人工挖孔桩成孔新型定位装置的应用研究

申铁军，汪晓勇

(山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006)

1 定位装置结构组成及工作原理

1.1 定位装置结构组成

钻孔定位装置包括框架、定位结构、自动架组件和连接条，框架下端焊接有支脚，支脚上安装有底座，框架正面安装有控制盒，框架上端设有滑槽，滑槽内部安装有自动架组件，自动架组件通过连接条与套环固定连接，套环上锁紧固定有定位结构。定位结构主要包括螺旋盖、外套管、伺服电机、电机固定板、轴承座、转轴、定位杆、大齿轮、小齿轮和吊绳。外套管上端螺旋安装有螺旋盖，外套管内部安装有定位杆，定位杆通过吊绳与转轴固定连接，轴承座将转轴固定到外套管内部上，转轴一侧固定安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合连接，大齿轮与伺服电机固定连接，伺服电机固定在电机固定板上，所述电机固定板固定在外套管内壁上，自动架组件主要包括大电动滚轮、横向杆、固定杆、纵向杆和小电动滚轮，横向杆之间通过固定杆固定焊接，横向杆两端固定安装有大电动滚轮，横向杆内部设有滑槽，滑槽内部安装有小电动滚轮，小电动滚轮与纵向杆固定连接，纵向杆上焊接有连接条，固定杆上端为圆柱体结构，固定杆底部为圆锥结构，框架分为上下两层，框架采用方管焊接而成。

1.2 定位装置结构工作原理

将定位装置安装在需要钻孔的位置，通过控制盒对定位杆进行操作，通过在框架上安装自动架组件可以实现左右的移动，左右移动过程主要大电动滚轮和小电动滚轮来实现，大电动滚轮主要在框架上移动，而小电动滚珠主要在横向杆进行移动，从而实现定位结构的左右的移动效果，从而实现定位，通过安装定位结构进行定位操作，定位主要通过伺服电机和定位杆，通过安装转轴和吊绳进行定位杆上下移动，从而实现定位下移过程，通过将定位杆下端设置为尖端从而实现定位过程，通过安装大齿轮和小齿轮来实现伺服电机带动转轴的转动，通过安装螺旋盖可以实现定位结构内部的可拆卸维修，通过安装套环可以保证整个定位结构可以进行更换，且结构简单，易于推广使用。

2 桩基定位操作顺序

施工锁口→架设支架→安装潜水泵、鼓风机、照明设备等→开挖→下挖1.0 m施做护壁→到达桩孔设计深度后→对桩孔直径、深度、垂直度进行全面验收。

3 桩基定位操作方法

3.1 施工准备

(1)桩位定线及锁口施工

布设施工测量控制网，测量时以长300～400 mm的铁钎打入地下标定桩孔的中心，露出高度为50～70 mm。经校核无误后，按照设计图纸测定桩位轴线方格控制网和高程基准点。为防止地表水流入桩孔，也为了防止桩孔周围土石滚入孔内造成安全事故，在挖孔前浇筑筑井圈锁口，同时在锁口外侧浇注一个绞盘(孔内出碴使用)的支承平台。井圈壁厚不少于25 cm，顶面高出施工基面30 cm以上。在第一节井圈的上口作桩位“十”字控制点，该井圈的中心线与设计轴线的偏差不得大于10 mm。井圈锁口采用C25混凝土浇筑，预埋插筋与第一圈护壁混凝土连接。

(2)技术交底

在施工前，依据人工挖孔桩施工情况，严格采用三级技术交底流程，针对不明地质状况下的人工挖孔桩施工技术、注意事项及地质监测技术进行培训，防止在施工中出现误操作问题。为统筹协调人工挖孔桩施工中各项事宜，采用责任分工制，成立技术攻关小组，根据不同小组成员职责定位、分工的不同，制定岗位职责要求、施工绩效考核要求等，对桩基定位的各环节进行科学管理。

3.2 机具配置

根据人工挖孔桩地质定位装置等工器具，工具有：卷扬机、钢支架、钢丝绳、铁吊桶等。在设备机具应用前，对主要工器具的性能进行检验，保证在测量中能够满足使用需要，见表1。

