[文章]：成南立交桥特殊地质条件的人工挖孔桩施工

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成南立交桥特殊地质条件的人工挖孔桩施工
王君     戴传安    任回兴     文德安

摘要  本文简要介绍成都东部台地特殊地质条件的挖孔桩施工过程中的关键技术及施工工艺
关键词  特殊地质  人工挖孔桩   护壁
一、    工程概况
成南高速公路互通式立交桥位于成都市东部台地，成都市成华区长林盘村二组、三组境内。本桥为全互通式立交桥，共有1条主线（另一条主线成都至南充正在建），8条匝道；其主要工程量为：31联预应力钢筋砼连续箱梁桥，9个桥台，199根墩柱，253根挖孔灌注桩。
（1） 下部构造
桩基采用直径分别为1.5m和1.8m两种规格的挖孔桩，桩长19.3m～29.0m，平均桩长24.5m；桩顶埋入地面下约2～9m。
（2） 上部构造
本立交桥上部构造均为预应力钢筋砼连续带翼缘箱梁,三环路方向分左、右幅桥，成南方向双幅（在建）。一般跨径为20～25米，最大跨径为30米；分联长度一般为100～130m；梁高：25米跨径及以下梁高为1.5米,25米跨径以上梁高从1.8渐变到1.5米；3～5跨为一联,一联最大跨数为6跨,均用牛腿连接。在墩顶板实心部位形成由钢筋骨架和横向预应力筋形成隐型盖梁，盖梁宽均为3米。
二、    工程地质情况
（1）                   桥位处地形坡度平缓，一般坡度小于100，为宽谷垄岗型台地景观，地面高程介于497~505m（黄海高程）之间。
（2）                   经钻探揭露，场地内地层由新至老分述如下：
①高液限粘土：褐黄色，含大量φ2～4cm的钙质结核，见少量裂隙，硬塑状。厚度为2.60～10.80m不等，层底标高介于487.36～501.21m之间。
  ②高液限粘土：棕黄～砖红色，结构不均，局部段含豆状铁锰质结核，灰白色条纹与褐黄色斑团呈网状分布。裂隙较发育，倾角一般35°左右，硬塑～半干硬状。厚度介于0.00～10.41m之间，层底标高介于486.43～492.34m之间。
③卵石质土：褐灰色，石质成分以花岗岩、石英岩、石英砂岩、砂岩为主，闪长岩、燧石等少量，次圆～圆状。一般粒径组成：φ200～600mm约30%,60~～20mm约25%，20～2mm约20%，余为砂及粉粘粒，结构不均。花岗岩、砂岩类卵砾石一般强风化呈散粒状或砂状，具泥质粘结。全层中密～密实，稍湿，透水性较差。挖孔桩孔内水大部分来源于此卵石层。该层厚2.96～10.33m不等，层底标高介于480.68～485.42m之间。
