试析基于水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工技术_赵静.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6试析基于水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工技术赵静（四川路桥盛通建筑工程有限公司，四川 西昌 615000）【摘要】结合G4216线金阳至宁南段高速公路设计施工总承包ZCB1-7标段桥梁工程，分析了基于水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工技术的应用要点，分析结果表明，在一些特殊地形地貌和特殊要求桩基施工中，无法采用机械冲钻和旋挖机成孔，只能采用人工挖孔灌注桩施工技术。具体施工中必须严格控制每道工序的施工质量，才能满足桥梁工程对桩基础要求。【关键词】水钻法；桥梁工程；人工挖孔灌注桩；混凝土浇筑【中图分类号】U445.551【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0148-030引言桥梁工程施工中，经常会遇到软弱地层，难以满足桥梁基础施工对稳定性、承载力、抗压性强的要求，需要对软弱地层进行加固处理。机械钻孔灌注桩施工是桥梁工程基础施工中比较基础的加固技术，具有施工效率高、自动化水平高等优势。但在一些特殊情况下，钻孔机械设备无法到达施工现场，此时就可以应用人工挖孔灌注桩施工技术。相比于机械钻孔灌注桩施工技术，人工挖孔灌注桩施工技术可有效适应不良地质条件，通过人工挖孔，灌注混凝土，来提升桥梁基础的稳定性，为桥墩施工提供稳定的基础。虽然人工挖孔灌注桩施工技术效率较低，也存在一定安全隐患，但适应性较好，目前在很多桥梁工程施工中有很好的应用。1工程概述G4216 线金阳至宁南段高速公路设计施工总承包 ZCB1-7 标段桥梁工程主线共 110 跨，25 m 预制T 梁共 249 片，40 m 预制 T 梁共 261 片，现浇箱梁共270 m，桩基 326 根；匝道桥 25 m 预制 T 梁共 148片，现浇箱梁共 292 m，桩基 102 根。主线桥梁及匝道桥梁合计共 161 跨，25 m 预制 T 梁 397 片，40 m 预制T 梁 261 片，桩基 428 根。路基土石方挖方 42 万 m3，填方 20 万 m3，防护排水及桩板墙工程约有 280 根抗滑桩。无法采用机械冲钻及旋挖机成孔，故采用人工挖孔灌注桩施工技术。2施工前的准备相比于机械钻孔灌注桩施工，基于水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工，对施工现场条件有更高的要求，因此，为保证各道工序能够顺利开展，需要切实做好施工前的准备工作。准备工作主要包括场地平整、测量定位、锁口施工、护壁施工、安装出渣起重装置等。（1）场地平整：对人工挖孔灌注桩施工场地进行平整处理，规划好施工现场，在人工挖孔灌注桩施工场地四周开挖排水沟，以免雨季雨水影响施工质量和安全性。（2）测量定位：通过测量放线的方法，确定每根人工挖孔灌注桩的具体位置，并标记桩中心。（3）锁口施工：人工挖孔灌注桩施工中锁口要高出地面至少 35 cm，孔内 1 m 范围都是锁扣，且护壁混凝土的标号要与桩基灌注混凝土一致。混凝土拌和后运输到施工现场进行立模浇筑。锁口混凝土浇筑完成后，四周钉上水泥钉，通过十字拉线法确定人工挖孔灌注桩的中心点。