xx高速公路特大桥人工挖孔灌注桩的质量与安全控制.docx

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xx高速公路特大桥人工挖孔灌注桩的质量与安全控制

XX高速公路特大桥人工挖孔灌注桩的质量与安全控制

摘要：

本文结合某特大桥工程施工实践，着重介绍该桥在施工过程中人工挖孔桩的主要施工质量控制过程,提出了施工中的安全控制措施及岩石风化程度的判别和桩长确定原则建议。

关键词：

挖孔灌注桩；施工工艺；质量；安全

本文以某高速公路特大桥为例着重阐述人工挖孔灌注桩施工工艺及质量、安全控制。

一、概况

某特大桥位于该高速公路建设项目SK19+494.596处，桥长2620.332m,上部为65孔×40m预应力连续箱梁,桥净面宽2×10.75m,下部为双柱式墩，灌注桩混凝土基础,桩基直径分别为1.6、1.8、2.0、2.2m四种。

地质结构为第四系全新统亚粘土，卵石，漂石，碎石，块石。

第四系上更新统亚粘土，卵石，漂石，中元古界深变质岩层，第一层（pt21）岩性主要为长岩，局部地段揭露有（pt22）的大理岩，分布很少。

开始施工时采用冲击钻机进行成孔，钻孔进度缓慢，日进度15—50cm，加之供电不足，沿线植被茂盛，钻孔排污较严重。

按照该项目建设环保原则，经多方论证，对部分桩基采用了人工挖孔法施工，在满足设计要求情况下，施工进度明显加快，施工中挖孔的最小直径为1.6m，挖孔的最大深度为30m,超过了规范提出的人工挖孔的适用范围。

二、施工工艺和质量控制

桥梁挖孔桩的工艺流程包括；施工前准备→测量放样→人工挖孔→混凝土护壁→成孔检验→钢筋制作、安装→混凝土灌注→成品检验。

这里主要介绍施工准备、人工挖孔、混凝土护壁、混凝土灌注等施工。

（一）施工准备

1、平整施工现场

清除坡面危石、浮石，坡面如有裂缝或坍塌迹象的加设必要的保护措施,产除松土层并夯实；做好施工平台，在陡坡位置采用往下挖土的方法施作平台。

保证施工护壁外则平台宽度大于1.0m.

2、施工测量

施测墩台中桩,确定准确位置。

设护桩并经常检验校核。

3、孔口排水系统

为防止雨水进入桩孔。

在孔口四周挖设排水沟，作好排水系统及时排出地表水，在孔口搭设防雨棚，防雨棚应与提升架相适应。

4、安装提升设备及出料

根据孔深需要，采用电动葫芦及电动卷杨机作提升设备，安装提升设备时，首先要考虑进出料、出渣方便，灵活，拆装容易，还应注意吊斗容量与提升能力相适应，起重安全系数≥3。

挂钩及吊头要牢固，人员上下要设绳梯或安全绳，通风设备齐全。

同时布置好出渣道路，为了环保弃渣尽量先布置在距孔口10M以外，以减少其孔壁的压力，采用人力车接渣推出，待成孔后在弃止指定弃渣场。

（二）人工挖孔

1、开挖顺序

为了确保施工工期及桩基成孔率达100%，桥台对角开挖，桥墩按墩号依次排列开挖。

半山坡陡坡先开挖最上桩孔，成孔灌注后再挖下桩孔。

2、开挖方法

从原地面开挖桩孔，在原地面孔井处，以桩中心点大于设计3～5CM的直径，并高出原地面20-30CM施作第一圈混凝土护壁（混凝土护壁厚度一般为不﹤10CM）待混凝土凝固后，将桩心点十字法引入混凝土护壁孔口上，以便随时校正。

对于土质、砂砾、漂石层，由人工从上向下逐层开挖支护，每节开挖深度视土质情况为50-100CM，施工主要工具为镐、锹先挖中间后挖四周，开挖直径每节上部比桩径大12cm，下部比桩径大22cm。

