山嶺地區挖孔灌注樁施工技術

宋劍勇

隨著社會科學技術的發展與進步,我國高速公路事業取得了突破性進展,近幾年交通事業突飛猛進,特別是近幾年國家為促進消費大規模進行基礎設施建設,原來計劃十年或十五年后實施的交通規劃大部分提前,而這部分規劃大部分位于山嶺地區及經濟不發達地區。由于山區地形、地勢的特殊要求,山區高速公路的設計和施工與平原地區有了很大的變化。其中橋梁樁基礎施工就遇到困難,平原區通常采用的鉆孔灌注樁不適用于山區樁基礎施工,因為鉆孔灌注樁所需鉆機很難就位于懸崖峭壁或特殊地形的山區,而且為了不破壞環境,高速公路線型基本上處于半山腰,離水源較遠,交通不便的地方。故在地形地質復雜、水資源缺乏的山區,橋梁樁基礎施工不宜采取鉆孔灌注樁,比較適合挖孔灌注樁。

如福建省永寧高速公路第14標段全線五座大橋,兩座中橋,共有380根樁基,樁基直徑為1.2 m～2.2 m,深度在10 m～50 m不等。橋墩大都分布在半山坡上。隊伍進場后根據現場情況,分析水源、電力布置、地形條件等情況后,直接推翻原投標時采用機械沖孔灌注樁的方案而決定采用挖孔灌注樁。

1 挖孔灌注樁施工技術

1.1 測量放樣

由于挖孔樁的特殊性,孔樁的放樣頻率要比灌注樁強。在施工當中,特別要注意的是在護壁裝模時的施工放樣工作,若未經常予以對中放樣,那么容易造成上下層護壁中心不在同一垂直線上,影響鋼筋籠的安放及滿足不了樁基傾斜度的控制要求。孔樁的放樣,大家都喜歡直接在鎖口護壁上釘釘作為起馬樁用來控制樁中心,但是由于護壁鎖口在施工當中容易受到影響而破壞,甚至于產生移動,故此,應盡量在鎖口護壁外另行澆灌混凝土樁作為保護樁,混凝土的尺寸控制在15 cm×15 cm×50 cm。

1.2 挖孔

由于山嶺路段地質的特殊性,所設計的孔樁基本上為嵌巖樁,除上部部分為土質外,大部分的樁基地質為風化或弱風化巖層。這種地質條件決定了挖孔樁的施工必須采用爆破成孔。

為了減少爆破對孔壁四周原地質狀況的破壞,避免開挖范圍超過孔徑過大,應采用小藥量的微差爆破法進行爆破。現場操作工往往為了節省混凝土而用片石回填,甚至于直接用廢棄的模板作為內模后直接澆筑混凝土,這樣造成孔壁與原巖壁無法牢固結合,影響到墩的穩定,對于摩擦樁則造成下沉的趨勢。

采用爆破挖孔時因產生的煙霧一般較大,而且氣體有毒,在井深10 m以下或井內CO2含量超過0.3%時,為了保護工人的身體健康,必須有一定的通風設備,采取通風措施,使井內空氣流通,保證挖孔人員的人身安全,并下放小動物進行試驗觀察其反應。在放炮以后工人下孔作業前進行排煙處理,將煙排出后方可下井繼續開挖。

挖孔過程中大多會遇到地下水滲漏的情況,給挖孔工作帶來困難,必須及時利用水泵排水。排水水泵的電線必須用防水膠布包裹5 m～10 m,以防水泵漏電。在有水地段澆筑護壁混凝土之前,必須埋設4個～6個直徑 2 cm～2.5 cm的塑料軟管(視滲水量的大小而定),然后開始澆筑護壁混凝土,在混凝土澆筑完畢后,護壁混凝土四周的水就可通過塑料管排進井內。等上一層混凝土凝固后,繼續進行開挖、綁扎鋼筋、立模、澆筑混凝土等工作。為了便于操作,可將上層所埋的塑料管回疊扎緊,使水不再流進井內。

1.3 護壁施工

在挖孔的過程中,為防止塌孔,應對孔壁四周進行支護,在一般情況下可以采用木框架、竹籬、柳條、荊芭、預制混凝土或鋼板制成的井圈進行支護,也可以采用現澆混凝土或噴射混凝土護壁。但是最常用的還是現澆混凝土護壁。福建永寧高速公路A14標則采用與設計樁基同標號的C25號混凝土進行永久性護壁,護壁混凝土與周圍土體緊密結合,摩擦力強,并與樁基礎及孔壁原地質形成一個整體,有利于摩擦樁力學性能的充分發揮。

在護壁施工當中應注意上下節護壁的連接,上層護壁底腳底嵌入下層擴展壁混凝土內,避免護壁上下連接不密實而發生漏水現象,給下一道澆筑混凝土造成不必要的影響。

若在不良地質地段(如流砂、淤泥、巖溶),則應在護壁混凝土中增加豎向鋼筋,鋼筋露出護壁底5 cm左右并彎成鉤,以便下節護壁施工時搭接,避免護壁懸空后掉落。

1.4 護壁模板制作與安裝

采用現澆混凝土進行支護時,首先應制模,永寧A14標五福亭特大橋挖孔灌注樁護壁采用圓形鋼模,鋼模由兩塊相等的厚2 mm的鋼板及兩組鋼筋籠骨架組成。模板高1.1 m,其上口直徑與樁基設計直徑相等,底口直徑比設計樁徑大15 cm。該模板的優點是重量輕、容易移動、安裝方便、重復利用率高。安裝時先將鋼板靠在孔壁,待鋼筋籠安裝就位后將鋼板鎖緊在籠上,并重新復核定位后即可。

