復(fù)雜高陡地形塔吊出渣人工挖孔樁施工技術(shù)研究

劉鵬，張家明，鐘華柒，魏波，鄧小軍

（四川省交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司市政分公司，成都610000）

1 引言

由于中國(guó)公路建設(shè)正逐步向山地、深山區(qū)等復(fù)雜地形、地質(zhì)情況區(qū)域發(fā)展[1-3，5]，大型機(jī)具已難以進(jìn)場(chǎng)，橋梁樁基只能采用人工挖孔樁施工并通過(guò)塔吊出渣。現(xiàn)場(chǎng)施工中，人工挖孔的位置在復(fù)雜高陡橫坡、松散堆積體、覆蓋層厚度大的邊坡上。挖孔過(guò)程會(huì)劇烈擾動(dòng)原穩(wěn)定土體，從而增加坡體的形變，影響橋梁樁基孔徑[4-6]，甚至?xí)?dǎo)致樁孔坍塌。常規(guī)的人工挖孔施工技術(shù)不能保障成樁安全。因此，有必要對(duì)人工挖孔樁進(jìn)行研究。

2 工程概況

G4216 線屏山新市至金陽(yáng)段高速公路XJ14 合同段，起止樁號(hào)K75+240～K79+932（含安寨坪互通），主線長(zhǎng)5.134 km，主體工程由馬鞍山出口段隧道（左右線）、安寨坪1 號(hào)大橋（左右線）、安寨坪2 號(hào)大橋（左右線）、西蘇角1 號(hào)隧道（左右線）、一個(gè)互通（包括A、B、C、D、E 匝道，E 為連接線）組成。主線橋梁共計(jì)1 312.5 m/2 座（折合整幅橋），其中，大橋1 312.5 m/2 座；匝道橋梁共計(jì)2 460.08 m/12 座，其中，大橋2 116.34 m/7 座，中橋343.74 m/5 座。主線設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)速度80 km/h，汽車(chē)荷載等級(jí)為公路-I 級(jí)，主線橋隧比99%。A、B、C、D、E 匝道設(shè)計(jì)速度40 km/h，回頭曲線設(shè)計(jì)速度20 km/h。合同總工期48個(gè)月，造價(jià)約10.57 億元。

3 技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)

運(yùn)渣采用塔吊輔助運(yùn)輸，人工挖孔出渣采用門(mén)式定型化提升架，對(duì)于樁孔內(nèi)石方開(kāi)挖采用水磨鉆挖孔，樁孔口設(shè)有帶有緩降器的封底混凝土澆筑裝置。孔內(nèi)采用軸流式風(fēng)機(jī)壓入送風(fēng)，孔壁上設(shè)置下樁孔的專用爬梯，爬梯上設(shè)有可移動(dòng)式防護(hù)網(wǎng)棚，爬梯上等距設(shè)有安全平臺(tái)。

3.1 門(mén)式定型化提升架配合塔吊運(yùn)碴

在高陡邊坡下方設(shè)有運(yùn)輸塔吊，井口設(shè)有出渣用的門(mén)式定型化提升架（見(jiàn)圖1 和圖2），并配置起吊用料桶及提升卷?xiàng)顧C(jī)。定型化提升架為“門(mén)式”支撐結(jié)構(gòu)，主要由頂部橫梁和支撐桿組成，其底部外側(cè)設(shè)有防護(hù)欄桿，門(mén)式定型化提升架頂部橫梁上設(shè)有提升卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼絲繩下方設(shè)有運(yùn)渣料斗。

