人工挖孔桩混凝土浇筑新工艺

赵晓光

(1.四川智通路桥工程技术有限责任公司，成都 610031； 2.四川公路桥梁建设集团有限公司，成都 610041)

随着我国高速公路的快速发展，在地形崎岖、环境受限的山区常采用桥梁跨越沟谷河流，以确保平纵曲线符合高速公路要求，同时避免高挖方或填方造成环境破坏。山区桥梁桩基施工因受各种自然条件限制，有时大型设备进场非常困难，而人工挖孔桩因施工所需机具少且小巧轻便，施工工艺简单，泥浆污染小，成孔质量易保证，同时具有邻孔桩施工干扰小，可多孔同时作业，缩短工期等优点，在一些特殊施工条件下有着独特优势而被广泛采用[1]。

人工挖孔桩混凝土浇筑常规工艺有清水桩浇筑法和干桩浇筑法，虽然其工艺运用广泛，但是采用这2种常规浇筑方式易出现断桩[2]、混凝土蜂窝或离析[3]等质量病害。本文综合分析常规工艺产生质量问题的原因，创新性地提出一种适用于人工挖孔桩的新型桩身混凝土浇筑方法，即无水水下混凝土浇筑法，此方法能显著提高人工挖孔桩的质量和安全，并减少施工成本。

1 人工挖孔桩桩身混凝土浇筑方法比较

人工挖孔桩混凝土的干桩浇筑法、清水桩浇筑法和本文提出的无水水下混凝土浇筑法的施工工艺特点及优缺点分析见表1。

表1 人工挖孔桩浇筑方法比较

由表1可知，无水水下混凝土浇筑法即在无水的条件下，利用导管浇筑混凝土，浇筑过程中，导管始终保持插入混凝土顶面以下一定深度，随着混凝土顶面的上升而上提导管，直至最终完成桩基的浇筑。

无水水下混凝土浇筑工艺相比于传统方法，优势主要体现在以下方面：

1) 与干桩浇筑法相比，无需分层浇筑与振捣，避免了人工孔下作业环节，降低了施工风险，提高了浇筑效率。

2) 与清水桩浇筑法相比，该法无需向孔内进行注水，对周边孔的影响较小，施工安全性较高，而且浇筑过程中出现堵管和导管提空等现象不会导致断桩等质量事故。

3) 该法可视性较好，质量容易保证。

2 人工挖孔及无水水下混凝土浇筑法工艺要点

2.1 施工工艺流程

无水水下混凝土浇筑施工工艺流程[5-6]如图1所示。

2.2 桩基人工挖孔施工要点

1) 机具布置

人工挖孔施工场地一般较为狭窄，现场应合理利用有限的场地布置机具设备，营造良好整洁的作业环境。人工挖孔桩总体平面布置如图2所示，人工挖孔桩总体立面布置如图3所示。

2) 通讯

桩基深度大，当发生紧急事件时，人员间不能及时相互提醒，因此设置警示灯加电铃的方式警示桩下、桩上人员及时撤离。

3) 照明

桩孔开挖深度超过7 m时，井下需接入电源照明[7]。电源采用36 V的低压电源，照明灯具为防爆灯泡，额定功率40 W。

图1 无水水下混凝土浇筑工艺流程

图2 人工挖孔桩总体平面布置

图3 人工挖孔桩总体立面布置

4) 通风

桩孔开挖深度超过5 m时，采用轴流风机压入式通风。供风量应结合孔内最大作业人数通过计算确定。

5) 安防

为防止提升弃渣时吊篮里的土石块掉落伤人，在吊篮提升另一侧设置挡石盖板，盖板采用螺栓连接的形式固定于护壁混凝土上。

6) 出渣

渣土通过渣桶提出扣孔内[8]，提升设备采用慢速卷扬机，提升作业时人员进入挡石盖板下躲避。

7) 排水

开挖过程中，如有少量地下水，要随挖随用吊桶将泥水一起吊出，如渗水量较大，则在孔底一侧挖集水坑，用高扬程水泵排出[9]。

8) 锁扣及护壁

锁扣高度控制在30 cm[10]，护壁形式采用内齿式，一般情况以1 m作为一个节段[11]，视地质情况适当调整，上口宽度20 cm，下口宽度15 cm，上下节段之间搭接10 cm。

2.3 无水水下混凝土浇筑法工艺要点

1) 混凝土拌制

无水水下混凝土浇筑法采用导管法施工，对混凝土质量要求较高，配合比参照水下混凝土进行配制，坍落度控制在18 cm～22 cm[12]。

2) 首盘混凝土浇筑[13]

首盘混凝土浇筑时，导管口距孔底40 cm～50 cm，浇筑时无需考虑导管埋深，仅要求混凝土供应连续；同时由于采用人工挖孔施工，孔底可人工清理干净，混凝土浇筑时不会出现夹泥等质量隐患。