表1 主要设备表

3.3 开挖

(1)遇到岩石层，需进行孔内爆破作业；爆破采用微差松动爆破方案，根据开挖高度及地形地质条件采用深孔松动爆破，根据现场地形条件，深孔采用CHA660钻机钻孔，浅孔采用YT-28钻机钻孔。与边坡预裂孔采用斜孔、倾角与设计坡率对应不同，桩基孔采用垂直炮眼。装药后，用一份粘土、二份粗砂、含水量适当的松散土料拌和成炮泥进行堵塞。由专业爆破人员负责现场指导和爆破设计，并建立设计审批制度，爆破设计经监理工程师审核、当地公安部门批准后，方可实施。最大限度地降低爆破振动。

(2)挖孔作业采用人工逐层开挖，由人工逐层用镐、锹进行，允许误差为30 mm。出碴采用卷扬机扒杆机械提升，吊斗装碴。每次循环进尺不得超过1.5 m，当孔内地质有较大渗水时分段长度应适当变短。挖孔至设计标高后进行孔底处理，采用与桩基桩身相同标号的混凝土进行封底作业。

(3)遇到岩石层，进行孔内爆破作业。孔内爆破采用机械打眼，打眼深度不超过50 cm，人工装药爆破，严格控制用药量，以松动为主，严禁裸露药包爆破。为了施工的安全，起爆方式采用电引起爆。如在爆破过程中出现瞎炮，要按安全规程处理。当挖孔深度接近孔底设计标高时，为避免爆破将基岩松动，可采用膨胀炸药进行松动，或用风镐进行施工作业。

(4)挖孔过程中当孔深超过10 m时，应经常检查孔内空气有害成分含量，如孔内空气质量不能满足作业要求，需用鼓风机进行通风换气，当孔深超过30 m时，满2 h通风一次，孔内作业人员每二小时换一人。当进行挖石作业时，孔内应一直用鼓风机通风，保证施工人员安全。有情况及时上报。

3.4 浇筑护壁混凝土

设置操作平台，用来临时放置混凝土拌合料和灌注护壁混凝土用。

4 桩基定位装置应用注意事项

4.1 桩位、桩径、倾斜度的控制

桩位偏差<50 mm(排架桩)，桩径≥设计值，孔的倾斜度小于0.5%S，且小于200 mm。在桩基开挖过程中，每下挖2 m，进行测量一次，在浇筑护壁混凝土前必须进行测量。

4.2 桩长大于15 m的挖孔桩

大于15 m挖孔桩在施工存在较大危险源，需进行分析评估以及专项施工安全方案评审工作。此位装置须专人维修和看管，确保安全生产。施工现场的电线、电缆应尽量放置在无车辆、人、畜通行部位。确保机械作业安全。严格机械化作业规程，非司机本人不许进行机械、汽车操作。严格对易爆、易燃及危险品的管理。对易爆、易燃、危险品严格按规定运输、存放，严格看守和领发手续。做到不被盗、不丢失。

4.3 人工挖孔桩的弃土堆处理

当设置弃土堆时，按2019年12月1日施行的最新《公路路基施工技术规范》有关规定执行。弃土运输时覆盖，防止遗撒污染环境，减少噪音、废气污染。施工时保护绿色植被，注意生态平衡。施工后及时拆除临时工程，并将绿色植被予以恢复。

5 桩基定位装置应用效果

K0+265沁河大桥位于山西省晋城市太行一号国家风景道阳城段，跨越沁河而设，桥梁全长307 m，共三联：4×25+4×25+4×25；K0+265沁河大桥下部结构桥台采用肋板桥台及柱式桥台，K0+265沁河大桥桥墩采用采用柱式桥墩，桥墩、桥台均采用桩基础；桩基分直径1.6 m、直径1.8 m、直径2.0 m、直径2.2 m 4种，均为人工挖孔桩。沁河大桥平面位于位于缓和曲线及直线段内，墩台径向设置；采用调整梁长的方式调节弧度。通过本技术的运用，改善了以往人工挖孔的弊端和不足，减少了因问题隐患造成的工时延误成本，压缩了人工挖孔桩的施工工期。通过人工挖孔定位技术的研究与运用，解决了人工挖孔桩施工中面临的局限性，提升了人工挖孔桩的质量，也形成了以提高精度的专项定位技术。该技术流程简单、工艺简便、易于操作实施，在同类工程中具有推广和应用价值。通过运用和实践，围绕桩基定位，形成了实用性的人工挖孔桩定位技术，规避了施工中的常见问题隐患，提升了施工管理水平。

6 结束语

桥梁桩基施工中采用定位装置，可以有效防止桩基定位不准确，桩基偏位，降低了质量事故发生的风险，提高工程施工质量，且结构简单，易于推广使用。