山區斜坡段橋梁樁基人工挖孔樁施工技術

李奕信

摘 要：人工挖孔樁因其施工靈活、工法較為簡單、可適應不同的地質條件而廣泛應用于建筑與交通基礎工程領域。以實際工程為依托，重點探討了山區斜坡段人工挖孔樁的施工方案及技術要點，并對可能出現的工程問題及其應對措施進行概述。工程實踐證明：將人工挖孔樁技術應用于山區斜坡段橋梁樁基礎的施工，可有效控制施工成本、縮短施工工期、保證成樁受力并維護橋梁結構的整體穩定性。

關鍵詞：山區;斜坡;人工挖孔樁;施工技術

1 工程概況

新建廣東省云浮至茂名高速公路，線路全長129.82 km，獨石特大橋為其中的重難點工程，全長2 566.5 m。橋梁標準斷面全寬25.5 m，按上、下行分離的兩幅橋設計，單幅橋寬12.5 m，兩幅橋凈距0.5 m。橋梁跨越山間谷地，橋墩多位于斜坡之上，勘察期間部分坡段發育有多處崩塌。橋位區覆蓋層較厚且主要由素填土、沖積粉質黏土及坡殘積粉質黏土組成，基底由元古代云開群變質砂巖、加里東期花崗巖及其風化層組成。由于山高坡陡，受到運輸條件限制，鉆孔機械設備難以進場，該段樁基均采用人工挖孔樁的方式進行施工。考慮到樁基施工時需要對原有坡體進行填挖，覆蓋層變質砂巖與花崗巖坡殘積土遇水易軟化，加之施工期坡體超載影響，樁孔開挖期間坡體覆蓋層極易發生崩塌或變形，人工挖孔樁的開挖施工將面臨嚴峻風險。

2 人工挖孔樁施工方案

2.1 施工前準備

進場施工之前，項目指揮部應組織全體施工人員對施工圖紙進行會審，充分熟悉相關施工資料及設計文件，明確施工現場人員組織管理架構，做好施工所需材料與機械的預前準備。施工現場應做到水通、電通、路通及現場平整。測量人員應提前進場放出樁位，清除坡表植被、浮土與危石，坡體出現明顯張拉裂縫或有滑塌趨勢時，則應提前進行支護。施工現場的出土路線應暢通，保證鋼筋籠的運輸、吊裝位置，處理好混凝土的運輸路線。

2.2 施工工藝流程

人工挖孔樁的施工工藝流程如圖2所示。

3 人工挖孔樁施工技術要點

3.1 樁孔測量放線

測量人員應利用全站儀參考設計圖所提供的導線控制點放出橋梁中心軸線，中心軸線偏差應滿足相應規范要求。中心軸線布放完成后，應根據里程信息通過樁基與橋梁中心軸線之間的水平距離確定最終樁位點，并采用鋼卷尺進行復測，確保放樣準確。應注意，樁孔中心軸線傾斜度不能大于樁深的0.5%，樁孔中心處坐標與設計坐標偏差不得超過0.05 m。

3.2 樁孔區地表防護

在人工挖孔樁施工期間，需在樁孔地表處設置混凝土鎖扣，混凝土鎖扣應高出樁孔地表至少0.3 m，以防止地表水流入樁孔。另外，除在橋墩中線兩側一定范圍的帶狀施工區域進行封閉外，在樁基四周設置鋼管腳手架和安全網作為臨時封閉網墻，封閉網墻預留一處出口，并設置警示標志，夜間開設紅燈，并派專人晝夜值班巡邏，以防行人和車輛誤入施工場地發生危險。

3.3 挖孔

在孔口搭設支架、安裝帶安全置動裝置的卷揚機，裝碴用竹筐或橡皮桶，進行垂直運輸，孔內土石方運出至孔口后，應臨時堆放距孔口不少5.0 m的位置，以免增大孔壁側壓力，造成坑壁坍塌。當挖孔樁采用爆破施工法時，相鄰樁位若距離較近則不可同時開挖。人工挖孔樁施工深度超過10 m后，應采用機械裝置對孔內進行強制通風，以保證作業人員安全。當樁體處于不穩定的滑坡體、裂隙發育或松動極易滑塌的巖體中時，應預先對坡體進行注漿加固或設置相應的支擋抗滑措施以提高坡體的整體穩定性，降低施工開挖風險。

3.3.1 土層及砂泥巖層開挖

在軟弱填土、破碎風化巖層等不良地層段每開挖孔深0.3 m～0.5 m，應及時進行孔壁支護。對于易于坍塌的人工填土層和粘土層時，在護壁內加強鋼筋，并將護壁加厚，必要時增設圓木和擋板加強支撐。雜填土、素填土和砂粘土地層直接采用人工鐵鎬分層開挖，砂質泥巖地層采用人工風鎬開挖。開挖后可采用厚5 mm鋼板和L75×75×5角板作成兩塊半園形鋼模，高1.0 m，作為內模，以便混凝土成型后拆卸。

