人工挖孔桩的几点思考

郑国徽

1 概述

近年来，随着国家对基础建设领域内投资的大幅度提高，我国的高速公路通车里程迅速增加，高速公路的设计施工工艺与技术也取得了日新月异的发展。本文主要对桥梁人工挖孔桩施工中成孔工艺方面作一些有益的探索。

重庆江津至四川合江段公路是国家高速公路成渝环线的重要组成部分，是重庆市通往贵州赤水、云南昆明的我国西南重要的公路通道，是重庆市通往亚洲东南亚地区如缅甸、泰国等国家的重要出海通道，同时也是通往四川、西藏重要公路。本路段位于重庆市主城区西南部的江津市境内，处于成渝、渝黔高速公路之间，是重庆市高等级公路网的重要组成部分，也是重庆“二环八射”高速中西南向射向。

根据工程勘察报告可知:新桥大桥桥址区被第四系洪积卵石土，残坡积低液限粘土覆盖;下伏基岩为株罗系中统上沙溪庙组的泥岩和砂岩互层。

2 主要成孔工艺

嵌岩部分挖孔施工工艺流程图见图1。针对以上工艺流程，选择主要施工工艺作如下阐述。

2.1 组织准备

用挖掘机修理便道，整平场地，清理桩位杂物。人员到位，机械设备入场，水泥、石子、砂等原材料定点存放，炸药、雷管、导爆管等爆破器材经当地民爆器材管理部门审批后入库统一管理。

2.2 测量放样

室内计算出各桩的中心坐标，根据附近原有控制点，用全站仪放出桩位，钉上铁钉，并在桩位四周打好四个骑马桩，两对桩连线的交点即为桩基中心，这样有利于在开挖过程中随时检查孔径的大小、平面位置及倾斜等情况。之后，在井口周围用红砖浆砌成围圈并高出地面30 cm，防止土、石杂物落入孔内伤人。

2.3 爆破开挖

将上部地层主要是残积土和强风化岩，采用十字镐和风镐进行挖掘，进入岩层后进行爆破。爆破开挖要求不能对周围围岩体的稳固性造成大的扰动，而降低岩体强度，同时也不能破坏浇灌的混凝土护壁，造成挖孔时的塌方，更不允许有飞石的产生，确保施工附近区域的安全。

2.3.1 爆破参数设计

1)炮孔深度。

主要根据桩径大小、岩石坚硬程度及炸药种类确定。桩径大、岩石强度低、炸药威力大，炮孔应深些，反之应浅些。但炮孔最大深度不大于桩径的0.75倍为宜。通过施工中的多次试验，并考虑到炮根、岩石裂隙、支护效果等方面的综合因素，本工程炮孔深度取0.6倍桩径。

2)炮孔数量。

炮孔数量用经验公式N=3.66qS2/3进行计算。其中，q为单位用药量，一般取1.5 kg/m3;S为开挖断面积。以桩径2.0 m为例，则 N=3.66 ×1.5 ×(3.141 59 ×1.02)2/3=11.78≈12。

3)炮孔布置形式。

炮孔布置形式见图2。以桩径2.0 m为例，周边布8孔，中间布4孔，当有明显裂隙分布时，适当变更孔位。中间为掏槽孔，四周为周边孔。掏槽方式采用斜孔掏槽，操作方便，钻孔数量少。周边孔沿开挖边线布置，向外倾角为2°～3°，中心孔应比边孔超深15 cm。

4)装药量。

干燥炮孔，采用2号岩石硝铵炸药。炮孔比较潮湿时，炸药外包塑料袋防潮。如果炮孔中有水，采用乳化炸药。

装药量与炸药种类、炮孔深度和桩径有关。

松动爆破时装药量可按下式计算:Q=0.33qπr2h，其中，q为爆破单位体积岩土所需炸药量，kg/m3;r为桩孔半径，m;h为炮孔深度，m;Q为每个桩孔总计炸药量，kg。

例如某桩孔直径d=2.0 m，炮孔深1.2 m，采用一级乳化炸药，岩层为砂岩，q=1.5 kg/m3，可计算出装药量 Q=0.33 ×1.5 ×3.141 59 ×1.02×1.2=1.87 kg。

