山岭地区挖孔灌注桩施工技术

宋剑勇

随着社会科学技术的发展与进步,我国高速公路事业取得了突破性进展,近几年交通事业突飞猛进,特别是近几年国家为促进消费大规模进行基础设施建设,原来计划十年或十五年后实施的交通规划大部分提前,而这部分规划大部分位于山岭地区及经济不发达地区。由于山区地形、地势的特殊要求,山区高速公路的设计和施工与平原地区有了很大的变化。其中桥梁桩基础施工就遇到困难,平原区通常采用的钻孔灌注桩不适用于山区桩基础施工,因为钻孔灌注桩所需钻机很难就位于悬崖峭壁或特殊地形的山区,而且为了不破坏环境,高速公路线型基本上处于半山腰,离水源较远,交通不便的地方。故在地形地质复杂、水资源缺乏的山区,桥梁桩基础施工不宜采取钻孔灌注桩,比较适合挖孔灌注桩。

如福建省永宁高速公路第14标段全线五座大桥,两座中桥,共有380根桩基,桩基直径为1.2 m～2.2 m,深度在10 m～50 m不等。桥墩大都分布在半山坡上。队伍进场后根据现场情况,分析水源、电力布置、地形条件等情况后,直接推翻原投标时采用机械冲孔灌注桩的方案而决定采用挖孔灌注桩。

1 挖孔灌注桩施工技术

1.1 测量放样

由于挖孔桩的特殊性,孔桩的放样频率要比灌注桩强。在施工当中,特别要注意的是在护壁装模时的施工放样工作,若未经常予以对中放样,那么容易造成上下层护壁中心不在同一垂直线上,影响钢筋笼的安放及满足不了桩基倾斜度的控制要求。孔桩的放样,大家都喜欢直接在锁口护壁上钉钉作为起马桩用来控制桩中心,但是由于护壁锁口在施工当中容易受到影响而破坏,甚至于产生移动,故此,应尽量在锁口护壁外另行浇灌混凝土桩作为保护桩,混凝土的尺寸控制在15 cm×15 cm×50 cm。

1.2 挖孔

由于山岭路段地质的特殊性,所设计的孔桩基本上为嵌岩桩,除上部部分为土质外,大部分的桩基地质为风化或弱风化岩层。这种地质条件决定了挖孔桩的施工必须采用爆破成孔。

为了减少爆破对孔壁四周原地质状况的破坏,避免开挖范围超过孔径过大,应采用小药量的微差爆破法进行爆破。现场操作工往往为了节省混凝土而用片石回填,甚至于直接用废弃的模板作为内模后直接浇筑混凝土,这样造成孔壁与原岩壁无法牢固结合,影响到墩的稳定,对于摩擦桩则造成下沉的趋势。

采用爆破挖孔时因产生的烟雾一般较大,而且气体有毒,在井深10 m以下或井内CO2含量超过0.3%时,为了保护工人的身体健康,必须有一定的通风设备,采取通风措施,使井内空气流通,保证挖孔人员的人身安全,并下放小动物进行试验观察其反应。在放炮以后工人下孔作业前进行排烟处理,将烟排出后方可下井继续开挖。

挖孔过程中大多会遇到地下水渗漏的情况,给挖孔工作带来困难,必须及时利用水泵排水。排水水泵的电线必须用防水胶布包裹5 m～10 m,以防水泵漏电。在有水地段浇筑护壁混凝土之前,必须埋设4个～6个直径 2 cm～2.5 cm的塑料软管(视渗水量的大小而定),然后开始浇筑护壁混凝土,在混凝土浇筑完毕后,护壁混凝土四周的水就可通过塑料管排进井内。等上一层混凝土凝固后,继续进行开挖、绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土等工作。为了便于操作,可将上层所埋的塑料管回叠扎紧,使水不再流进井内。

1.3 护壁施工

在挖孔的过程中,为防止塌孔,应对孔壁四周进行支护,在一般情况下可以采用木框架、竹篱、柳条、荆芭、预制混凝土或钢板制成的井圈进行支护,也可以采用现浇混凝土或喷射混凝土护壁。但是最常用的还是现浇混凝土护壁。福建永宁高速公路A14标则采用与设计桩基同标号的C25号混凝土进行永久性护壁,护壁混凝土与周围土体紧密结合,摩擦力强,并与桩基础及孔壁原地质形成一个整体,有利于摩擦桩力学性能的充分发挥。

在护壁施工当中应注意上下节护壁的连接,上层护壁底脚底嵌入下层扩展壁混凝土内,避免护壁上下连接不密实而发生漏水现象,给下一道浇筑混凝土造成不必要的影响。

若在不良地质地段(如流砂、淤泥、岩溶),则应在护壁混凝土中增加竖向钢筋,钢筋露出护壁底5 cm左右并弯成钩,以便下节护壁施工时搭接,避免护壁悬空后掉落。

1.4 护壁模板制作与安装

采用现浇混凝土进行支护时,首先应制模,永宁A14标五福亭特大桥挖孔灌注桩护壁采用圆形钢模,钢模由两块相等的厚2 mm的钢板及两组钢筋笼骨架组成。模板高1.1 m,其上口直径与桩基设计直径相等,底口直径比设计桩径大15 cm。该模板的优点是重量轻、容易移动、安装方便、重复利用率高。安装时先将钢板靠在孔壁,待钢筋笼安装就位后将钢板锁紧在笼上,并重新复核定位后即可。