3.3.2 巖層開挖

強風化巖層宜采用風鎬破碎與人工開挖相結合的方式施工;巖層完整性好、質地堅硬層采取淺孔控制爆破，按“淺孔、多孔、少藥”的原則實施，保證打眼放炮，嚴禁裸炮，軟巖炮眼深度<0.8 m，堅巖炮眼深度<0.5 m，以確保施工安全和施工進度。且必須采用電雷管引爆，以確保安全。

當采用孔內爆破施工時，炮孔的布設位置、數量與鉆孔方向應根據巖層斷面方向具體確定，同時炸藥用量應當適量，以保證孔底巖層的完整性。布孔數量、深度和最佳裝藥量等需要根據樁孔的直徑、所爆巖石風化程度及裂隙發育等情況精確計算，現場實際調整，以確保樁孔完整及施工點附近各類設施的安全。當挖孔深度大于10 m后，每次放炮后應由專人檢測孔內有毒氣體濃度;待確定孔內氣體安全后人員方可下孔施工。

3.4 孔壁支護

樁基采用人工開挖，為保證開挖安全，開挖一層防護一層，并每層設置護壁混凝土，護壁采用C20鋼筋混凝土，厚度需滿足相關要求。為保證安全，護壁布置時，需要延伸至土石分界線下1 m。當遇到強風化巖層或者巖石破碎層時，樁基礎開挖仍然設置護壁。當樁孔開挖遇到局部突水涌泥現象時，應加強開挖后孔壁支護速度并采取相應的降水措施，一定情況下可采用鋼護筒進行預支護，上下護壁鋼筋之間的搭接距離應當大于等于50 mm。

3.5 清底及終孔檢驗

挖孔至設計標高后應及時進行清底，必須做到孔底平整、無松渣、污泥等軟層。清底完成后匯同有關部門進行終孔檢驗，終孔檢驗內容及相應指標如表1所示。

3.6 鋼筋籠制作與安放

受山區地質環境的影響，處于斜坡地段樁基鋼筋籠常采用的制作方法有：預制場加工成型、施工現場加工成型和樁孔內加工成型，但受地形條件等因素的影響，在施工現場與樁孔內制作鋼筋籠時工效較低且施工質量難以得到保證，在條件允許的情況下應優先選用加工場預制成型。鋼筋籠在預制場內加工成型之后，應按規范和設計要求對其長度、直徑、規格、鋼材質量和焊接質量進行檢查，檢查合格后方可運輸至施工現場進行吊裝。利用吊車現場吊放鋼筋籠時，應提前在樁孔周圍設置吊準線進行鋼筋籠垂直度檢測。當鋼筋籠較長需要分段吊裝時，應緩慢吊放以避免鋼筋籠劇烈碰撞孔壁。

3.7 樁基混凝土澆筑

在山區陡坡段進行樁基混凝土澆筑時，當樁孔周邊地層地下水位較低且孔底干燥時，可采用干灌法進行混凝土澆筑;當樁孔周邊地層地下水位較高且孔底涌水量較大時，應及時抽水并利用水泥對孔周滲水點進行適當封閉，同時也應當依據滲水量與滲水速度對澆灌混凝土坍落度進行適度調整。當地下水量較為豐富時，孔內水位持續較高，此時可采用“水下澆筑法”進行澆筑，澆筑時導管插入混凝土深度應大于2 m且不超過6 m，澆筑混凝土總量應高出設計標高0.5 m

～0.8 m，以便于后期破樁后保證混凝土質量。

4 山區陡坡段人工挖孔樁施工常見問題及應對措施

4.1 施工平臺及便道開挖面過大

為保證陡坡段橋梁樁基的順利施工，必須預先對山體進行開挖以形成必要的樁基施工平臺及施工便道，但坡體的開挖一方面會導致山區原有的生態環境遭到破壞，同時部分地段開挖斷面過大也會使得坡體原有的平衡條件遭到破壞，陡坡巖土體存在失穩風險，在降雨、車輛重載等因素的影響下，邊坡淺層也易法生滑移、溜塌現象，給后期施工造成潛在的安全隱患。對于此類問題，在陡坡樁基施工過程中，施工單位應提前參考相關資料，依據樁體尺寸、樁基所處坡體位置、陡坡坡度及工程地質條件等因素合理規劃施工開挖面積、開挖方量及開挖坡率，并對部分區段進行試挖。當巖土體強度較高、坡體能夠自穩的條件下，應對開挖坡面及時噴漿封閉，防止后期降雨對坡體穩定性產生影響;當開挖坡體處于不穩定狀態時，應對坡體施加必要的防護措施，防止后期坡體發生進一步變形失穩。

