為2 213.6 m；樁徑2 m樁83根，合計(jì)長(zhǎng)度為2 437.8 m；樁徑2.2 m樁25根，合計(jì)長(zhǎng)度為706.2 m；樁徑2.5 m樁20根，合計(jì)長(zhǎng)度為686 m；合計(jì)人工挖孔樁為350根，樁長(zhǎng)為9 863.2 m。

2.2 施工工藝流程

水鉆法是通過使用直徑為170～210 mm的混凝土取芯機(jī)在樁基礎(chǔ)周圍形成外周臨空面，然后對(duì)剩余的巖芯進(jìn)行分塊處理，形成內(nèi)部臨空面。分塊巖石上鉆孔，插入鋼楔子并施加壓力，使巖石同時(shí)承受拉力和剪切力，當(dāng)擠壓力超過巖體抗拉或抗剪極限時(shí)，巖石沿著裂縫破裂并形成巖塊，最終實(shí)現(xiàn)成孔目的[2]。施工工藝流程如圖1所示。

2.3 施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

2.3.1 人工挖孔樁施工準(zhǔn)備

（1）開工前完成施工用地供水、供電、道路、排水、臨時(shí)房屋等臨時(shí)設(shè)施的修建，開展施工場(chǎng)地的平整處理，保證施工機(jī)械正常作業(yè)。

（2）按照設(shè)計(jì)文件要求，充分考慮施工安全和方便等因素，設(shè)計(jì)和開挖施工平臺(tái)，平整場(chǎng)地，做好鎖口和地表截、排水及防滲設(shè)施，為施工創(chuàng)造作業(yè)條件。

（3）該工程采用斜三腳架結(jié)合固定卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行提升，提升設(shè)備應(yīng)配備自動(dòng)鎖定機(jī)制。為保證工人人身安全，井口設(shè)置欄桿及供起吊人員裝卸料用的腳踏板，挖空作業(yè)人員的頭頂部應(yīng)設(shè)置護(hù)蓋，護(hù)蓋為厚2 mm的鋼板安裝于護(hù)壁上供施工人員躲避渣桶提升過程中的落石，鋼板用螺栓從上固定于護(hù)壁上。棄渣吊斗不得裝滿，出渣時(shí)孔內(nèi)作業(yè)人員應(yīng)位于護(hù)蓋下。

2.3.2 測(cè)量放樣

由技術(shù)人員對(duì)樁基中心點(diǎn)（或方樁的四個(gè)角點(diǎn)）進(jìn)行放線，測(cè)量放線后施工隊(duì)伍應(yīng)在鎖口上設(shè)置護(hù)樁以方便施工時(shí)對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)核和校正。設(shè)置護(hù)樁后應(yīng)及時(shí)通知測(cè)量專業(yè)監(jiān)理工程師對(duì)護(hù)樁進(jìn)行復(fù)核。

2.3.3 循環(huán)鉆進(jìn)

主要包括以下內(nèi)容[3]：

（1）在樁基孔壁周圍設(shè)置一圈取芯點(diǎn)，取芯直徑為170～210 mm（具體視樁徑而定），取芯圓與鎖口內(nèi)壁相接觸，取芯圓之間的距離為130 mm。逐個(gè)鉆取外周的一圈巖芯，提取的巖芯高度約為500 mm，完成外周巖芯提取后，樁芯體外圍形成環(huán)形臨空面。

（2）挖取中間巖石：沿樁半徑取芯，將樁芯巖體均勻分成三等份，每份占樁芯巖體的1/3，以免巖體破裂。

（3）手持電鉆鉆孔：利用手持電鉆在樁芯巖體上打孔，將樁巖分成六等份。

（4）插入鋼楔、敲擊鋼楔分裂巖石：在沿樁基徑向手電鉆打孔后，插入鋼楔，用大錘敲擊鋼楔使巖石受到水平?jīng)_擊力，巖石沿著鉛錘面被拉裂，底部發(fā)生水平剪切破裂。逐步分裂巖石，直至該層樁芯巖體全部破裂。

（5）人工清理碎石，電動(dòng)提升機(jī)卸載碎石：完成一輪施工后，按順序清理水鉆取出的巖芯碎石，從樁孔一側(cè)開始卸載碎石，隨后插入鋼楔，敲擊鋼楔分裂巖石后再次卸載碎石。

（6）樁孔修整及下一輪施工：由于水鉆取芯后樁基孔壁呈鋸齒狀，需去除侵占樁基空間的巖石鋸齒，以保持有效樁徑與設(shè)計(jì)樁徑一致。通過鎖口護(hù)樁在樁孔內(nèi)標(biāo)記設(shè)計(jì)樁中心，檢查樁基底部偏移情況并及時(shí)調(diào)整，同時(shí)標(biāo)記下一輪外周水鉆取芯位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪挖孔樁施工。