弃渣装入吊筒内用卷场机提升至孔外，挖掘时，不必将孔壁修成光面，孔壁凹凸不平有利于增加桩壁摩阻力，对于粒径较大的孤石、漂石可用钢钎破碎，必要时用风钻在其中心打眼.预以爆破。

对于岩层开挖，风化岩采用空压机风镐凿除。

开挖时遇有坚硬岩层，风镐无法进时，采用钻孔爆破，严禁裸露药包爆破，以免震坏支撑，或者造成孔壁坍塌，本着浅眼松动爆破的原则，炮眼布置宜在桩心布一孔，共余距孔壁30CM，孔距40CM呈圆形布置。

软岩、风化岩深度不超过70CM，硬岩层不超过40CM.炮眼布置数目，位置及插入方向应视孔底岩层情况决定。

这里建议采用中心掏槽法，松动爆破要严格控制药量，主要参数按下式选定：

（1）最小抵抗线W=（7～20）D，D为钻孔直径；

（2）炮孔间距阿a=（0.6～0.8）W；（3）单孔装药量用线装药密度QX表示即：

QX=ｑ×a×w.（ｑ为松动爆破单耗药量）。

若孔内有水，炮眼渗水时应采用防水套药包，孔深大于5m时必须采用电雷管引爆。

爆破后先通风排烟，经检查无毒后，施工人员方可下井继续作业。

（三）孔内排水

孔口四周除排水沟拦截地表水外，同时孔内抽出的地下水要及时运引排放。

以防止孔口积水渗透，加大孔壁压力而塌孔。

孔内渗水量不大时可用提升排出，若出现水量较大的情况时影响施工，可在施做混凝土护壁时，在孔壁上预留泄水孔（钢管或塑料管）。

待混凝土凝固后再用麻絮加木塞堵住集中泄水，使水在土层中下泄集中于孔底，然后用机械抽水，或者视孔内渗水情况采用渗水量大的一孔超前开挖，集中抽水，以便降低其它孔内水位，同时如有少许渗水及时排除，及时支护。