4.2 挖孔樁棄渣、棄方處理

陡坡段橋梁樁基多為大直徑樁且樁長較長，人工挖孔時常會產生較多的棄渣、棄方，但由于山區地形復雜且施工平臺面積有限，陡坡樁基的棄渣、棄方往往不能及時運走以便他用，少部分棄渣、棄方將堆放于施工平臺，大部分棄渣、棄方將直接沿坡面傾倒。到施工后期，棄渣、棄方將布滿坡面，在降雨作用下極易發生淺層溜塌、滑移現象，給陡坡地區樁基的施工造成安全隱患，同時施工平臺上堆放的棄渣也會增加坡體的附加應力，易對坡體穩定性產生不利影響。對于此類問題，建議在陡坡樁基開挖之前，在坡面處設置專門的棄渣溜槽，棄渣溜槽采用水泥砌筑，以保證長期使用的可靠性，在坡腳處設置專門的棄渣回收坑道及攔擋措施，定期運走由坡面滑下的棄渣。

4.3 樁孔護壁變形開裂

對處于陡坡段的人工挖孔灌注樁，受陡坡復雜地質環境的影響，樁孔護壁結構不僅要支撐樁孔并形成有效的開挖和灌注空間，還可能在施工過程中受到坡體變形對其產生的側向土壓力，護壁結構易產生變形或開裂，對成樁質量及樁體承載產生不利影響。因此，對于陡坡段人工挖孔樁的護壁施工，應在前期充分探明場地地質條件的基礎上，因地制宜地選取護壁結構的支護方法，嚴格按照相關規程控制護壁混凝土材料的施工配合比，完善施工與養護工藝，在保證護壁厚度的同時盡量避免護壁結構出現蜂窩麻面、開裂剝落等工程病害。另外，考慮到護壁與樁周巖土體直接接觸，為增加樁側摩阻力，建議對陡坡樁基采用由上至下直徑逐漸減小的鋸齒形護壁。

4.4 孔壁滲水

山區人工挖孔樁開挖深度通常較大，部分地段地下水活動頻繁且水位較高，施工過程中樁孔側壁與孔底處經常會出現滲水現象，后期施工與成樁質量將受到嚴重影響。對于此類問題，應在人工挖孔樁施工之前查明區域水文地質情況，明確可能出現開挖滲水問題的樁位及深度，開挖進入富水地層時，應當采用快開挖、勤抽水、早封閉的施工方式，每開挖1 m支護一次，滲水量較大時可考慮采用水下混凝土的灌注方式。當區域地下水位高或遇到水量較大的承壓水層時，應在開挖之前降水或對樁周富水地層進行預前注漿封閉處理。

4.5 塌孔

山區人工挖孔樁施工期間，受復雜地質環境及施工技術不合理等因素影響，易發生塌孔事故，而塌孔事故也最易造成人身傷亡，常見的塌孔原因主要有以下幾條：

（1）樁周巖土層較為軟弱，護壁結構設計或施工期間，護壁厚度或強度未達到規范要求，進而導致護壁結構支護能力有限，在樁周土壓力作用下護壁發生破損變形，進一步發展直至塌孔;

（2）樁基成孔后，受各種因素影響（長期降雨、施工流程銜接不當、施工管理出現問題），樁孔暴露時間過長，樁周土層性質發生改變，易產生塌孔;

（3）在軟弱地層開挖成孔速度較快、單次開挖深度較大且沒有對已開挖斷面施加有效支護時，易產生塌孔;

（4）受施工開挖不規范或樁周地層橫向變形影響，樁孔垂直度不滿足要求，鋼筋籠在下放過程中對樁孔側壁產生擾動，進而誘發塌孔。

針對上述情況，對處于陡坡段的人工挖孔樁工程，應預先對挖孔人員進行施工流程及安全培訓，掌握挖孔過程中應遵循的技術要點、了解可能出現的安全風險及預防措施。在極軟弱土層中開挖樁孔時，由于混凝土護壁具有一定的實效性，不能立即形成支護強度，此時可采用鋼制護壁代替混凝土護壁，形成臨時支護強度。對于已經開挖完成的樁孔，應及時進行灌注，若因外界原因需要推遲灌注時間，則應在孔口處做好防護措施以防止雨水滲入。

5 結束語

人工挖孔樁因其施工工法簡單、施工工期短且占用場地小等特點而廣泛應用于樁基工程的建設領域。本文依托廣東省云茂高速獨石特大橋樁基礎工程，重點探討了山區斜坡段人工挖孔樁的施工方案及相應技術要點，并對陡坡段人工挖孔樁施工時常面臨的工程問題及防止措施進行分析，可為同類工程的施工提供參考。

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