2.3.4 配置護(hù)壁鋼筋

在挖孔樁前1～2模，為防止護(hù)壁脫落，應(yīng)在護(hù)壁中加入鋼筋，其縱向主筋使用φ16鋼筋，間距25 cm，主筋兩頭采用彎鉤上下連接；橫向箍筋使用φ8鋼筋做成環(huán)狀。后面應(yīng)視土質(zhì)情況而定添加鋼筋。

2.3.5 澆筑護(hù)壁混凝土

每挖完一節(jié)段后，應(yīng)立即安裝模板并進(jìn)行混凝土澆筑以形成護(hù)壁，護(hù)壁采用內(nèi)齒式施工工藝，上下層護(hù)壁搭接5 cm，且護(hù)壁混凝土不小于20 cm，確保上下層護(hù)壁連接成整體受力。護(hù)壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后方可進(jìn)行拆模。

自第二段起，應(yīng)使用提升機(jī)器設(shè)備進(jìn)行土方運(yùn)輸。在執(zhí)行樁孔內(nèi)作業(yè)時(shí)，操作人員需佩戴安全帽，而地面人員則需正確系好安全帶。當(dāng)?shù)跬熬嚯x樁孔頂部1 m時(shí)，需進(jìn)行橫向移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，將吊桶移離樁孔頂部。隨后，將土方卸載至小型推車內(nèi)，并將其運(yùn)至孔口外3 m處，最后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平整或暫時(shí)存放，然后統(tǒng)一調(diào)運(yùn)棄土場(chǎng)。樁孔挖至規(guī)定的深度后，用尺量測(cè)孔的斷面尺寸，若不滿足規(guī)范要求，挖孔作業(yè)人員應(yīng)及時(shí)修整孔壁使上下垂直順直[4]。

在挖掘樁孔至規(guī)定標(biāo)高后，應(yīng)使用鋼釬進(jìn)行底部地質(zhì)勘查，以確認(rèn)與設(shè)計(jì)圖紙的一致性。清除可能存在的松散巖石并確保孔底平整。若發(fā)現(xiàn)基底地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符，應(yīng)及時(shí)上報(bào)監(jiān)理工程師、設(shè)計(jì)及地勘單位等有關(guān)部門現(xiàn)場(chǎng)勘查處理，待同意后方可進(jìn)行下一步施工。

2.3.6 檢查驗(yàn)收

完成成孔后，應(yīng)在自我檢查的基礎(chǔ)上，及時(shí)記錄人工挖孔的施工過程，并辦理隱蔽工程驗(yàn)收手續(xù)，經(jīng)監(jiān)理工程師對(duì)樁孔斷面尺寸、樁長(zhǎng)、標(biāo)高、樁位、垂直度等全面檢查同意后，才能制作、安裝鋼筋。

2.3.7 鋼筋安裝及制作

在鋼筋進(jìn)場(chǎng)之前，需進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，經(jīng)過合格檢驗(yàn)并獲得監(jiān)理工程師的批準(zhǔn)后，方可大批量材料進(jìn)場(chǎng)。鋼材進(jìn)場(chǎng)不得直接堆置在地面上，必須用墊木墊起并完成覆蓋。

圓樁鋼筋在鋼筋加工場(chǎng)集中加工，根據(jù)塔吊起重噸位，分節(jié)段制作，制作好的成品用汽車運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，用塔吊吊裝入孔，在孔內(nèi)拼裝。該標(biāo)段樁基最大直徑為2.5 m，鋼筋籠4.5 m/節(jié)段，每節(jié)段重量2.25 t，6013塔吊在施工半徑40～45 m，額定吊重2.34 tgt;2.25 t，因此選用6013塔吊能夠滿足施工要求，經(jīng)濟(jì)性合理。

為符合設(shè)計(jì)規(guī)范，鋼筋籠在加工制作時(shí)需按要求進(jìn)行。在下料時(shí)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行，同時(shí)確保相鄰的焊接頭錯(cuò)開至少1.5 m，以確保焊接面積不超過該斷面鋼筋總面積的1/2，以保證整個(gè)鋼筋籠的長(zhǎng)度。

人工挖孔樁鋼筋直徑大于φ20 mm時(shí)均采用直螺紋套筒（機(jī)械連接），鋼筋原材套絲前要對(duì)原材進(jìn)行切頭處理，確保鋼筋接頭的平整，絲紋飽滿；鋼筋機(jī)械連接必須符合技術(shù)規(guī)范要求，確保主筋連接質(zhì)量。