     ④粉砂质泥岩：紫红色，矿物成分主要以粘土矿物为主，粉泥质结构，厚层～巨厚层状结构，钙泥质胶结，全层结构不均，局部砂质富集，局部段φ3~5mm的溶孔发育，溶孔最大可达4cm，含少量钙硭硝矿物颗粒。岩石具饱、脱水风化特征。强风化带厚2.04～4.88m不等，平均厚3.23m，强风化底标高界于477.73～481.74m之间，岩石极软；弱风化岩石较软，岩芯较完整。岩石具饱、脱水风化开裂特征。挖孔桩的桩底标高均进入弱风化岩层至少5米。
（3）水文
立交桥区地下水资源包括第四系冰水堆积层粘性土中上层滞水、卵石层中的孔隙潜水及下部基岩风化带中的溶隙裂隙水。粘性土层由于赋水性、透水性较差，其上层滞水量一般较小，具局部性；卵石层渗透系数K=6.46m/d；基岩风化带溶隙水存于粉砂质泥岩中，属弱含水性。
三、         挖孔桩施工
1．桩基础施工方案的选定
原施工设计图中的桩基采用钻孔灌注桩基础，施工单位进场以后，仔细研究本桥的地质勘察资料，在层底标高介于480.68～485.42m之间，层厚为2.96～10.33m，φ200～600mm砂卵石含量约占30%，如采用常规的正循环回转钻机钻孔，由于砂卵石含量较多，容易造成卡钻；同时，由于地下水大部分分布于砂卵石层中，且含水量较大，钻孔时也容易发生坍孔事件。针对本桥特殊地质情况，结合成都地区已有挖孔桩的成功经验，本桥拟采用挖孔桩成孔的施工方法。
2．降水施工方案
    立交桥区地下水资源包括粘性土中上层滞水、卵石层中的孔隙潜水及下部基岩风化带中的溶隙裂隙水。粘性土层中由于赋水性、透水性较差，其上层滞水量一般较小，且显局部性；卵石层中水的渗透系数K=6.46m/d，挖孔桩施工的水大部分分布于此层中；基岩风化带中的溶隙裂隙水的渗透系数K=2m/d，含水量较小。出水量计算：  Q1=1.366K(H2-h2)/ ［lg(R+r)-lgr］井底直达不透水层
Q2=4KS0r0井底未达不透水层
经计算：Q1=20m3/h；Q2=17m3/h。如采用常规的深井点法降水，水位只能降至砂卵石层中，而一般的桩基础要嵌入弱风化基岩5米，加上强风化基岩厚度的3米，距桩底以上大约8米的基岩溶隙裂隙水没办法采用深井点法降低水位，而且全桥需打深井120口。同时，本桥两种情况计算出水量均较小，经权衡比较后，决定挖孔桩施工不采用深井点法降水，而采用挖孔桩群孔抽水降低地下水位，在挖孔桩孔内使用水泵明排水来进行挖孔桩施工。
3．人工挖孔
（1）施工准备
因本立交桥施工工期紧（仅16个月），任务重，拟在填方路段先进行挖孔桩施工，部分在辅道广场土方清除完成后再进行挖孔桩施工。挖孔桩施工时先放样出桩中心十字线，定出桩孔准确位置；设置护桩并经常检查校核；为防止雨水汇集流入孔内，影响孔内人员作业安全，孔口四周应挖排水沟，作好排水系统，及时排除地表水，同时孔口要备防雨棚。出渣提升设备要安装到位，布置好出渣道路，合理堆放材料和机具，不致使增加孔壁压力和影响施工。