（4）护壁施工：为避免发生护壁坍塌、桩基缩径等问题，需要加强对护壁混凝土强度、厚度、搭接长度的控制。通过多次配比试验确定最佳混凝土配合比，通过焊接将钢筋连接成一个整体。还需及时封堵处理孔壁上出现的洞穴。（5）安装出渣起重装置：出渣提升装置应使用起重量不少于 1 t 的小型起重机。安装起重机时，一方面要对安装的基础区域进行平整和夯实，以保证起重机工作中不会因基础下沉而倾斜；另一方面，要严格控制起重机前鹰嘴吊点中心与桩孔中心的偏差不超过 5 cm，以免提升出渣桶时与孔壁发生碰撞而导致发生安全事故。而且，为确保出渣桶起吊和下降时不发生掉落问题，需在吊钩上设置一个锁扣。小型起重机使用的卷扬机、导轨及钢索，应具备相应的检测证书和 2 倍安全系数。起重机起重之前，应按照有关规定，进行静、动载荷试验，并需通过验收（静载荷系数为 1.2，动载荷系数为 1.25）。起重机运行中，应定期检测，若有问题，应及时解决或替换。3水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工方案3.1水钻施工水钻法主要指利用一台直径为 150 mm 的混凝土取芯机，沿着桩基础设计圆周，取出一个高约为绿色交通148DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.064LOW CARBON WORLD 2023/6600 mm 的圆柱体岩芯，构成一个圆形的外周临空面。对剩余的桩基岩芯部分进行分块，沿着圆半径取芯分块，构成一个内部临空面。在碎石中钻孔形成一系列小孔，碎石中插入一根钢楔，通过敲打钢楔来挤压碎石，使碎石承受来自碎石的张力以及水平面的剪切力，碎石中产生的挤出力应超过碎石抗张强度和抗剪强度的总和，具体钻孔施工顺序如下。（1）钻取四周岩石。沿着桩底孔壁布设 70 个取芯点，取芯直径为 150 mm，取芯圆应与锁口内壁呈切线，取芯圆间距为 130 mm。按照顺序在周围钻孔取出 70 根岩芯，每一根岩芯均为 600 mm 高，将外周岩芯全部挖出后，岩芯的周围就会形成一个圆形的顶板。（2）钻取中间岩石。沿着桩体半径钻取岩芯。将桩芯岩体均分为 3 等份，以保障岩体破碎的均匀性，提升钻孔效率。（3）手电钻打孔。选择高性能手电钻在桩芯岩体上钻眼，进一步将桩芯岩体均分为 6 等份。（4）插入钢楔，击打钢楔促使岩体分裂。（5）将分裂后的岩体进行人工装渣，利用电动提升机把钻孔中产生的石碴运输到地面上。（6）修正桩孔和下一循环施工。用水钻法钻芯后，桩基孔壁成锯齿状，为保证实际桩径和设计桩径一致，需要将侵占桩基空间的岩石锯齿修正消除。通过锁口护桩，在桩孔内标记出设计桩中心，检查桩基底部的偏差情况，若偏差超过设计允许值，要及时纠正。同时标记出下一循环施工外周水钻钻孔取芯的位置，进行下一循环挖孔桩施工1。3.2成孔检测孔桩挖到桩顶设计标高后，通过自我检测，并上报监理工程师确认无误后，才能成孔，并进行下一步工作。将钢筋笼放入孔中之前，先借助探孔仪探测孔中情况。开挖孔后，由监理工程师对开挖孔的位置、孔深、孔倾斜度等进行检验和验收。成孔质量应符合水钻法人工挖孔灌注桩施工成孔质量标准，如表 1所示。编号检查项目允许偏差检测方法1桩顶中心位置偏差/mm群桩：100；单排桩：50全站仪2孔尺寸/mm不小于设计截面尺寸卷尺3倾斜度/%0.5钻杆测斜法4孔深/m摩擦桩：不小于设计规定支承桩：比设计深度超深不小于 0.05测绳检测表1水钻法人工挖孔灌注桩施工成孔质量标准3.3钢筋施工根据施工现场的实际情况，并结合变截面螺纹套筒的位置，来决定钢筋的分节长度。