重岭山区桥梁桩基人工挖孔桩成孔技术解析

重岭山区桥梁桩基人工挖孔桩成孔技术解析

李益鹏

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，西安市 710065）

摘要：近些年随着中国经济的发展，公路交通工程发展迅速，全国公路逐步形成横连东西、纵贯南北的高速公路网。根据《公路水运工程淘汰危及生产安全施工工艺、设备和材料目录（第一批）》，在公路桥梁施工中，人工挖孔桩技术因为危及生产安全已经开始限制使用，但是在重岭山区、施工狭小区域等外部环境特殊位置且机械设备无法到达的区域仍旧可以使用，因此研究确定合理可行且能最大限度保证施工人员安全的人工挖孔桩技术，更好的管控好桩基施工质量，确保桩基工程妥善完成仍是我们需要持续探索和总结的。

关键词：重岭山区；桥梁工程；人工挖孔桩。

1.引言

公路桥梁设计施工一般情况是为了跨越海洋、河流、山涧、沟壑、房屋建筑、其他交通设施或者满足道路坡度而设计的桥梁工程。设计的目的一般是为了缩短道路距离、缩减成本。随着我国工程技术的完善与发展，桥梁技术越来越先进，本文主要介绍的也是现在桥梁施工技术相对成熟的桥梁桩基施工技术，桥梁桩基技术已经得到广泛应用的技术主要有：人工挖孔桩、机械挖钻、冲击成孔等方法。人工挖孔桩相比较机械成孔有造价低、适用范围广、工艺简单、施工进度较快等优点，但人工挖孔由于人工井下作业，存在安全风险高、安全管理难度大、依赖人力等缺点。随着社会发展，新技术应用和我国人文情况变化，人工挖孔桩技术正在走向没落。但根据国家整体规划，近年来和未来几年，公路施工大多向偏远山区和贫困地区发展，此部分道路工程施工多在山涧和沟壑地带，如云南、贵州高原山区等地。山区桥梁基础大多位于陡坡上，桥梁桩基施工时，由于交通不便，水资源缺乏，冲击钻机、旋挖钻机等大型设备无法到场，无法实施机械钻孔，人工挖孔桩也有了生存余地。

结合此前在云南重岭山区某桥梁工程项目的实际情况，此项目就是因为项目桥梁桩基工程量大、地形受限等问题困扰，过程中经过分析主要考虑以下几个方面：

（1）、后期桥梁下部结构、上部结构任务繁重，如果桩基成孔过慢，会造成工期滞后。

（2）、加之部分桩基现场地形狭小，大型机械设备进场钻孔需要对孔桩四周大量回填，并需设置挡土墙加固。

（3）、根据现场地形分析，随着大量土石方开挖回填，云南红河属于多雨地区，会造成很大临边防护的安全风险。

（4）、更大的施工场地必然会造成征地超量、成本控制、环境破坏等因素。

经最终评判研究，部分桩基成孔施工采用了人工挖孔成孔技术。目前该项目已经验收通过，施工过程中安全、质量可控，已圆满完成项目通车验收。现就本工程施工过程中的人工挖孔桩工艺简要论述，旨在为类似工程施工提供经验借鉴。

图1.1 已建成云南重岭地区公路桥梁工程照片

2.人工挖孔桩施工工艺介绍

2.1测量放样

根据桩位图纸测量人员放样出桩位，人工配合机械平整场地，并根据图纸确定桩径及锁口尺寸。场地大小需考虑卷扬机、提升架、混凝土运输、出渣通道、临时弃料坑等，场地平整可适当开挖、回填，桩基尺寸2m范围内不得弃渣或堆料，避免对桩孔施加外部荷载。

2.2孔口锁口施工

桩基孔开挖，首先完成孔口锁口及操作平台施工，孔口用混凝土制成锁口护圈，高度应高于地表30cm以上，宽度一般不小于50cm。护圈应和第一层护壁一起浇筑，设置加强钢筋一般为Ф10钢筋网片，第一层护壁深度以80cm～100cm为宜。护圈浇筑后，初凝前应在其上埋四颗50mm的钉尖朝下的铁钉，铁钉埋置位置在任两根相垂直的直径延长线上，尽量在护圈厚度的1/2处，以便随时通过其连线交点检查孔壁的垂直度和圆顺度。浇筑护圈完成后，孔口四周开挖排水沟，及时排除地表水。孔口锁口如图1.2、1.4所示。

图1.2 孔口锁口示意图

2.3垂直提升及通风、照明、安全设施安装

挖孔桩出渣垂直提升设备采用卷扬机，安装前修筑基底平台，平台应平整稳固。提升设备应结构稳定、操作方便，并配备一整套安全防护措施，降低施工风险，作业期间需定期检查其使用性能，确保设备完好。卷扬机必须配备限位器、断路器、紧急刹车等装置，预防突发紧急情况。

