官渡河特大橋主墩超長人工挖孔群樁施工技術

鄒品德（四川路橋橋梁工程有限責任公司，四川成都610015）

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官渡河特大橋主墩超長人工挖孔群樁施工技術

鄒品德（四川路橋橋梁工程有限責任公司，四川成都610015）

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

巖溶地區；超長；群樁；人工挖孔

1　工程概況

官渡河特大橋全長1243m，孔跨布置為9×40m先簡支后連續T梁+（100+190+100）m預應力混凝土連續剛構+12×40m先簡支后連續T梁。10號主墩為C50混凝土變截面薄壁空心墩，墩身高度123m；C40混凝土矩形承臺結構尺寸為21× 28.5×6m；群樁基礎為20根直徑φ2.5m、長59m的嵌巖樁，持力層為中風化溶蝕灰巖。

橋址區屬于長期強烈剝蝕、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、溶隙等巖溶形態非常發育，兩岸陡壁可見多處小型溶洞。10號主墩位于官渡河溫水側陡坡上，距離河床較近，樁頂設計標高 945.653m、樁底設計標高886.653m，官渡河常水位913.500m。

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

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

第②層泥質白云巖（18.2～39.5m）：泥晶結構，鈣質膠結，塊狀構造，巖質較軟，溶蝕較發育。巖芯較破碎，呈短柱狀及碎塊狀。

第③層溶蝕灰巖（39.5～65.8m）：隱晶質結構，鈣質膠結，厚層狀構造，巖質較堅硬，溶蝕較發育。巖芯較完整，多呈柱狀，少量呈短柱狀及碎塊狀。

溶洞的發育不規則、無規律，小型溶洞較多，部分樁基范圍內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無填充物。橋址區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

巖溶地區的橋梁樁基礎施工一般采用機械成孔法或人工挖孔法。采用機械成孔法施工時，宜采用沖擊鉆機成孔工藝，但在施工過程中易遇到漏漿塌孔、偏孔、卡鉆、掉鉆等事故，群樁基礎施工時需分多批次成孔，施工工期較長、經濟成本較高，且泥漿處置不當還會造成環境污染。人工挖孔法的適用范圍較廣，群樁基礎施工時可一批次成孔，施工速度快、經濟成本相對較低，但在超長樁基礎施工時的井下作業環境差、勞動強度大、安全風險較高。

10號主墩原地面地勢陡峭，基巖溶蝕發育，緊鄰官渡河，河水為沿線居民的主要生活用水來源。在施工過程中，存在河水通過溶洞、溶隙等倒灌進入樁孔的可能性。綜合考慮質量、安全、工期、環境保護等各種因素，決定采用人工挖孔法進行施工，若遇孔內滲水無法強力排干時再采用沖擊鉆機成孔。

3　挖孔樁施工

3.1施工順序

10號主墩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壁被爆破作業破壞，保證施工安全，相鄰樁基的開孔時間應錯開，按開挖深度高差不小于8m進行控制，確保在爆破作業時相鄰樁孔護壁混凝土齡期達到7d、強度達到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，挖孔進尺達到8m以上時再開挖2#、4#、5#、7#、10#、12#、13#、15#、18#和20#孔。先開挖的10個樁孔還可起到降水井的作用，利于減小后續10個樁孔的施工難度，加快施工進度。

3.2施工準備

基坑開挖線測量放樣后，在線外修建截水溝。機械開挖基坑至承臺設計底標高以下20cm處，開挖完成后立即進行坡面防護。在基坑周邊設置排水設施，澆筑厚20cm的C30混凝土承臺墊層并預留樁孔位置。樁位的測量放樣必須準確無誤。

巖溶地區的人工挖孔樁施工應嚴格遵循先超前地質釬探、后人工挖孔作業的原則。施工前必須先探明各樁位的地質構造情況，并做好周全的安全技術措施準備及進行詳細的安全技術交底。本橋采用地質鉆機對每個樁孔進行地質勘探并取樣，鉆孔深度大于設計樁長7.5m以上。根據取出的地質樣本并結合設計地勘資料分析溶洞分布、構造等情況，確定相應的處理方案。

3.3護壁設計和施工

為了防止孔壁坍塌，保證施工安全，并考慮巖溶地區地質情況的復雜性，孔壁采用內齒式C30鋼筋混凝土全程支護，混凝土中摻配速凝劑和早強劑。護壁上口厚度為40cm、下口厚度為30cm，每節高度≤100cm，上、下兩節護壁混凝土搭接高度為5cm。孔口設置鎖口并高出地面≥30cm，鎖口混凝土厚度50cm。護壁內鋼筋網片采用層距15cm的φ12mm環向鋼筋、間距20cm的φ16mm豎向鋼筋綁扎而成，上、下兩節護壁的豎向鋼筋應連接成整體。在穩定性較差的覆蓋層內、遇較大滲水和處理溶洞時，可視實際情況采取提高護壁混凝土標號、加厚護壁、增設錨桿或縮短支護高度等措施，見圖2。

考慮到若遇孔內滲水無法強力排干時需采用沖擊鉆機成孔，為了避免沖錘擺動破壞護壁混凝土，故人工挖孔的護壁內徑較設計樁徑擴大20cm即φ2.7m。

圖2　內齒式鋼筋混凝土護壁示意圖

自行加工的護壁模板采用厚度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，不另設支撐，以方便澆筑混凝土和下一節挖孔作業。護壁鋼筋網片在孔外分片制作完成后吊裝下孔，在孔內連成整體。模板安裝完成后，在拌合站集中拌制混凝土、罐車運輸至現場，用特制料斗吊運下孔入模、插入式振動棒振搗密實。