圖1 出渣筒安裝施工模擬圖

圖2 塔吊配合門(mén)式定型化提升架運(yùn)渣施工示意圖

人工挖孔出渣由門(mén)式吊吊出至孔口，在孔口施工平臺(tái)一側(cè)設(shè)置一個(gè)出渣儲(chǔ)料桶，門(mén)式吊提渣至孔口后直接倒入儲(chǔ)料桶中，當(dāng)儲(chǔ)料桶中渣土容量達(dá)到桶容積的2/3 時(shí)，由塔吊信號(hào)工通知操作員及時(shí)吊運(yùn)渣土至施工便道上等待的運(yùn)輸車(chē)輛內(nèi)，吊運(yùn)時(shí)樁基作業(yè)人員應(yīng)暫停作業(yè)，防止落土、石對(duì)人員造成物體打擊傷害。

在人工挖孔樁施工區(qū)域設(shè)置臨時(shí)棄渣存放點(diǎn)（儲(chǔ)料斗），然后利用塔吊轉(zhuǎn)運(yùn)到自卸汽車(chē)上，再運(yùn)到棄土場(chǎng)。為避免石渣砸傷人，在吊裝出渣筒以及卷?yè)P(yáng)機(jī)提升吊斗時(shí)，工人進(jìn)入孔下采用專用爬梯，爬梯上設(shè)有可移動(dòng)式防護(hù)網(wǎng)棚內(nèi)。

3.2 水磨鉆工藝原理

如圖3 所示，鉆孔采用鉆筒、水泵以及水磨鉆機(jī)等設(shè)備施工。每個(gè)鉆筒配置7 個(gè)刀頭，1 個(gè)水磨鉆機(jī)配備3～5 個(gè)鉆筒。鉆筒鉆孔深度50～60 cm，內(nèi)徑為14 cm，外徑為16 cm，壁厚為l cm。在鉆孔位置逐次鉆孔并取芯，各孔互通，待鉆孔成環(huán)后，分離樁壁和樁芯，形成芯樁臨空面。

圖3 水磨鉆挖孔施工流程圖

3.3 改進(jìn)的封底混凝土澆筑裝置

如圖4 所示，孔口設(shè)有封底混凝土澆筑裝置，同時(shí)孔口配備安全防護(hù)罩，封底混凝土澆筑裝置由澆筑支架、混凝土斗、混凝土儲(chǔ)料斗和澆筑導(dǎo)管組成，汽車(chē)吊將混凝土斗懸吊在混凝土儲(chǔ)料斗上方，混凝土儲(chǔ)料斗與澆筑導(dǎo)管連接并擱置在孔口的澆筑支架上，澆筑導(dǎo)管等距設(shè)有緩降器。

圖4 改進(jìn)的封底混凝土澆筑裝置施工示意圖

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

復(fù)雜高徒地形塔吊出渣人工挖孔樁施工流程如圖5 所示。

圖5 復(fù)雜高陡地形塔吊出渣人工挖孔樁施工工藝流程圖

4.1 場(chǎng)地平整

一般情況下，坡面雜物采用裝載機(jī)、挖掘機(jī)或人工清理。設(shè)置排水系統(tǒng)及規(guī)劃道路及機(jī)料堆放位置、渣土堆放位置。

4.2 測(cè)量定位

放樣測(cè)量采用水準(zhǔn)儀和全站儀。開(kāi)孔前，樁基中心坐標(biāo)數(shù)據(jù)利用全站儀放測(cè)并校核。

4.3 鎖口防護(hù)

護(hù)壁混凝土在孔口位置應(yīng)比地面高出30 cm，用C20 混凝土對(duì)護(hù)壁混凝土外側(cè)1 m 范圍內(nèi)進(jìn)行加固；不得將機(jī)具、雜物及土渣堆集于孔口；采用鋼管扣件安裝牢固或定制成品的防護(hù)圍欄布設(shè)于孔口四周。