（四）混凝土护壁

（1）当孔内地质结构为碎石、土、漂石、全风化岩石时采用混凝土护壁，混凝土护壁支护采用人工施工，即：

每挖100cm立模灌筑混凝土。

渗水较大时，每50cm灌筑一节护壁，厚度不小于10cm.（见1-1图示）

I-I图

（2）护壁模板采用定型钢模拼装，一般分节长度为0.5～1.0Ｍ，护壁成锥拔式（即下口比上口大10ｃｍ）。

每节护壁预留5cm的台阶.以便下节混凝土灌筑时可以分层捣实，模板中心与桩中心准确定位，支护牢固。

（3）护壁混凝土必须用机械拌和，严禁使用人工拌和。

（4）护壁混凝土标号按照桩身C25混凝配合比执行，坍落度控制在5-7cm范围内。

混凝土通过模板上沿与护壁的10cm间隙填入.用钢钎插捣配手捶击打模板密实。

并留作试件，在混凝土强度达到2.5MPa时，方可拆模。

（5）每一节护壁施工.必须检查孔径（不小于设计值），孔的倾斜度（小于0.5﹪），护壁厚度（要保证不小于10CM）。

（6）对于石质坚硬岩层地段孔壁稳定的，可不进行混凝土护壁。

（五）灌注混凝土

（1）桩孔完成报请验收后，及时安放钢筋笼，灌注混凝土。

（2）当孔底及孔壁渗入的地下水上升速度较小时（参考值小于6mm/min）,可采用在空气灌注桩的方法（也称干洗法），混凝土坍落度小于水下灌混凝土。

采用φ300mm导管或串筒下挂，灌注时导管距孔底（或混凝土面）高度不大于2m，混凝土通过导管或串筒自由下坠，导管应对准桩中心。

开始灌注时，孔底积水深度不超过5cm，灌注的速度尽可能快，使混凝土对孔壁的压力尽快的大于渗水压力，以防止渗入孔内。

（3）孔内混凝土一次性连续灌注完毕，尽量缩短混凝土的灌注时间，使混凝土灌注工作在首批混凝土初凝前完成。

（4）距桩顶2Ｍ以下灌注的混凝土，依靠自由坠落捣实，在此线以上灌注的混凝土用振捣器捣实。

混凝土塌落度控制在8-10cm。

（5）混凝土灌注至桩顶后，立即将表面离析的混合物和水泥浆等清除干净并覆盖。

三、安全控制措施

（一）建立和健全各项安全生产制度

（1）项目经理部及施工作业队组建安全建设管理小组.明确安全责任人，负责施工生产过程的安全教育，安全检查，安全培训工作，规范施工，确保施工安全。

建立交接班制度。

必须交清本班施工存在的问题，提出下班应注意的问题和事项。

（2）建立呼应制度。

井上井下随时呼应，以防止孔下发生意外，孔上不清楚。

（3）制定放炮制度。

严格遵守爆破操作规程，孔深超过10m时应增设通风输氧设备，放炮通风排烟后人工下孔前，必须检查孔内有害气体浓度（SO2含量小于0.3%），防止中毒（用生活常识试验观测是否正常）。

（二）落实安全控制措施

（1）人工挖孔对吊具设备和孔壁的稳定性等应经常检查，施工人员下桩孔的吊篮,软梯及吊装设备等上下班前检查是否牢固。

（2）孔口出土（渣）机具应专人管理，并设置安全围栏，应悬挂警示灯照明设备应齐全，孔口应设备罩盖及标志一般能确保工期的情况下夜间不宜人工挖孔。

（3）孔口和孔内的挖土作业人员的头顶部位应设置护盖，孔下施工人员必须配戴安全帽，取土吊斗升降时，挖土人员应在护盖下工作，相邻两孔中，一孔进行混凝土护壁浇注时，另一孔的挖孔人员应停止作业，并撤除，起吊渣时孔下作业人员应用盖板护身。

（4）挖孔作业人员下孔作业之前，应严格检查各种安全设施的完好性，作业是否处于安全状态，支护是否牢固，稳定，并用鼓风机或空压机将孔内空气排出更挽，采取通风措施，如没有安全可靠的措施不得进行孔内各项施工。

（5）人工挖孔深度超规定时，增设机械通风，当凿除岩层时，应增大通风量。

人工开挖时，操作人员必须配合，孔下人员不得携带火种，禁止酒后上岗，严禁嬉笑打闹，带好安全防护用品。

孔底面照明电压为12-36V，进孔线路均应使用绝缘吊线并按规定的高度用瓷瓶悬挂牢固，电线不得接在铁件或铁钉上，施工人员必须坚守岗位，施工现场用电线路和照明设备必须有专业人检修设备，检修电路时应切断电源，在孔下使用照明器材必须采用防水防爆型。

（6）孔口应有通风井盖（一般用￠14钢筋焊接成网片）只有当提升吊筒时，才可打开井盖。

提升用钢丝绳必须每班检查一次.其余安全系数必须＞3，不得有断丝，钢丝直径减少10％必须更换.有接头钢丝绳不得使用。

提升装置必须设置下列保险装置：

防止过卷装置；防止过速装置；过负荷和欠压装置；限速装置；保护装置；安全回路等保险装置。

操作人员在升卷扬机时应缓慢、匀速进行，不得快速或突快突慢。

（7）严格管理爆破器材，爆破作业应满足《爆破安全规程》（GB6722-86）有关规定，作业人员必须持证上岗，洞内爆破不得使用黑色火药，应使用安全炸药，采用电雷管爆破应加强电源管理，防止漏电引爆，作业时严禁周围有明火，严格申报审批制度。

