官渡河特大橋主墩超長(zhǎng)人工挖孔群樁施工技術(shù)

鄒品德（四川路橋橋梁工程有限責(zé)任公司，四川成都610015）

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官渡河特大橋主墩超長(zhǎng)人工挖孔群樁施工技術(shù)

鄒品德（四川路橋橋梁工程有限責(zé)任公司，四川成都610015）

本文以官渡河特大橋10號(hào)主墩20根直徑φ2.5m、長(zhǎng)59m的群樁基礎(chǔ)采用人工挖孔施工為例，介紹該橋在巖溶地區(qū)采用人工挖孔法施工超長(zhǎng)群樁基礎(chǔ)的施工工藝，為類似橋梁樁基礎(chǔ)施工提供參考。

巖溶地區(qū)；超長(zhǎng)；群樁；人工挖孔

1　工程概況

官渡河特大橋全長(zhǎng)1243m，孔跨布置為9×40m先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁+（100+190+100）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+12×40m先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁。10號(hào)主墩為C50混凝土變截面薄壁空心墩，墩身高度123m；C40混凝土矩形承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為21× 28.5×6m；群樁基礎(chǔ)為20根直徑φ2.5m、長(zhǎng)59m的嵌巖樁，持力層為中風(fēng)化溶蝕灰?guī)r。

橋址區(qū)屬于長(zhǎng)期強(qiáng)烈剝蝕、溶蝕作用形成的中低山河谷地貌。橋梁橫跨官渡河，河床寬約30m，兩岸為坡度和高差均較大的斜坡，局部地方為基巖陡坎，整體呈“V”型。斜坡坡面局部地方基巖出露，溶槽、溶隙等巖溶形態(tài)非常發(fā)育，兩岸陡壁可見多處小型溶洞。10號(hào)主墩位于官渡河溫水側(cè)陡坡上，距離河床較近，樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高 945.653m、樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高886.653m，官渡河常水位913.500m。

根據(jù)鉆探成果表明：橋位區(qū)表層第四系覆蓋層為全新統(tǒng)坡殘積層（）粉質(zhì)粘土，下伏地層巖性為三疊系下茅草鋪組二段（）中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖和中風(fēng)化灰?guī)r。各巖土層工程地質(zhì)基本特征為：

第①層粉質(zhì)粘土（0～18.2m）：稍濕，硬塑～可塑狀，局部含少量碎石，厚度不均勻，連續(xù)性較差。

第②層泥質(zhì)白云巖（18.2～39.5m）：泥晶結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟，溶蝕較發(fā)育。巖芯較破碎，呈短柱狀及碎塊狀。

第③層溶蝕灰?guī)r（39.5～65.8m）：隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，溶蝕較發(fā)育。巖芯較完整，多呈柱狀，少量呈短柱狀及碎塊狀。

溶洞的發(fā)育不規(guī)則、無(wú)規(guī)律，小型溶洞較多，部分樁基范圍內(nèi)的溶洞呈糖葫蘆串狀，高程893.060～896.060m范圍為貫通式溶洞，洞內(nèi)無(wú)填充物。橋址區(qū)地下水為第四系孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水，見圖1。

圖1　樁基平面布置圖

2　施工方案比選

巖溶地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)施工一般采用機(jī)械成孔法或人工挖孔法。采用機(jī)械成孔法施工時(shí)，宜采用沖擊鉆機(jī)成孔工藝，但在施工過(guò)程中易遇到漏漿塌孔、偏孔、卡鉆、掉鉆等事故，群樁基礎(chǔ)施工時(shí)需分多批次成孔，施工工期較長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)成本較高，且泥漿處置不當(dāng)還會(huì)造成環(huán)境污染。人工挖孔法的適用范圍較廣，群樁基礎(chǔ)施工時(shí)可一批次成孔，施工速度快、經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低，但在超長(zhǎng)樁基礎(chǔ)施工時(shí)的井下作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

10號(hào)主墩原地面地勢(shì)陡峭，基巖溶蝕發(fā)育，緊鄰官渡河，河水為沿線居民的主要生活用水來(lái)源。在施工過(guò)程中，存在河水通過(guò)溶洞、溶隙等倒灌進(jìn)入樁孔的可能性。綜合考慮質(zhì)量、安全、工期、環(huán)境保護(hù)等各種因素，決定采用人工挖孔法進(jìn)行施工，若遇孔內(nèi)滲水無(wú)法強(qiáng)力排干時(shí)再采用沖擊鉆機(jī)成孔。