根据以往经验，如果用硝铵炸药，每个炮孔内装药长度一般为孔身的1/3～1/2，最大不能超过孔深的2/3。炸药量的计算还应通过试爆进行修正，并根据各孔的实际情况适当变更。

2.3.2 爆破施工

1)成孔。

选用空压机带轻型手风钻成孔，钻孔直径3.8 cm，钻孔达到深度后，将炮孔内石粉、泥土清理干净，暂时封盖孔口。

2)装药连线。

考虑到施工安全及防水要求，采用乳化炸药，导爆管起爆，连接方法为“四叉树”连接。待全部孔完成时进行装药，装药时要轻放，不得投掷，用木棍轻轻压紧，严禁使用铁器挤压或撞击，以防爆炸。堵塞材料可用砂土、砂子或粘性土等，堵塞时用木棍轻轻捣实，注意保护导火线和导爆管。布设导爆管网路前，应对导爆管进行检查，表面有损伤或管内有杂物者不得使用。

3)放炮。

炮孔堵塞完毕后，对爆破线路进行一次全面检查，并按爆破安全操作的有关规程，发出信号，待所有人员撤出警戒区以外，方可指挥放炮。

2.3.3 开挖清孔

爆破之后，应及时用空压机向孔内送风，待污染空气基本排尽时，才能安排清孔施工人员进入。

当孔内渗水量不大时采用挖积水坑，铁皮桶盛水，卷扬机提升的办法进行排水，如果渗水量较大时，用潜水泵排水，行之有效。为提高耐磨损性，一般用废轮胎加工成的橡皮桶来提升石渣。如果爆破效果不理想，孔底岩石破碎不好，可采用风镐进行开挖。

2.4 现浇护壁

为了保证开挖过程中井壁的完整性，确保安全，在桩基开挖进入岩层以前，必须进行支撑护壁。

2.4.1 护壁形式

护壁形式应根据地质水位、渗水情况、施工进度、施工条件等确定，一般有砖井圈直筒、预制混凝土直筒、现浇混凝土直筒和现浇混凝土倒锥体齿形筒等形式，本工程采用最后一种，剖面图如图3所示。

2.4.2 护壁的构造要求

护壁按以下要求设计结构:

1)护壁的尺寸应满足施工浇筑工艺、强度、刚度以及设计桩径的要求;

2)有抗渗要求的护壁，壁段搭接长度应满足此要求;

3)分段浇筑护壁，高度应小于短期不坍孔壁的高度。

2.4.3 护壁的施工

1)模板。

模板是浇筑混凝土护壁的支撑，直接影响着混凝土的质量。故需满足:

a.有足够的强度、刚度;

b.灵活好用，便于施工;

c.接缝严密，不漏浆;

d.支撑不影响吊运土石。所以，一般按桩径做成定型刚模，以利多次使用，降低成本。

2)混凝土。

混凝土应根据护壁强度要求、施工进度进行配合比设计。一般应符合强度保证率95%，坍落度为1 cm～3 cm，水灰比0.45～0.55，控制初凝时间3 h～4 h，并适当掺入早强剂，以缩短混凝土养生、脱模时间。

3)浇筑。

浇筑混凝土时要对称、均匀、连续，一次浇完，捣固要充分、密实，防止过振和漏浆。拆模后如发现有蜂窝时，应及时修补，防止渗水漏水。

3 优点

根据新桥大桥挖孔桩的实践和以往不少的施工经验，可总结出采用人工挖孔施工工艺的诸多优点，归纳如下:

1)人工挖孔施工较钻孔施工经济得多，成孔一项就比钻孔节省费用40%以上。

2)施工质量好。桩底无沉积，无渣土，桩身四周与原地层密切接触，其桩底承载力、极限摩阻力均比钻孔施工的桩高许多，它的桩长在计算时考虑桩的嵌固要求、承载力范围的高值，可以缩短桩长。

3)施工速度快。尤其是对于地质条件复杂、工期较紧的大直径超深嵌岩桩，可以加大人员设备投入，全方位展开，速度优势更加明显。

［1］ 张振国，李金祥.浅谈人工挖孔桩施工技术问题处理心得［J］.山西建筑，2010，36(13):113-114.