1.5 護壁混凝土澆筑

立模后,即可澆筑護壁混凝土,澆筑混凝土時要用φ 25mm的振搗棒進行搗固,使混凝土密實,并與四周巖體緊密接觸,形成一個整體,下層混凝土護壁應將上層混凝土護壁包裹10 cm,避免滲漏地下水。第一節護壁混凝土應高出地面30 cm,以防止四周雜物掉入孔內傷人,下班或挖孔停止時必須將井口覆蓋,以防出現安全事故。如地下水較大或遇流砂時,可改為0.5 m高的模板加快支護速度。

2 樁基鋼筋籠的制作與安裝

山區地勢一般比較陡峭,地形狹窄,重型吊車難以到達,鋼筋籠就位比較困難,故此鋼筋籠一般都在現場制作安裝就位。所采用的方法是:先將鋼筋放到井內,在井內進行鋼筋焊接、綁扎。但樁基直徑畢竟較小,井內范圍有限,在井內進行鋼筋焊接、綁扎等工作,操作起來十分困難。而且在井內焊接形成的煙霧造成空氣污染對施工人員身體有害,鋼筋焊接的質量及速度難以保證,而且檢查起來也比較困難。因此我們對這種方法進行了改革,在井口上將鋼筋籠分段制作,然后將鋼筋籠陸續分段放到井內。

在井口上制作鋼筋籠前,要先將井口蓋住,在井口四周搭設腳手架,利用腳手架進行鋼筋焊接、綁扎工作。腳手架高12 m,在腳手架的上方擺設橫梁,并掛上手拉倒鏈葫蘆,以提升或下降鋼筋籠。每孔要配置四部葫蘆,每部葫蘆的起吊重量按不低于1/4鋼筋籠全重配置。在鋼筋籠拼裝時,可用工字鋼從鋼筋籠的加強箍筋下穿過,以托住鋼筋籠。加強箍筋與豎向主筋應焊接牢固。

在制作鋼筋籠時,要嚴格把關,使加強箍筋和主筋必須相互垂直,主筋間距不超過±20 mm,螺旋筋間距不超過-20 mm～+0 mm。每節鋼筋籠制作好后,用手拉倒鏈葫蘆將焊接好的鋼筋籠逐漸放入井內。在鋼筋籠的四周按規定焊上定位鋼筋,使鋼筋籠的中心位置與圖紙設計位置相吻合。當鋼筋籠放到設計位置后,將鋼筋籠懸掛于井內,并在井口用鋼管將鋼筋籠固定于井內,防止澆筑樁基混凝土時的沖擊力造成鋼筋籠上浮。

3 澆筑樁基混凝土

挖孔樁內澆筑混凝土時,一般情況下采用干灌法進行混凝土澆筑。

在一般情況下,挖孔樁的滲水量較小可以采取“干澆法”。干澆方法分兩種進行:第一種就是在孔口裝一配有豎向出料口的集料斗,然后混凝土通過集料斗自由下落,利用孔樁有周邊限制及混凝土下落的沖擊力直接振動使混凝土密實。利用該方法時應保留混凝土面距集料斗距離不小于2 m,小于2 m時應人工振動。第二種方法就是利用串筒或導管澆筑混凝土。從井口向下接串筒或導管至距井底1 m～2 m處,并在串筒或導管上面安裝一個漏斗,以此將混凝土通過導管或串筒澆進井內。但是,在澆筑混凝土之前必須拌一盤砂漿進行封底,然后再根據混凝土配合比拌制混凝土,并連續、一次性澆筑完畢。在澆筑混凝土時,必須有人在井內用振搗棒逐層振搗,使混凝土密實。隨著混凝土的不斷上升,逐漸拆除串筒或導管,直到混凝土澆筑至設計標高。

若井底有少量積水并難以排出時,應根據井底積水量,采用干水泥進行封底,然后快速逐層澆筑混凝土,堵住孔中滲水。在澆筑混凝土時遇到孔壁有滲水的應根據滲水速度調整混凝土坍落度。

當地下水位豐富,滲水量過大難以將水抽干,采用“干澆法”澆筑混凝土比較困難時,就必須采取“水下澆筑法”。采取水下澆筑混凝土必須按程序進行,澆筑過程中,導管埋入混凝土始終不能小于2 m,且不大于6 m。所澆筑混凝土應高出設計標高0.8 m～1 m,以利于破樁頭后保證混凝土的質量。由于挖孔樁采用水灌法施工時,其孔基本上為清水,沒有沖擊鉆孔樁的泥漿濃度,首盤混凝土的水泥使用量應為沖擊鉆孔水灌所用的混凝土水泥量的1.5倍～2倍,以免拔球后混凝土中的水泥被水洗出,而使孔底混凝土結構松散,并使鋼筋受到腐蝕。

[1]JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規范[S].

[2]溫德智.人工挖孔樁爆破施工技術[J].山西建筑,2008,34(20):86-87.