井口周围用钢管做支撑，纱网做围挡圈护，其高度应高出地面120~150cm，以防夜晚施工人员误入掉进孔内造成伤亡事故；在孔口用砖砌护壁，以防止土、石、杂物滚入孔内伤人，高约0.2~0.3米。
(2)挖孔
①   挖掘方法
根据施工需要，三环路方向左、右幅桥每一联同时开挖，且应先完成S8～S12三环路主线桥的挖孔桩施工，然后向两端展开，即先完成三环路主线桥主梁下牛腿段挖孔桩的施工。
匝道桥必须先完成D1～D13，C1～C20匝道桥的挖孔桩施工，因为此段匝道桥要跨越三环线主线桥；同时A、B、E、F、G、H匝道桥挖孔桩与之同时开挖。一般组织二班连续作业，每桩配备2～3人进行作业，全桥共计约350～400人。提升设备采用钢绞车提升。
②   挖掘程序
根据本桥土层、地质及桩孔布置情况，挖掘程序分二种情况：一种是地下水位较低且土层紧密，一个墩(台)基础地所有桩孔可同时开挖，以缩短工期；另外一种土层松软，且相临两挖孔桩间距比较小，宜采用间隔开挖，避免孔间间隔层太薄造成坍塌。
③   挖掘的工艺要求
1、          挖掘时，不必将孔壁(土面)修成光面，要使孔壁稍有凹凸不平，以增加护壁砼与孔内壁土的摩阻力。
2、          在挖孔过程中，须经常检查桩孔尺寸和平面位置，孔的中线位置误差不得大于4cm，倾斜度不超过0.5%。截面尺寸须满足设计要求。对于φ1.5m桩，挖孔直径按φ1.8m开挖；对于φ1.8m桩，挖孔直径按φ2.1m开挖。
3、          挖孔时如有少量水渗入，要及时支护孔壁，以防止水在孔壁浸泡造成坍孔。同时,要使用水泵及时将孔内积水排除。
4、          桩孔挖掘及支撑、浇护壁砼两道工序应连续作业，中途不能停顿，以防坍孔。
5、          挖孔如遇到涌水量较大的潜水层承压水时，采用水泥砂浆压灌,向孔壁打木桩及钢筋棒等方法加固孔壁，然后及时浇护壁砼。
6、          挖孔工作暂停时，孔口以井盖罩孔。
(3) 支撑及浇注护壁砼
挖孔每达到1米深时，即立模浇筑砼护壁。若遇流沙层，按深20～50cm护壁一次。护壁采用内齿式护壁，竖向截面为梯形，上口宽15cm，下口宽8cm，两节护壁之间留7cm空隙，以便灌筑护壁砼。第一节护壁(用砖砌)要求高出地面0.2~0.3米，防止土、石、杂物滚入孔内伤人。护壁砼标号采用C30号，为加速砼凝结，掺入适量早强剂。护壁砼内设置φ12联结钢筋，φ12钢筋两端弯成1800弯钩，钢筋间距沿桩中心300布设。当挖孔进入强风化基岩1米时，可停止护壁工作，则相应挖孔桩直径按桩基直径开挖。
护壁砼模板采用木模，木板厚度δ=2cm，木板接缝处宜用木材或型钢支承，每次浇筑护壁砼前均应以垂球校正孔位、钢尺检查孔径，同时，浇筑护壁砼时要注意砼振捣密实和护壁内钢筋的预埋。
护壁与挖孔施工应交替进行，即护壁砼浇筑后等强期间，同一个作业组开始另一孔的开挖工作；后一孔浇筑一次护壁砼后，返回前一孔拆模继续挖
挖孔桩施工示意图见下图