為防止提升出渣桶時(shí)發(fā)生事故，行程限制器需配備在提升設(shè)備上。為便于孔內(nèi)作業(yè)，需沿孔壁安裝鋼制爬梯。

4.4 樁孔開(kāi)挖

挖孔樁需隔樁開(kāi)挖，應(yīng)自上而下對(duì)高邊坡進(jìn)行分級(jí)開(kāi)挖，挖到各級(jí)平臺(tái)后，施工坡面防護(hù)工程。若遇堅(jiān)石，宜采用水磨鉆開(kāi)挖，樁孔中心的巖柱采用人工破碎，門(mén)式定型化提升架吊運(yùn)出渣。（1）安裝第一節(jié)護(hù)壁模板。內(nèi)齒下喇叭形護(hù)壁施工采用組合方鋼模，鋼模板厚≥4 mm，模板高0.5～1 m（需依據(jù)工程調(diào)整）。混凝土護(hù)壁幾何尺寸為：抗滑樁下口壁20 m 厚，上口壁20 cm 厚，樁基下口壁25 m 厚，上口壁25 cm 厚。（2）澆筑第一節(jié)護(hù)壁混凝土。護(hù)臂混凝土澆筑前，應(yīng)檢查組合方鋼模安裝質(zhì)量。（3）安裝運(yùn)碴定型化提升架。首先平臺(tái)為人工挖孔提供一個(gè)操作平臺(tái)，便于門(mén)式吊機(jī)的安裝，并滿足吊裝承載力要求；其次，平臺(tái)上必須設(shè)置儲(chǔ)料斗的放置位置，便于門(mén)式吊出渣后直接倒置在儲(chǔ)料斗中，然后利用塔吊出渣。

4.5 安裝專用爬梯

在現(xiàn)場(chǎng)加工成型鋼爬梯（或采用成品鋼制爬梯），為便于裝拆，每節(jié)段長(zhǎng)度1.2 m。爬梯用直徑16 mm 的一級(jí)光圓鋼筋焊接，豎向鋼筋與U 形踏步焊接。為保證爬梯穩(wěn)固，爬梯焊接在孔口處16 mm 的預(yù)埋鋼筋上。

4.6 鋼筋籠制作、安裝

在工廠加工鋼筋籠成型，并運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)，用提升裝置將鋼筋吊入樁孔內(nèi)，并進(jìn)行驗(yàn)收。

4.7 鋼筋骨架安裝

起吊時(shí)用扁擔(dān)法，采用十字內(nèi)撐架加固，間距2 m，以避免鋼筋骨架吊裝時(shí)發(fā)生形變。為防止鋼筋籠下放時(shí)碰到孔壁，提升裝置吊放鋼筋籠時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔，并保證垂直。

4.8 混凝土澆筑

利用導(dǎo)管法澆筑混凝土，利用φ300 mm×10 mm 的無(wú)縫鋼管制作導(dǎo)管，對(duì)接處為快速螺紋接頭。澆筑時(shí)，導(dǎo)管埋深控制在2～9 m，混凝土緩凝時(shí)間控制在約10 h，坍落度控制在18～22 cm。

4.9 成樁

當(dāng)覆蓋層、堆積體有滑動(dòng)跡象時(shí)，宜采用早強(qiáng)、速凝混凝土。

4.10 終孔檢查處理

樁孔挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，處理孔底，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可終孔，然后開(kāi)始下一道工序。

5 結(jié)論

本文結(jié)合G4216 線屏山新市至金陽(yáng)段高速公路XJ14 合同段中的人工挖孔樁工程實(shí)例，人工挖孔出渣采用門(mén)式定型化提升架，門(mén)式定型化提升架頂部橫梁上設(shè)有提升卷?yè)P(yáng)機(jī)，有效地提高了運(yùn)渣和出渣的施工效率，加快了施工進(jìn)度。本技術(shù)中孔口設(shè)有封底混凝土澆筑裝置，混凝土儲(chǔ)料斗與澆筑導(dǎo)管連接并擱置在孔口的澆筑支架上，澆筑導(dǎo)管等距設(shè)有緩降器，保證了樁體混凝土澆筑質(zhì)量，與人工轉(zhuǎn)運(yùn)相比，綜合節(jié)約造價(jià)12%～15%，工作效率提高2～3 倍，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。