3　挖孔樁施工

3.1施工順序

10號(hào)主墩20根樁基一批次成孔。由于樁間凈距較小，橫橋向僅3.5m、順橋向僅3.0m，為了盡可能地避免相鄰樁孔護(hù)壁被爆破作業(yè)破壞，保證施工安全，相鄰樁基的開孔時(shí)間應(yīng)錯(cuò)開，按開挖深度高差不小于8m進(jìn)行控制，確保在爆破作業(yè)時(shí)相鄰樁孔護(hù)壁混凝土齡期達(dá)到7d、強(qiáng)度達(dá)到80%以上。采用梅花形開挖順序：先開挖1#、3#、6#、8#、9#、11#、14#、16#、17# 和19#孔，挖孔進(jìn)尺達(dá)到8m以上時(shí)再開挖2#、4#、5#、7#、10#、12#、13#、15#、18#和20#孔。先開挖的10個(gè)樁孔還可起到降水井的作用，利于減小后續(xù)10個(gè)樁孔的施工難度，加快施工進(jìn)度。

3.2施工準(zhǔn)備

基坑開挖線測(cè)量放樣后，在線外修建截水溝。機(jī)械開挖基坑至承臺(tái)設(shè)計(jì)底標(biāo)高以下20cm處，開挖完成后立即進(jìn)行坡面防護(hù)。在基坑周邊設(shè)置排水設(shè)施，澆筑厚20cm的C30混凝土承臺(tái)墊層并預(yù)留樁孔位置。樁位的測(cè)量放樣必須準(zhǔn)確無(wú)誤。

巖溶地區(qū)的人工挖孔樁施工應(yīng)嚴(yán)格遵循先超前地質(zhì)釬探、后人工挖孔作業(yè)的原則。施工前必須先探明各樁位的地質(zhì)構(gòu)造情況，并做好周全的安全技術(shù)措施準(zhǔn)備及進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底。本橋采用地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)每個(gè)樁孔進(jìn)行地質(zhì)勘探并取樣，鉆孔深度大于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)7.5m以上。根據(jù)取出的地質(zhì)樣本并結(jié)合設(shè)計(jì)地勘資料分析溶洞分布、構(gòu)造等情況，確定相應(yīng)的處理方案。

3.3護(hù)壁設(shè)計(jì)和施工

為了防止孔壁坍塌，保證施工安全，并考慮巖溶地區(qū)地質(zhì)情況的復(fù)雜性，孔壁采用內(nèi)齒式C30鋼筋混凝土全程支護(hù)，混凝土中摻配速凝劑和早強(qiáng)劑。護(hù)壁上口厚度為40cm、下口厚度為30cm，每節(jié)高度≤100cm，上、下兩節(jié)護(hù)壁混凝土搭接高度為5cm?？卓谠O(shè)置鎖口并高出地面≥30cm，鎖口混凝土厚度50cm。護(hù)壁內(nèi)鋼筋網(wǎng)片采用層距15cm的φ12mm環(huán)向鋼筋、間距20cm的φ16mm豎向鋼筋綁扎而成，上、下兩節(jié)護(hù)壁的豎向鋼筋應(yīng)連接成整體。在穩(wěn)定性較差的覆蓋層內(nèi)、遇較大滲水和處理溶洞時(shí)，可視實(shí)際情況采取提高護(hù)壁混凝土標(biāo)號(hào)、加厚護(hù)壁、增設(shè)錨桿或縮短支護(hù)高度等措施，見圖2。

考慮到若遇孔內(nèi)滲水無(wú)法強(qiáng)力排干時(shí)需采用沖擊鉆機(jī)成孔，為了避免沖錘擺動(dòng)破壞護(hù)壁混凝土，故人工挖孔的護(hù)壁內(nèi)徑較設(shè)計(jì)樁徑擴(kuò)大20cm即φ2.7m。

