山区斜坡段桥梁桩基人工挖孔桩施工技术

李奕信

摘 要：人工挖孔桩因其施工灵活、工法较为简单、可适应不同的地质条件而广泛应用于建筑与交通基础工程领域。以实际工程为依托，重点探讨了山区斜坡段人工挖孔桩的施工方案及技术要点，并对可能出现的工程问题及其应对措施进行概述。工程实践证明：将人工挖孔桩技术应用于山区斜坡段桥梁桩基础的施工，可有效控制施工成本、缩短施工工期、保证成桩受力并维护桥梁结构的整体稳定性。

关键词：山区;斜坡;人工挖孔桩;施工技术

1 工程概况

新建广东省云浮至茂名高速公路，线路全长129.82 km，独石特大桥为其中的重难点工程，全长2 566.5 m。桥梁标准断面全宽25.5 m，按上、下行分离的两幅桥设计，单幅桥宽12.5 m，两幅桥净距0.5 m。桥梁跨越山间谷地，桥墩多位于斜坡之上，勘察期间部分坡段发育有多处崩塌。桥位区覆盖层较厚且主要由素填土、冲积粉质黏土及坡残积粉质黏土组成，基底由元古代云开群变质砂岩、加里东期花岗岩及其风化层组成。由于山高坡陡，受到运输条件限制，钻孔机械设备难以进场，该段桩基均采用人工挖孔桩的方式进行施工。考虑到桩基施工时需要对原有坡体进行填挖，覆盖层变质砂岩与花岗岩坡残积土遇水易软化，加之施工期坡体超载影响，桩孔开挖期间坡体覆盖层极易发生崩塌或变形，人工挖孔桩的开挖施工将面临严峻风险。

2 人工挖孔桩施工方案

2.1 施工前准备

进场施工之前，项目指挥部应组织全体施工人员对施工图纸进行会审，充分熟悉相关施工资料及设计文件，明确施工现场人员组织管理架构，做好施工所需材料与机械的预前准备。施工现场应做到水通、电通、路通及现场平整。测量人员应提前进场放出桩位，清除坡表植被、浮土与危石，坡体出现明显张拉裂缝或有滑塌趋势时，则应提前进行支护。施工现场的出土路线应畅通，保证钢筋笼的运输、吊装位置，处理好混凝土的运输路线。

2.2 施工工艺流程

人工挖孔桩的施工工艺流程如图2所示。

3 人工挖孔桩施工技术要点

3.1 桩孔测量放线

测量人员应利用全站仪参考设计图所提供的导线控制点放出桥梁中心轴线，中心轴线偏差应满足相应规范要求。中心轴线布放完成后，应根据里程信息通过桩基与桥梁中心轴线之间的水平距离确定最终桩位点，并采用钢卷尺进行复测，确保放样准确。应注意，桩孔中心轴线倾斜度不能大于桩深的0.5%，桩孔中心处坐标与设计坐标偏差不得超过0.05 m。

3.2 桩孔区地表防护

在人工挖孔桩施工期间，需在桩孔地表处设置混凝土锁扣，混凝土锁扣应高出桩孔地表至少0.3 m，以防止地表水流入桩孔。另外，除在桥墩中线两侧一定范围的带状施工区域进行封闭外，在桩基四周设置钢管脚手架和安全网作为临时封闭网墙，封闭网墙预留一处出口，并设置警示标志，夜间开设红灯，并派专人昼夜值班巡逻，以防行人和车辆误入施工场地发生危险。

3.3 挖孔

在孔口搭设支架、安装带安全置动装置的卷扬机，装碴用竹筐或橡皮桶，进行垂直运输，孔内土石方运出至孔口后，应临时堆放距孔口不少5.0 m的位置，以免增大孔壁侧压力，造成坑壁坍塌。当挖孔桩采用爆破施工法时，相邻桩位若距离较近则不可同时开挖。人工挖孔桩施工深度超过10 m后，应采用机械装置对孔内进行强制通风，以保证作业人员安全。当桩体处于不稳定的滑坡体、裂隙发育或松动极易滑塌的岩体中时，应预先对坡体进行注浆加固或设置相应的支挡抗滑措施以提高坡体的整体稳定性，降低施工开挖风险。

3.3.1 土层及砂泥岩层开挖

在软弱填土、破碎风化岩层等不良地层段每开挖孔深0.3 m～0.5 m，应及时进行孔壁支护。对于易于坍塌的人工填土层和粘土层时，在护壁内加强钢筋，并将护壁加厚，必要时增设圆木和挡板加强支撑。杂填土、素填土和砂粘土地层直接采用人工铁镐分层开挖，砂质泥岩地层采用人工风镐开挖。开挖后可采用厚5 mm钢板和L75×75×5角板作成两块半园形钢模，高1.0 m，作为内模，以便混凝土成型后拆卸。