首盘混凝土浇筑无需考虑导管埋深要求，因此混凝土浇筑前无需单独设置开球装置，简化了现场混凝土浇筑流程。

3) 导管埋深控制[14]

无水水下混凝土浇筑法主要通过混凝土的自重和下冲力而达到密实，埋深过大会导致管外混凝土自重过大翻浆困难而堵管，埋深过小表层混凝土容易因导管内的冲击力过大而离析，无水浇筑法的导管埋深宜控制在2 m～5 m。

4) 无振捣与振捣的转换

考虑到混凝土浇筑至孔口附近时，由于管内浇筑混凝土下冲高差减小，下冲力相应变小，而且管外混凝土埋深较浅，上层混凝土自重产生的压实力变小，导致孔口附近混凝土难以自密实，因此整个浇筑过程存在无振捣浇筑和振捣浇筑工艺的转换，即孔口区域采用干桩浇筑的方式进行人工振捣。

5) 桩头浇筑处理[15]

桩基顶部混凝土浇筑属于桩头浇筑区，是与上部结构直接联系的部位，浇筑时需精确把控，才能确保桩头混凝土的质量并和后期上部结构有效连接；当浇筑至桩顶时确保将浮浆清理干净，并超浇10 cm～20 cm。

6) 施工控制要点

(1) 进行混凝土浇筑作业前，必须认真验证混凝土配合比，严格控制混凝土塌落度，确保现场灌注质量满足设计要求。

(2) 安排专人控制导管埋深，不宜过大也不宜过小，混凝土浇筑前对导管进行水密承压及接头抗拉试验。

(3) 近孔口附近，振捣区域振捣质量严格控制。

3 应用案例

3.1 工程概况

雅康高速兴康特大桥为1 100 m单跨悬索桥，桥面采用钢混叠合桥道系，雅安岸为隧道式锚碇，康定岸为重力式锚碇。两岸主塔基础均采用50根直径2.8 m桩基，桩基在承台以下3 m范围内按1∶10向上增大桩径至3.4 m，以抵抗桩顶段由地震力带来的巨大剪力。雅安岸桩长为40 m～52 m，康定岸桩长为52 m～60 m。

3.2 桩基施工

1) 桩基成孔

由于兴康特大桥主塔桩基在承台以下3 m范围为变截面结构，直径由2.8 m扩大至桩顶3.4 m，桩基难以使用机械成孔方式适应变截面构造，因此采用人工挖孔。

2) 混凝土浇筑

因桥址区地处高寒冰碛层地带，地层保水性差。若采用清水桩浇筑对周边孔影响较大，若采用干桩浇筑施工效率低，需人工下井振捣，安全风险大，而采用水下混凝土灌注工艺，无须回灌清水浇筑桩基混凝土，保证混凝土浇筑质量，避免施工安全风险。

无水水下混凝土浇筑法采用的混凝土需具有较好的流动性，以C30混凝土为例，其配合比见表2。

表2 无水水下混凝土配合比(C30) kg

无水水下混凝土通过导管浇筑，因孔内为无水状态，所以导管无需进行水密性承压试验，但现场需进行导管接头抗拉试验，以防导管在提升过程中接头损坏影响混凝土浇筑质量。

混凝土采用拌合站集中拌制，罐车运输至施工现场，现场设置料斗方便混凝土浇筑，首盘混凝土无需考虑导管埋深，仅需混凝土连续供应，以确保表层混凝土处于未初凝状态。无水水下混凝土浇筑现场施工如图4所示。

(a) 无水水下混凝土导管布设

(b) 无水水下混凝土浇筑

图4 无水水下混凝土浇筑现场施工

Fig.4 Site construction of anhydrous concrete casting

3.3 实施效果

本项目采用无水水下混凝土浇筑法，施工过程中未出现质量、安全事故。桩基施工完成后，经第三方检测对桩基完整性进行检验，结果均为I类桩，说明采用无水水下混凝土浇筑法施工的桩基质量可靠。

对同类型桥梁桩基成孔消耗的设备台班和人员工日进行对比，采用无水水下混凝土浇筑法具有明显的经济优势，对比结果见表3。

表3 桩基成孔工艺效益分析

4 结束语

通过对现有人工挖孔桩桩身混凝土浇筑施工的研究，本文提出了无水水下混凝土浇筑施工方法，该方法将水下混凝土浇筑工艺运用到人工挖孔桩干桩混凝土浇筑中，在雅康高速兴康特大桥首次实施并取得良好效果后，又在其他工程成功运用，通过工程的实际运用表明，无水水下混凝土浇筑施工工艺具有施工效率高、施工成本低、施工过程安全可靠、工程质量可控等优点。该工艺为今后类似桩基施工提供了宝贵的经验，具有一定的推广价值。