作好安全检查，防护工作。

（8）施工人员必须具有安全知识，具备急救常识，建立管线保护措施，防台防讯安全措施。

做好防暑降温工作，避免疲劳作业，注意饮食卫生。

四、岩石风化程度的野外直观鉴别

岩石风化程度性直观判别内容为：

岩石的`颜色，结构构造，矿物成份，软硬程度，钻进的速度等。

1、全风化

（1）岩石结构已全部破坏，仅外观保持原岩石状态；

（2）岩体被风化裂隙分割成体状；（3）除石英外其它矿物均变质成次生矿；（4）碎石可用手捏碎，手摇钻可钻进。

风化系数K1>0.8（注：

风化系数（K1）等于风化岩石与新鲜岩石的饱和单轴抗压强度之比）。

2、强风化

（1）岩石结构已部分破坏，构造层里不甚清晰；

（2）岩体节理裂隙分割成块碎石状（2-20cm）；（3）矿物成份已显著变化；（4）锤击声哑、碎石可用手捏断，用镐可以直接挖掘。

风化系数0.2≤K1≤O.4。

3、弱风化

（1）岩石结构未破坏，构造层理清晰；

（2）岩体被节理裂隙分割成块碎状（20~40cm），裂隙中填充少量风化物。

（3）矿物成份基本未变化，仅沿节理面出现次生矿物；（4）锤击声脆，石块不易击碎，不能用镐挖掘，岩心钻不可钻进。

风化系数0.4

XX文库-让每个人平等地提升自我4、微风化

岩质新鲜，表面稍有风化迹象。

风化系数K1>O.8。

五、关于桩长确定的原则建议

在同一座大中、特大桥的一联中，不宜同时采用摩檫桩和支承桩（尤其是连续梁结构形式的桥梁）。

桩底标高的确定：

（1）对于桩基已达到设计标高。

作为支承桩，桩底持力层岩层状况需与地质报告吻合，若发现为软质或弱风化以上风化岩时，则桩底须嵌入弱风化层不小于3米或微风化层不小于1米，支承桩的清孔需清干净，孔底水平，受力钢筋下到底部。

（2）对于桩底已达到设计标高与地质不符时，原设计为摩檫桩：

持力层上移埋深发生变化，在长径比Ｌ/Ｄ﹥15～20时，若持力层为中等风化以下岩石，桩端进入弱风化层2.０～１.５Ｄ以上即可，但需经设计师验证。

原设计为支承桩：

支承岩面岩性有变化时，且在桩基弯矩零点以下，桩基嵌入微风化或新鲜岩石不小于1M，当桩挖至标高以后，仍未见岩层的应继续下挖至岩层或请设计师、监理、业主现场确定变更。

（3）现行《桥规》对支承嵌岩桩的计算规定与实际受力状况稍有差异，地质变化比较复杂时，应在施工前安排试桩，验证设计。

六、结语

某特大桥所有人工挖孔灌注桩经专业检测机构采用灌注桩内超声波检测，质量均大到Ａ类桩，也未发生安全事故。

总结该工程实践可以得出以下结论：

（1）挖孔桩施工机具设备简单，施工操作方便，占用场地面积小，环境污染少，施工过程直观，可多点展开施工，缩短工期，造价低等优点。

在地下水位低、地质较复杂、水源缺乏时，不失是一种经济、安全、质量可靠的灌注桩成孔方法。

（2）岩石风化的程度及桩底标高判断是否准确，直接关系到挖孔桩的使用质量。

对桩底标高达不到设计要求的桩基，由设计、施工、监理、业主单位四方现场共同取样并经设计确认，填写挖孔桩终孔检验认可单。

（3）只要地质情况允许，通过争取可靠的技术及安全防护措施，完全可以突破规范及桥涵施工册中规定的使用范围，达到设计的理想效果，某特大桥人工挖孔桩为突破圆桩“孔深大于15米时一般不宜采用人工挖孔”的施工使用范围提供有力的实践证明。

参考文献：

[1]JTGTF50-2011《公路桥涵施工技术规范》[Z].

[2]TGF80/1-2004《公路工程质量检验评定标准》[Z].

[3]JTGD63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》[Z].