3.3.2 岩层开挖

强风化岩层宜采用风镐破碎与人工开挖相结合的方式施工;岩层完整性好、质地坚硬层采取浅孔控制爆破，按“浅孔、多孔、少药”的原则实施，保证打眼放炮，严禁裸炮，软岩炮眼深度<0.8 m，堅岩炮眼深度<0.5 m，以确保施工安全和施工进度。且必须采用电雷管引爆，以确保安全。

当采用孔内爆破施工时，炮孔的布设位置、数量与钻孔方向应根据岩层断面方向具体确定，同时炸药用量应当适量，以保证孔底岩层的完整性。布孔数量、深度和最佳装药量等需要根据桩孔的直径、所爆岩石风化程度及裂隙发育等情况精确计算，现场实际调整，以确保桩孔完整及施工点附近各类设施的安全。当挖孔深度大于10 m后，每次放炮后应由专人检测孔内有毒气体浓度;待确定孔内气体安全后人员方可下孔施工。

3.4 孔壁支护

桩基采用人工开挖，为保证开挖安全，开挖一层防护一层，并每层设置护壁混凝土，护壁采用C20钢筋混凝土，厚度需满足相关要求。为保证安全，护壁布置时，需要延伸至土石分界线下1 m。当遇到强风化岩层或者岩石破碎层时，桩基础开挖仍然设置护壁。当桩孔开挖遇到局部突水涌泥现象时，应加强开挖后孔壁支护速度并采取相应的降水措施，一定情况下可采用钢护筒进行预支护，上下护壁钢筋之间的搭接距离应当大于等于50 mm。

3.5 清底及终孔检验

挖孔至设计标高后应及时进行清底，必须做到孔底平整、无松渣、污泥等软层。清底完成后汇同有关部门进行终孔检验，终孔检验内容及相应指标如表1所示。

3.6 钢筋笼制作与安放

受山区地质环境的影响，处于斜坡地段桩基钢筋笼常采用的制作方法有：预制场加工成型、施工现场加工成型和桩孔内加工成型，但受地形条件等因素的影响，在施工现场与桩孔内制作钢筋笼时工效较低且施工质量难以得到保证，在条件允许的情况下应优先选用加工场预制成型。钢筋笼在预制场内加工成型之后，应按规范和设计要求对其长度、直径、规格、钢材质量和焊接质量进行检查，检查合格后方可运输至施工现场进行吊装。利用吊车现场吊放钢筋笼时，应提前在桩孔周围设置吊准线进行钢筋笼垂直度检测。当钢筋笼较长需要分段吊装时，应缓慢吊放以避免钢筋笼剧烈碰撞孔壁。

3.7 桩基混凝土浇筑

在山区陡坡段进行桩基混凝土浇筑时，当桩孔周边地层地下水位较低且孔底干燥时，可采用干灌法进行混凝土浇筑;当桩孔周边地层地下水位较高且孔底涌水量较大时，应及时抽水并利用水泥对孔周渗水点进行适当封闭，同时也应当依据渗水量与渗水速度对浇灌混凝土坍落度进行适度调整。当地下水量较为丰富时，孔内水位持续较高，此时可采用“水下浇筑法”进行浇筑，浇筑时导管插入混凝土深度应大于2 m且不超过6 m，浇筑混凝土总量应高出设计标高0.5 m

～0.8 m，以便于后期破桩后保证混凝土质量。

4 山区陡坡段人工挖孔桩施工常见问题及应对措施

4.1 施工平台及便道开挖面过大

为保证陡坡段桥梁桩基的顺利施工，必须预先对山体进行开挖以形成必要的桩基施工平台及施工便道，但坡体的开挖一方面会导致山区原有的生态环境遭到破坏，同时部分地段开挖断面过大也会使得坡体原有的平衡条件遭到破坏，陡坡岩土体存在失稳风险，在降雨、车辆重载等因素的影响下，边坡浅层也易法生滑移、溜塌现象，给后期施工造成潜在的安全隐患。对于此类问题，在陡坡桩基施工过程中，施工单位应提前参考相关资料，依据桩体尺寸、桩基所处坡体位置、陡坡坡度及工程地质条件等因素合理规划施工开挖面积、开挖方量及开挖坡率，并对部分区段进行试挖。当岩土体强度较高、坡体能够自稳的条件下，应对开挖坡面及时喷浆封闭，防止后期降雨对坡体稳定性产生影响;当开挖坡体处于不稳定状态时，应对坡体施加必要的防护措施，防止后期坡体发生进一步变形失稳。