下料之前，要对钢筋进行调整，并对其进行清洗，保证钢筋表面的光滑、平整，不能出现局部弯折。下好钢筋后，要用裁断机对其两端进行平整处理。本工程钢筋施工采用了直丝套安装方式，有“半丝”和“全丝”两种安装方式。安装螺套时，先将螺套固定在“全丝”钢条上，再人工将螺套固定在下一节“半丝”钢条上2。钢筋连接操作人员必须经过专门的训练和考核，要严格按照相关规范和标准进行钢筋连接。钢筋端部要切割平齐，钢筋丝头长度应该达到企业标准中的产品设计要求，其公差应该为 02p（p 为螺距）。钢筋丝头应该符合 6f 级精度要求，使用专用直螺纹量规进行检验，使通规能够顺利地旋入并达到要求的拧入长度，止规旋入不能超过 3p。抽查总数的10%，抽查合格率不得低于 95%，应在直丝头安装螺母，防护暂时贮存的半成品钢筋。3.4钢筋笼制作与安装按设计图的要求，在钢筋笼的 4 个角部分别安放一条探测管，将其通过“U”形筋与箍筋连接。为确保钢筋笼在运送和安装时不发生形变，钢筋笼内部每 2 m 布置一根三角形的加劲筋。相同的断面中，接头数不能超过钢筋的 50%，并且接头的错开距离不能超过 35d（d 为主筋的直径）。本工程将桩基础的钢筋笼分成 9 个节段，每个节段的两端都预留了一个不对称接头，并使用机械进行连接。在制造过程中，钢筋笼中的加劲筋只用于固定钢筋笼位置。运输钢筋笼时，采用角钢、短粗筋等构成三角加固。将钢筋放置一个平坦的工作台上，并标记出钢筋的位置。点焊时，应将前一根钢筋的标志与中间钢筋的标志用木质直角模板对齐，保证每个钢筋连接的垂直度符合要求后再进行焊接。先将所有的钢筋焊接在一个主要钢筋上，再用机械或人工旋转框架，将其他的主要钢筋逐根焊接。钢筋笼焊接完成后，将其吊起来放于支撑箍上，安装盘形钢筋，按照所需的位置排列盘形钢筋，并将其捆绑在框架上，点焊固定3。钢筋笼制作完毕之后，要对节段编号和对接定位钢筋进行标注，并将所有接头都拆开，做好运往各孔位处的准备。在存放运输钢筋骨架的过程中，支撑箍处应该设置等高垫木，以防止钢筋骨架被油污及水锈污染。钢筋骨架起吊的时候，吊机操作应该平稳、缓慢，避免落钩车速过快，从而造成钢筋骨架受冲击变形。在悬点上加十字形或三角支撑圈，以避免绿色交通149LOW CARBON WORLD 2023/6悬点的钢筋骨架扭曲。完成钢筋笼的制作并通过成孔检查后，才能进行钢筋笼的吊装。为了避免起吊期间钢筋笼发生形变，起吊之前，应该在加固框架中焊接交叉支撑，必要时可将框架内侧的两个杉木杆或型钢暂时捆绑起来，以增强其刚性。每节钢筋骨架均采取多点吊装方式。保证进料口的垂直性，防止其倾斜和摇摆。钢筋骨架放好后，对其顶部进行定位。下吊挂钢筋笼时，要格外注意以下 3 点：钢筋笼的外侧可以加一个滚动混凝土垫块，以保证钢筋笼始终处于桩眼中央，并保证保护层的厚度。探测管入水的过程中，要对探测管进行补充，将探测管从每个钢筋笼拔出，并将探测管固定在附近护筒的内壁上，将其封死，以免有异物侵入，造成管路堵塞。按照设计图或规范的要求，对钢筋笼进行焊接，以保证在安装和浇筑混凝土的过程中，钢筋笼的偏位符合设计及规范要求。3.5混凝土灌注人工挖孔桩可采用干桩和清水桩两种方式灌注，当桩基渗水量大时，可采用水下混凝土灌注，本工程人工挖孔灌注桩采用水下混凝土干孔导管灌注法对桩基进行施工。进行水下混凝土灌注之前，一定要对混凝土运输车辆的行走路线、混凝土的预测灌注数量（提供给混凝土拌和站）、导管的水密承压试验和接头抗拉试验以及起吊、运输、泥浆排放等各项工作进行全面检测，确保做好充足准备，可以满足灌注的要求4。