1.5 护壁混凝土浇筑

立模后,即可浇筑护壁混凝土,浇筑混凝土时要用φ 25mm的振捣棒进行捣固,使混凝土密实,并与四周岩体紧密接触,形成一个整体,下层混凝土护壁应将上层混凝土护壁包裹10 cm,避免渗漏地下水。第一节护壁混凝土应高出地面30 cm,以防止四周杂物掉入孔内伤人,下班或挖孔停止时必须将井口覆盖,以防出现安全事故。如地下水较大或遇流砂时,可改为0.5 m高的模板加快支护速度。

2 桩基钢筋笼的制作与安装

山区地势一般比较陡峭,地形狭窄,重型吊车难以到达,钢筋笼就位比较困难,故此钢筋笼一般都在现场制作安装就位。所采用的方法是:先将钢筋放到井内,在井内进行钢筋焊接、绑扎。但桩基直径毕竟较小,井内范围有限,在井内进行钢筋焊接、绑扎等工作,操作起来十分困难。而且在井内焊接形成的烟雾造成空气污染对施工人员身体有害,钢筋焊接的质量及速度难以保证,而且检查起来也比较困难。因此我们对这种方法进行了改革,在井口上将钢筋笼分段制作,然后将钢筋笼陆续分段放到井内。

在井口上制作钢筋笼前,要先将井口盖住,在井口四周搭设脚手架,利用脚手架进行钢筋焊接、绑扎工作。脚手架高12 m,在脚手架的上方摆设横梁,并挂上手拉倒链葫芦,以提升或下降钢筋笼。每孔要配置四部葫芦,每部葫芦的起吊重量按不低于1/4钢筋笼全重配置。在钢筋笼拼装时,可用工字钢从钢筋笼的加强箍筋下穿过,以托住钢筋笼。加强箍筋与竖向主筋应焊接牢固。

在制作钢筋笼时,要严格把关,使加强箍筋和主筋必须相互垂直,主筋间距不超过±20 mm,螺旋筋间距不超过-20 mm～+0 mm。每节钢筋笼制作好后,用手拉倒链葫芦将焊接好的钢筋笼逐渐放入井内。在钢筋笼的四周按规定焊上定位钢筋,使钢筋笼的中心位置与图纸设计位置相吻合。当钢筋笼放到设计位置后,将钢筋笼悬挂于井内,并在井口用钢管将钢筋笼固定于井内,防止浇筑桩基混凝土时的冲击力造成钢筋笼上浮。

3 浇筑桩基混凝土

挖孔桩内浇筑混凝土时,一般情况下采用干灌法进行混凝土浇筑。

在一般情况下,挖孔桩的渗水量较小可以采取“干浇法”。干浇方法分两种进行:第一种就是在孔口装一配有竖向出料口的集料斗,然后混凝土通过集料斗自由下落,利用孔桩有周边限制及混凝土下落的冲击力直接振动使混凝土密实。利用该方法时应保留混凝土面距集料斗距离不小于2 m,小于2 m时应人工振动。第二种方法就是利用串筒或导管浇筑混凝土。从井口向下接串筒或导管至距井底1 m～2 m处,并在串筒或导管上面安装一个漏斗,以此将混凝土通过导管或串筒浇进井内。但是,在浇筑混凝土之前必须拌一盘砂浆进行封底,然后再根据混凝土配合比拌制混凝土,并连续、一次性浇筑完毕。在浇筑混凝土时,必须有人在井内用振捣棒逐层振捣,使混凝土密实。随着混凝土的不断上升,逐渐拆除串筒或导管,直到混凝土浇筑至设计标高。

若井底有少量积水并难以排出时,应根据井底积水量,采用干水泥进行封底,然后快速逐层浇筑混凝土,堵住孔中渗水。在浇筑混凝土时遇到孔壁有渗水的应根据渗水速度调整混凝土坍落度。

当地下水位丰富,渗水量过大难以将水抽干,采用“干浇法”浇筑混凝土比较困难时,就必须采取“水下浇筑法”。采取水下浇筑混凝土必须按程序进行,浇筑过程中,导管埋入混凝土始终不能小于2 m,且不大于6 m。所浇筑混凝土应高出设计标高0.8 m～1 m,以利于破桩头后保证混凝土的质量。由于挖孔桩采用水灌法施工时,其孔基本上为清水,没有冲击钻孔桩的泥浆浓度,首盘混凝土的水泥使用量应为冲击钻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,而使孔底混凝土结构松散,并使钢筋受到腐蚀。

[1]JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]温德智.人工挖孔桩爆破施工技术[J].山西建筑,2008,34(20):86-87.