圆孔桩护壁厚度计算公式如下：
t≥kN/Ra
式中：t（m）——护壁厚度，内齿式护壁取最小尺寸；
      N（KN/m）--作用在护壁截面上的压力；
          N=pd/2
式中：p（kPa）-—土及地下水对护壁的最大压力；
      d（m）--挖孔桩桩身直径；
      Ra（kPa）--砼的轴心抗压设计强度；
      k—安全系数，取1.65；
则：t≥kN/Ra=1.65x500x1.8/(2x11x103)=0.068(m)
=6.8(cm)
        如果施工中护壁厚度太薄,护壁砼不易进入模板与孔壁之间,振动棒不易插入, 护壁砼质量不易保证。参考成都地区已施工的其它挖孔桩护壁砼厚度，拟采用平均为11.5cm护壁厚度。
（4）终孔检查处理
挖孔桩施工挖孔达到设计标高后，进行孔底处理。孔底必须作到平整，无松渣，污泥及沉淀等软层。嵌入基岩层深度必须符合设计要求。
开挖过程中应经常检查了解地质情况，倘与设计资料不符，应提出变更设计，与设计单位、监理单位协商后妥善解决。同时，终孔检查应符合以下要求：
a、桩孔孔径允许偏差不小于设计孔径，且内径要求大于1～2cm；
b、桩位允许偏差：±10mm；
c、桩的垂直度偏差：0.5%L(L为挖孔桩长)；
d、护壁砼厚度允许偏差：±20mm；
e、桩底标高偏差：0～-500mm；
f、上下节护壁搭接长度不小于70mm；
g、同一水平面上井圈内任意直径的极差不大于20mm；
（5）钢筋笼安装
钢筋骨架按图在加工场弯制，现场绑扎成型，每根桩分两节制作。吊车起吊入孔，在孔口对接（电焊对接）。钢筋入孔后，孔口用小型工字钢支撑钢筋笼并固定。为使钢筋骨架正确牢固定位，除在主筋上安设钢筋“耳环”外，也可用砼块支垫固定其位置，以确保钢筋笼垂直度。
（6）浇注砼
从孔底及附近孔壁渗入的地下水的上升速度小于6mm/min时可采用干浇筑注砼桩的方法，其技术要求除符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041）有关规定外，还应注意以下事项：
①桩身砼用砼输送车直接送至孔口漏斗处、串筒（导管）下料，串筒（导管）中心应对准孔中心；开始灌注时，孔底积水深不宜超过5cm，灌注的速度尽可能的快，使砼对孔壁的压力尽快地大于渗水压力，以防水渗入孔内；同时应保正砼坍落度在8cm～12cm之间。
②桩顶或承台底部5m以下灌注的砼，可依靠砼自由堕落捣实；在此线以上灌注的砼应以振捣器捣实。
③孔内的砼尽可能一次连续浇灌完毕；若需施工接缝不可壁免时，应按照施工规范关于施工缝的处理。
④   砼灌注至桩顶以后，应即将表面已离析的混合物和水泥浮浆等清除干净。
四、    挖空桩安全保证措施
由于人工挖孔桩属深基础作业，施工中必须使用提升机械，抽水机等设备，使其存在高处坠落、触电、物体打击、坍塌等危险；同时由于挖孔桩孔径较小，使作业人员的活动空间有限，常处于半封闭作业状态，故又存在缺氧、窒息和中毒危险。
成南高速公路立交桥地处成都市东部台地，属地质较复杂的区域，据已掌握的有0～12m高液性粘土，硬塑～半干硬状；14～19m为石质土，中密～密实；19m以下粉砂质泥岩，岩石具饱水，脱水风化等特征；这些复杂的地质条件对井内排水带来困难，可能会出现流砂、塌方、地下涌水等多种危险。
为确保在施工中的安全，杜绝伤亡事故的发生，施工中必须制定安全技术保障措施，在施工过程中必须制定一些有针对性的安全操作规程，供操作工人遵守、学习，确保挖孔桩人员及结构物的安全。
五、    经济效益比较
挖孔桩与钻孔桩每米成本比较
项目名称        1.5米桩基        1.8米桩基
人工挖孔        人工挖孔        200        260
        护壁C30        250        290
        浇注桩芯C30        547.96        789.01
        总造价        997.96        1339.01
回旋钻机成孔        埋设钢护筒        427.5        427.5
        回旋钻机钻孔        382        382
        灌注水下砼        762.54        1097.98
        总造价        1572.04        1907.48
注:护壁C30按壁厚平均为11.5cm计,钢护筒按0.5t计.挖孔桩按《四川省建设工程计价定额》,钻孔桩按《交通部公路工程预算定额》(95)，钻机成孔未计造泥浆等费用。表中数量单位均为元。
六、    结束语
我部从二零零零年十月十八日开始进行挖孔桩施工，仅用了三个月的时间就完成了全桥253桩基础，为全桥工期提供了有力的保证。
同时人工挖孔桩因其承载能力大，施工质量容易得到保证，施工速度快，施工组织较简单，成本低等优点，在现代桥梁施工可被广泛采用。

　　　　　　　　　　　　　　　　　

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cjyshz

人工挖孔桩还是有适用的地方的！
不是全国都适用的！

lqcyyl

是呀，人工挖孔桩比钻孔桩经济一些！

liuhecaixjj

人工挖孔桩偏移

ooxingxing

有没有图片呀 ?

xh19hjm

桥梁桩基人工挖孔是经济环保，但是你所说的不具有代表性。这是工程项目单一性的特点

qianyangsxg

是成铁工程局施工吗？见过完工以后的照片