圖2　內(nèi)齒式鋼筋混凝土護(hù)壁示意圖

自行加工的護(hù)壁模板采用厚度δ3mm鋼板作面板、L75mm角鋼作加勁肋、上下口弦長(zhǎng)位置各用1根L10mm角鋼作橫撐，每套模板由3塊等尺寸的模板拼裝而成，模板間采用螺栓連接，不另設(shè)支撐，以方便澆筑混凝土和下一節(jié)挖孔作業(yè)。護(hù)壁鋼筋網(wǎng)片在孔外分片制作完成后吊裝下孔，在孔內(nèi)連成整體。模板安裝完成后，在拌合站集中拌制混凝土、罐車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，用特制料斗吊運(yùn)下孔入模、插入式振動(dòng)棒振搗密實(shí)。

3.4土層開挖

土層挖掘用人工從上至下逐層用鐵鎬、鐵鍬等手持工具進(jìn)行，遇硬土、軟石利用風(fēng)鎬破碎。挖掘次序?yàn)橄戎虚g后周邊，嚴(yán)格控制尺寸，確保護(hù)壁厚度。每次裝碴量不得超過(guò)提碴桶容積的70%，遇大塊孔碴必須進(jìn)行破碎?？撞暄b入提碴桶后，用電動(dòng)提升設(shè)備提升至孔口后運(yùn)至棄土場(chǎng)集中堆放，不允許在孔口堆放和隨意亂倒。出碴時(shí)，利用上節(jié)護(hù)壁的臺(tái)階放置用鋼板和型鋼制作而成的“彎月”形遮蓋，孔內(nèi)作業(yè)人員躲避至遮蓋下方，避免掉物傷人。

提升設(shè)備采用自帶限位、限速、漏電保護(hù)器等安全裝置的20kN電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)。提碴桶采用厚度δ3mm鋼板定制成圓柱體，內(nèi)徑φ0.5m、高0.5m，自帶可鎖定的桶蓋。提碴桶通過(guò)專用繩卡固定在卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩上，孔碴運(yùn)至孔口后，通過(guò)提升設(shè)備旋轉(zhuǎn)裝置直接移至孔口外，倒入手推斗車，用人工推運(yùn)至承臺(tái)范圍以外的臨時(shí)堆放場(chǎng)地，再用裝載機(jī)配合碴土車運(yùn)輸至棄土場(chǎng)。在挖孔施工作業(yè)過(guò)程中，不允許大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)入施工場(chǎng)地。

3.5巖層爆破開挖

開挖至巖層后，需進(jìn)行孔內(nèi)爆破。先進(jìn)行孔內(nèi)爆破的專項(xiàng)設(shè)計(jì)，采用淺眼松動(dòng)爆破法進(jìn)行爆破，并嚴(yán)格控制炸藥用量，避免護(hù)壁被炸壞，減小對(duì)相鄰樁孔及周邊環(huán)境的影響程度。由于挖孔樁斷面較小，采用全斷面毫秒微差控制爆破一次成型，利用高精度毫秒電雷管實(shí)施一次點(diǎn)火、多次引爆，并在同一網(wǎng)路中按一定順序起爆。炮眼布置方式采用“環(huán)形梅花布孔法”，由中心至樁周分別布置掏槽眼、輔助眼和周邊眼，按先掏槽、再輔助、最后周邊的順序起爆，以實(shí)現(xiàn)微差控制爆破。炮眼深度0.8m，裝藥量不超過(guò)眼孔深度的1/3。爆破時(shí)相鄰樁孔應(yīng)錯(cuò)開起爆，不能同時(shí)起爆，以減小影響、確保安全。爆破施工過(guò)程中要求樁壁預(yù)留10cm、開挖至樁底時(shí)底部預(yù)留50cm，用人工加風(fēng)鎬鑿除，見圖3。

圖3　爆破孔眼平面布置圖

爆破作業(yè)時(shí)，所有人員必須撤離至安全范圍內(nèi)，不允許邊爆破邊施工，孔口覆蓋用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和橡膠皮制成的遮蓋，避免飛石傷人。爆破后必須排完煙塵，對(duì)孔內(nèi)空氣進(jìn)行檢測(cè)并合格后才能下孔作業(yè)。每次爆破后安排專人清除危石和掉落在護(hù)壁臺(tái)階上的石碴，并修補(bǔ)被破壞的護(hù)壁，以上工作完畢后才準(zhǔn)進(jìn)行正常施工。