4.2 挖孔桩弃渣、弃方处理

陡坡段桥梁桩基多为大直径桩且桩长较长，人工挖孔时常会产生较多的弃渣、弃方，但由于山区地形复杂且施工平台面积有限，陡坡桩基的弃渣、弃方往往不能及时运走以便他用，少部分弃渣、弃方将堆放于施工平台，大部分弃渣、弃方将直接沿坡面倾倒。到施工后期，弃渣、弃方将布满坡面，在降雨作用下极易发生浅层溜塌、滑移现象，给陡坡地区桩基的施工造成安全隐患，同时施工平台上堆放的弃渣也会增加坡体的附加应力，易对坡体稳定性产生不利影响。对于此类问题，建议在陡坡桩基开挖之前，在坡面处设置专门的弃渣溜槽，弃渣溜槽采用水泥砌筑，以保证长期使用的可靠性，在坡脚处设置专门的弃渣回收坑道及拦挡措施，定期运走由坡面滑下的弃渣。

4.3 桩孔护壁变形开裂

对处于陡坡段的人工挖孔灌注桩，受陡坡复杂地质环境的影响，桩孔护壁结构不仅要支撑桩孔并形成有效的开挖和灌注空间，还可能在施工过程中受到坡体变形对其产生的侧向土压力，护壁结构易产生变形或开裂，对成桩质量及桩体承载产生不利影响。因此，对于陡坡段人工挖孔桩的护壁施工，应在前期充分探明场地地质条件的基础上，因地制宜地选取护壁结构的支护方法，严格按照相关规程控制护壁混凝土材料的施工配合比，完善施工与养护工艺，在保证护壁厚度的同时尽量避免护壁结构出现蜂窝麻面、开裂剥落等工程病害。另外，考虑到护壁与桩周岩土体直接接触，为增加桩侧摩阻力，建议对陡坡桩基采用由上至下直径逐渐减小的锯齿形护壁。

4.4 孔壁渗水

山区人工挖孔桩开挖深度通常较大，部分地段地下水活动频繁且水位较高，施工过程中桩孔側壁与孔底处经常会出现渗水现象，后期施工与成桩质量将受到严重影响。对于此类问题，应在人工挖孔桩施工之前查明区域水文地质情况，明确可能出现开挖渗水问题的桩位及深度，开挖进入富水地层时，应当采用快开挖、勤抽水、早封闭的施工方式，每开挖1 m支护一次，渗水量较大时可考虑采用水下混凝土的灌注方式。当区域地下水位高或遇到水量较大的承压水层时，应在开挖之前降水或对桩周富水地层进行预前注浆封闭处理。

4.5 塌孔

山区人工挖孔桩施工期间，受复杂地质环境及施工技术不合理等因素影响，易发生塌孔事故，而塌孔事故也最易造成人身伤亡，常见的塌孔原因主要有以下几条：

（1）桩周岩土层较为软弱，护壁结构设计或施工期间，护壁厚度或强度未达到规范要求，进而导致护壁结构支护能力有限，在桩周土压力作用下护壁发生破损变形，进一步发展直至塌孔;

（2）桩基成孔后，受各种因素影响（长期降雨、施工流程衔接不当、施工管理出现问题），桩孔暴露时间过长，桩周土层性质发生改变，易产生塌孔;

（3）在软弱地层开挖成孔速度较快、单次开挖深度较大且没有对已开挖断面施加有效支护时，易产生塌孔;

（4）受施工开挖不规范或桩周地层横向变形影响，桩孔垂直度不满足要求，钢筋笼在下放过程中对桩孔侧壁产生扰动，进而诱发塌孔。

针对上述情况，对处于陡坡段的人工挖孔桩工程，应预先对挖孔人员进行施工流程及安全培训，掌握挖孔过程中应遵循的技术要点、了解可能出现的安全风险及预防措施。在极软弱土层中开挖桩孔时，由于混凝土护壁具有一定的实效性，不能立即形成支护强度，此时可采用钢制护壁代替混凝土护壁，形成临时支护强度。对于已经开挖完成的桩孔，应及时进行灌注，若因外界原因需要推迟灌注时间，则应在孔口处做好防护措施以防止雨水渗入。

5 结束语

人工挖孔桩因其施工工法简单、施工工期短且占用场地小等特点而广泛应用于桩基工程的建设领域。本文依托广东省云茂高速独石特大桥桩基础工程，重点探讨了山区斜坡段人工挖孔桩的施工方案及相应技术要点，并对陡坡段人工挖孔桩施工时常面临的工程问题及防止措施进行分析，可为同类工程的施工提供参考。

参考文献：

[1]陈理.山区高速公路建设中的人工挖孔桩技术[J].交通世界，2019（11）：58-59.

[2]方贻立，冯忠居，谢功元，等.山区陡坡人工挖孔灌注桩塌孔病害及处治技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2015（1）：243-244.

[3]徐天明.人工挖孔技术在山区桥梁桩基施工中的应用[J].交通标准化，2010（9）：66-69.

[4]蔡炎标，黄建周.山区陡峭地形桥梁基础人工挖孔桩施工[J].公路交通科技（应用技术版），2010（6）：169-170.

[5]殷坤宇.山区陡坡桥梁桩基施工标准化技术研究[D]. 长安大学，2012.