进行水密承压试验及接头抗拉试验之前，一定要通知监理工程师现场旁站，要求水密承压试验的水压不低于孔内水深 1.3 倍的压力，也不应低于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力的 1.3 倍。灌注混凝土时，应将孔桩检查及全过程的旁站监督情况告知监理工程师。进行混凝土施工之前，实验室首先要对进场材料展开试验，达到标准之后，按照批复的配合比进行配料。其次要测量砂石料的含水量，从而计算出施工配合比。最后要以施工配合比为依据，将每盘各材料用量分别输入计量系统，开盘之后，对混凝土拌和物进行检验，确保各项指标达到要求后，才允许使用。水下混凝土灌注施工工艺流程为：安设管道和料斗吊起防水塞子或滑阀灌注第一次（底部）灌注混凝土到桩头拉出护筒。先安装管道，用起重机将管道（直径 300 mm）吊进钻孔，安装时要对中，管道下端与钻孔底部的间距要保持在 3050 cm。管道埋置混凝土的深度为 26 m，管道使用之前和灌注 45 根桩之后，要对管道及其接头的密闭性进行检查，以保证管道的密闭性。第一次灌注前，将第一次灌注的混凝土倒入料斗中5。当确定储水量足够时，就可以切断钢丝，利用混凝土重力来排出管道中的水分，让防水塞子从井底伸出。第一次灌注的混凝土数量应该是管道内埋混凝土的 1.0 m 以上。第一批混凝土灌注量应该保证管道底口埋入混凝土中的长度不低于 1.0 m，灌注的过程中，混凝土面要比管道底口高出 2.0 m，每次拆除管道前，其下端被埋入的深度不能超过 6.0 m。灌注时，一定要保持不间断，以免出现断桩现象。由于井筒中的混凝土不断升高，因此需要一节一节地迅速拆卸管道，所用时间要控制在 15 min 以内。进行灌注时，如果管道内的混凝土不满或含有空气，那么后续的混凝土应该慢慢灌入料斗和管道中，不能将混凝土整斗从上而下倾入管内，以免管内形成高压气囊，挤压管节的橡胶密封垫。混凝土的上部，有一层浮浆是必须凿除的，因此，桩身混凝土需要超灌0.51.0 m，待桩身混凝土达到一定的强度后，再用风镐凿除设计桩顶标高以上的混凝土，并用无破损声测进行检验。4结语本文结合实际案例，分析了基于水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工技术，分析结果表明，桥梁桩基础施工中影响因素比较多，虽然机械钻孔灌注桩施工技术具有施工速度快、自动化程度高等优势，但在一些复杂地质条件和特殊要求的桩基础施工中，机械钻孔灌注桩难以适用（如方形抗滑桩），这时就需要应用人工挖孔灌注桩施工技术，用人工代替钻机开挖。基于水钻法的桥梁人工挖孔灌注桩施工技术适应性强，可进行岩体钻孔施工，施工效率也远高于单纯的人工挖孔，能够有效满足复杂条件下的桥梁桩基础施工，值得推广应用。参考文献1 卢瑞峰.山区桥梁桩基施工中人工挖孔技术的应用J.中国公路，2022（23）：108-109.2 黄志雄.人工挖孔桩接力反循环钻孔灌注桩施工技术在公路桥梁中的应用J.交通世界，2022（32）：119-121.3 程飞，刘丙宇，郄慧国.城市桥梁人工挖孔与反循环钻孔复合接力成桩施工技术研究与应用J.工程建设与设计，2022（20）：185-187.4 杨爱民.公路桥梁人工挖孔桩接力反循环钻孔灌注桩施工技术J.交通世界，2022（增刊 1）：63-64.5 龙立敦，李少方，张凯，等.超深桥梁人工挖孔群桩基础混凝土施工安全性分析J.施工技术（中英文），2021，50（23）：46-50.作者简介：赵静（1978），男，汉族，四川南充人，本科，高级工程师，主要从事工程管理工作。绿色交通150