3 人工挖孔樁施工過程中的質(zhì)量控制措施

在人工挖孔樁施工過程中，質(zhì)量控制是確保工程整體穩(wěn)定性和安全性的重要環(huán)節(jié)，主要通過以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟和措施來實(shí)現(xiàn)[5]：

（1）前期地質(zhì)勘查與設(shè)計(jì)優(yōu)化：施工前需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探，充分了解地層結(jié)構(gòu)、土質(zhì)特性以及地下水分布情況，結(jié)合設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，制定出合理的人工挖孔樁施工方案和參數(shù)。根據(jù)勘探結(jié)果可能需要調(diào)整樁徑、樁深及護(hù)壁類型等設(shè)計(jì)內(nèi)容，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件，從而從源頭上保證施工質(zhì)量。

（2）嚴(yán)格施工準(zhǔn)備與放樣定位：按照設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確進(jìn)行樁位放樣，確保樁基位置的精確度。同時(shí)，預(yù)先準(zhǔn)備好符合標(biāo)準(zhǔn)的施工材料和設(shè)備，并對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全教育，確保所有準(zhǔn)備工作到位。

（3）分層開挖與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：在挖孔過程中應(yīng)遵循“分層開挖、逐段支護(hù)”的原則，每開挖一定深度后及時(shí)澆筑混凝土護(hù)壁，防止孔壁坍塌。采用測(cè)量工具對(duì)孔徑、垂直度、深度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)糾正，確保樁孔尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）地下水處理與孔內(nèi)通風(fēng)照明：對(duì)于地下水位較高的地區(qū)，需采取有效的降水措施，如設(shè)置井點(diǎn)降水或抽水設(shè)備，保持孔內(nèi)干燥以便于施工。同時(shí)，要確?？變?nèi)的良好通風(fēng)和充足照明，以降低有毒有害氣體積聚的風(fēng)險(xiǎn)，保障施工人員的安全。

（5）樁身混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑過程中應(yīng)連續(xù)、均勻且無間斷，確保樁體密實(shí)度和完整性。使用振動(dòng)棒振搗至表面泛漿，避免出現(xiàn)空洞、夾泥等問題?；炷翝仓戤吅?，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，以提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。

（6）施工過程監(jiān)控與記錄：在整個(gè)施工過程中，應(yīng)做好施工記錄和影像資料留存，包括但不限于開挖深度、護(hù)壁澆筑情況、地下水位變化、混凝土澆筑量等數(shù)據(jù)。詳細(xì)的過程控制信息有助于后期的質(zhì)量驗(yàn)收和問題追溯。

（7）竣工檢驗(yàn)與質(zhì)量驗(yàn)收：樁基施工完成后，須依據(jù)相關(guān)國(guó)家規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行樁身無損檢測(cè)（如低應(yīng)變、超聲波檢測(cè)等）、靜載試驗(yàn)以及承載力測(cè)試，確保樁基達(dá)到設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，滿足工程質(zhì)量安全需求。

4 結(jié)語

該研究通過對(duì)高速公路工程中人工挖孔樁施工技術(shù)的全面研究，得出以下結(jié)論：首先，人工挖孔樁施工技術(shù)以其靈活性高、施工成本低、施工周期短以及對(duì)環(huán)境影響小等特點(diǎn)，在高速公路工程中展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)；其次，通過具體的工程案例分析，驗(yàn)證了人工挖孔樁施工技術(shù)在不同地質(zhì)條件下的可行性和有效性；最后，該研究提出了一系列施工過程中的質(zhì)量控制措施和安全管理策略，為確保工程質(zhì)量和施工安全提供了有力保障。綜上所述，人工挖孔樁施工技術(shù)在高速公路工程中具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的實(shí)用價(jià)值，該研究成果可在橋梁樁基項(xiàng)目施工過程中推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]杜承志. 高速公路橋梁施工中人工挖孔樁技術(shù)的應(yīng)用分析[J]. 運(yùn)輸經(jīng)理世界， 2022（35）：86-88.

[2]張江斌. 高速公路施工中人工挖孔樁技術(shù)的應(yīng)用[J]. 交通建設(shè)與管理， 2021（4）：120-121+126.

[3]黃張昌存. 人工挖孔樁施工技術(shù)在高速公路橋梁中的應(yīng)用探析[J]. 建材與裝飾， 2020（17）：247+249.

[4]何云剛.高速公路施工中人工挖孔樁技術(shù)的應(yīng)用[J].安徽建筑，2018（4）：148+178.

[5]周建祥，馬小軍.人工挖孔樁技術(shù)在高速公路施工中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（18）：120.

收稿日期：2024-02-26

作者簡(jiǎn)介：李錦清（1981—），男，本科，工程師，主要從事公路工程施工項(xiàng)目管理工作。