采用上述施工方法進(jìn)行巖層爆破開挖，振動(dòng)幅度小、孔內(nèi)護(hù)壁完好，對(duì)周邊樁孔基本無(wú)影響，且開挖輪廓較理想，石碴大小均勻適中，開挖施工進(jìn)度快，并有效確保了施工安全。

3.6孔內(nèi)排水與通風(fēng)

當(dāng)孔內(nèi)出現(xiàn)地下水時(shí)，應(yīng)根據(jù)滲水量大小制定相應(yīng)措施進(jìn)行處治，避免因滲水影響正常施工和護(hù)壁混凝土質(zhì)量。少量滲水采用速凝砂漿、水玻璃等材料進(jìn)行封堵；較大滲水采用在出水位置埋設(shè)管道穿過(guò)護(hù)壁并用軟管引至孔底，孔底設(shè)置集水坑，再用高揚(yáng)程污水泵抽排；滲水量大時(shí)，則用多臺(tái)大功率高揚(yáng)程污水泵抽取強(qiáng)排。同時(shí)護(hù)壁混凝土需提高標(biāo)號(hào)，摻加速凝劑、早強(qiáng)劑以提高早期強(qiáng)度。其中10#、13#、16#孔施工至河床常水位以下后的滲水量大，但分別用5臺(tái)大功率高揚(yáng)程污水泵抽取強(qiáng)排后也能較正常施工作業(yè)，故判定高程893.060～896.060m的貫通式溶洞未與河床連通，所有樁基均采用人工挖孔的方式終孔。

在10#主墩承臺(tái)范圍外安裝1臺(tái)12m3/min的大功率空壓機(jī)集中送風(fēng)，用鋼管接至孔口，再用通風(fēng)軟管送入孔底。同時(shí)配備1臺(tái)250kW發(fā)電機(jī)和多臺(tái)3m3/min的小型空壓機(jī)，確保在遇停電、機(jī)械故障等情況下時(shí)能及時(shí)通風(fēng)。

3.7溶洞處理

探明溶洞位置后，施工至洞頂時(shí)應(yīng)提前做好對(duì)應(yīng)的安全防護(hù)工作，利用護(hù)壁臺(tái)階搭設(shè)鋼管腳手架操作平臺(tái)，作業(yè)人員系好安全繩，孔內(nèi)機(jī)具捆好保險(xiǎn)繩，防止發(fā)生墜落事故。利用風(fēng)鎬人工鑿開溶洞，人員立即撤離，強(qiáng)制向洞內(nèi)送風(fēng)直至洞內(nèi)氣體檢測(cè)合格。小型溶洞直接用C25素混凝土填充，混凝土終凝后再繼續(xù)施工。在開挖至高程893.060～896.060m的貫通式溶洞時(shí)，采用P.O.32.5R水泥拌制石碴回填，固結(jié)硬化后再繼續(xù)施工。

3.8鋼筋籠制作安裝和樁基混凝土灌注

單根樁基鋼筋籠重量達(dá)16.7t，采用“預(yù)拼接長(zhǎng)”的方式在鋼筋加工廠內(nèi)分節(jié)制作完成后再用汽車運(yùn)輸至孔口，再在孔口用5023型塔吊配合50t汽車吊分節(jié)拼裝接長(zhǎng)下放鋼筋籠并準(zhǔn)確定位。樁基鋼筋籠安裝完成，所有樁孔內(nèi)水位穩(wěn)定后，即可采用水下混凝土灌注法進(jìn)行樁基混凝土施工。

4　結(jié)束語(yǔ)

因本橋位于巖溶地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，若采用機(jī)械成孔法施工，極易發(fā)生漏漿塌孔、偏孔、卡鉆、掉鉆等事故，且需分多批次成孔，施工工期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)成本高，且泥漿處置不當(dāng)還會(huì)造成環(huán)境污染。采用人工挖孔法施工，只要措施科學(xué)、合理，不僅工藝流程簡(jiǎn)單直觀，易于保證工程質(zhì)量和施工安全，施工工期短、經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是可觀的。

［1］《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）［S］.

［2］桂業(yè)昆，邱式中.《橋梁施工專項(xiàng)技術(shù)手冊(cè)》［M］.北京：人民交通出版社，2005：143～160.

鄒品德（1980-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事公路橋梁施工工作。

U445.55+1

A

2095-2066（2016）10-0175-02

2016-1-23