3.4土層開挖

土層挖掘用人工從上至下逐層用鐵鎬、鐵鍬等手持工具進行，遇硬土、軟石利用風鎬破碎。挖掘次序為先中間后周邊，嚴格控制尺寸，確保護壁厚度。每次裝碴量不得超過提碴桶容積的70%，遇大塊孔碴必須進行破碎。孔碴裝入提碴桶后，用電動提升設備提升至孔口后運至棄土場集中堆放，不允許在孔口堆放和隨意亂倒。出碴時，利用上節護壁的臺階放置用鋼板和型鋼制作而成的“彎月”形遮蓋，孔內作業人員躲避至遮蓋下方，避免掉物傷人。

提升設備采用自帶限位、限速、漏電保護器等安全裝置的20kN電動卷揚機。提碴桶采用厚度δ3mm鋼板定制成圓柱體，內徑φ0.5m、高0.5m，自帶可鎖定的桶蓋。提碴桶通過專用繩卡固定在卷揚機鋼絲繩上，孔碴運至孔口后，通過提升設備旋轉裝置直接移至孔口外，倒入手推斗車，用人工推運至承臺范圍以外的臨時堆放場地，再用裝載機配合碴土車運輸至棄土場。在挖孔施工作業過程中，不允許大型機械設備進入施工場地。

3.5巖層爆破開挖

開挖至巖層后，需進行孔內爆破。先進行孔內爆破的專項設計，采用淺眼松動爆破法進行爆破，并嚴格控制炸藥用量，避免護壁被炸壞，減小對相鄰樁孔及周邊環境的影響程度。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施一次點火、多次引爆，并在同一網路中按一定順序起爆。炮眼布置方式采用“環形梅花布孔法”，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，以實現微差控制爆破。炮眼深度0.8m，裝藥量不超過眼孔深度的1/3。爆破時相鄰樁孔應錯開起爆，不能同時起爆，以減小影響、確保安全。爆破施工過程中要求樁壁預留10cm、開挖至樁底時底部預留50cm，用人工加風鎬鑿除，見圖3。

圖3　爆破孔眼平面布置圖

爆破作業時，所有人員必須撤離至安全范圍內，不允許邊爆破邊施工，孔口覆蓋用主動防護網和橡膠皮制成的遮蓋，避免飛石傷人。爆破后必須排完煙塵，對孔內空氣進行檢測并合格后才能下孔作業。每次爆破后安排專人清除危石和掉落在護壁臺階上的石碴，并修補被破壞的護壁，以上工作完畢后才準進行正常施工。

采用上述施工方法進行巖層爆破開挖，振動幅度小、孔內護壁完好，對周邊樁孔基本無影響，且開挖輪廓較理想，石碴大小均勻適中，開挖施工進度快，并有效確保了施工安全。

3.6孔內排水與通風

當孔內出現地下水時，應根據滲水量大小制定相應措施進行處治，避免因滲水影響正常施工和護壁混凝土質量。少量滲水采用速凝砂漿、水玻璃等材料進行封堵；較大滲水采用在出水位置埋設管道穿過護壁并用軟管引至孔底，孔底設置集水坑，再用高揚程污水泵抽排；滲水量大時，則用多臺大功率高揚程污水泵抽取強排。同時護壁混凝土需提高標號，摻加速凝劑、早強劑以提高早期強度。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臺大功率高揚程污水泵抽取強排后也能較正常施工作業，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#主墩承臺范圍外安裝1臺12m3/min的大功率空壓機集中送風，用鋼管接至孔口，再用通風軟管送入孔底。同時配備1臺250kW發電機和多臺3m3/min的小型空壓機，確保在遇停電、機械故障等情況下時能及時通風。

3.7溶洞處理

探明溶洞位置后，施工至洞頂時應提前做好對應的安全防護工作，利用護壁臺階搭設鋼管腳手架操作平臺，作業人員系好安全繩，孔內機具捆好保險繩，防止發生墜落事故。利用風鎬人工鑿開溶洞，人員立即撤離，強制向洞內送風直至洞內氣體檢測合格。小型溶洞直接用C25素混凝土填充，混凝土終凝后再繼續施工。在開挖至高程893.060～896.060m的貫通式溶洞時，采用P.O.32.5R水泥拌制石碴回填，固結硬化后再繼續施工。

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16.7t，采用“預拼接長”的方式在鋼筋加工廠內分節制作完成后再用汽車運輸至孔口，再在孔口用5023型塔吊配合50t汽車吊分節拼裝接長下放鋼筋籠并準確定位。樁基鋼筋籠安裝完成，所有樁孔內水位穩定后，即可采用水下混凝土灌注法進行樁基混凝土施工。

4　結束語

因本橋位于巖溶地區，地質條件復雜，若采用機械成孔法施工，極易發生漏漿塌孔、偏孔、卡鉆、掉鉆等事故，且需分多批次成孔，施工工期長、經濟成本高，且泥漿處置不當還會造成環境污染。采用人工挖孔法施工，只要措施科學、合理，不僅工藝流程簡單直觀，易于保證工程質量和施工安全，施工工期短、經濟成本相對較低，其技術經濟效益和社會效益是可觀的。

［1］《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011）［S］.

［2］桂業昆，邱式中.《橋梁施工專項技術手冊》［M］.北京：人民交通出版社，2005：143～160.

鄒品德（1980-），男，工程師，大學本科，主要從事公路橋梁施工工作。

U445.55+1

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2095-2066（2016）10-0175-02

2016-1-23