图1.3 孔口提升设备及安全防护示意图

当桩孔施工深度超过10m后，应进行井下强制机械通风，加强空气的流动，防止有毒气体对人体的危害。井下作业应配备对讲机、信号绳、安全防护绳、有毒有害气体检测仪器。操作时上下人员轮流作业，孔上方人员必须密切观测桩孔下人员的情况，互相呼应，以预防安全事故的发生。井底照明必须用低压电源（12V），照明灯具采用带罩的防水、防爆灯，电缆为防水绝缘电缆，并应设漏电保护器。在人工挖孔桩孔口设置防护栏杆，并悬挂安全警示标识牌和桩基标识牌，夜间设置安全警示红灯。每天收工后及时用孔盖遮盖孔口，防止人员坠落。在距井底2m左右的护壁凸缘上设置半圆形的安全护盖，出渣时，孔内作业人员应位于护盖下。孔内作业人员必须戴安全帽、系安全带。工人进出孔内时由钢爬梯上下，严禁采用提升设备上下。

图1.4 孔口防护

2.4开挖及护壁施工

2.4.1孔内开挖

根据桩径和护壁厚度确定开挖尺寸，前期开挖一般采用镐、锹、风镐等工具开挖，利用土筐将开挖料收集进吊桶，每次装土2/3为宜，卷扬机运输时，井底开挖人员暂停施工，并在护盖下躲避。上部人员倒渣完成后，放置空桶至孔底，继续施工。当挖孔过程中遇到有硬岩层，人工不能开挖时采用爆破或水钻施工。爆破施工时，由专业人员根据地质情况布置爆破孔，利用风镐或手风钻造孔，炮孔深度根据桩径大小、岩石坚硬程度及炸药种类确定。桩径大，岩石强度低，炸药威力大，炮孔应深些，反之应浅些。炮孔的最大深度不大于桩径的0.5倍为宜。每层开挖完成后对本层渣样做好留存，以备后期地质编录和验收。

2.4.2护壁构造

护壁采用钢筋混凝土护壁。桩孔每下挖一节（一般为1m，地质条件差的可按照0.5m开挖）立即浇筑护壁一节，护壁外侧与孔壁之间填充密实。根据路桥施工计算手册结合类似项目相关经验，一般情况护壁上口厚度为15cm，下口宽度为10cm，上下护壁搭接5cm，以保证护壁的支撑强度。护壁厚度如图1.5所示。

图1.5 护壁示意图

2.4.3护壁配筋

竖向Φ10@150mm主筋均匀布置，环向Φ10@150mm 圆形箍筋，上下护壁间竖向钢筋搭接长度30cm，主筋握成弯钩，上下弯钩形成整体，以增加抗塌孔能力。

2.4.4护壁模板

模板采用圆台形钢模拼装而成，拼装紧密，支撑牢固不变形，模板底与每节段开挖底土层顶靠紧密。护壁模板上、下节重复周转使用。模板上下节之间固定牢固，在每节模板的上下端各设一道用角钢做成的内钢圈作为内侧支撑，同时用方木做水平横向支撑加固牢固。模板预先进行对中检查。

2.4.5护壁混凝土

采用与桩身混凝土强度等级一致的混凝土，掺入一定剂量的早强剂。每节挖土完毕后立即立模浇筑，模板（每套0.5m，一般2套合并使用）分层安装，分层浇筑，分层振捣密实。护壁混凝土浇筑采用吊桶运输入仓，振捣采用小型振捣棒插入振捣，保证混凝土不再沉落，表面不在出现气泡、浮浆为宜。每节护壁浇筑前后，必须在孔口用“十”字线对中，然后由孔中心吊线检查该节护壁的内径和垂直度，如不满足要求随即进行修整，确保同一水平上的护壁任意直径的极限差值满足相关要求。

2.4.6废渣处理

前期孔内3～4米开挖废料，可根据现场境况进行最近堆放，平整施工场地，后期根据场地情况，就近设置弃料坑，根据坑内弃料情况安排机械设备清理运输至弃渣场。部分弃料也可根据现场实际情况用于现场施工便道的修筑。严格控制现场挖孔桩随意孔口弃料，避免弃料堆跟随雨季地表径流产生滑坡和塌孔风险。

2.5开挖终孔验收

桩基成孔自检合格后及时使用钢筋网片或者钢板覆盖，防止东西掉落，行人安全。向监理工程师报验现场终孔。对孔径、孔深、桩位中线、垂直度、孔底沉渣厚度、地质渣样等进行检查。孔深、垂直度采用测绳和吊线锤检测，桩位中线根据锁口护桩通过全站仪测量计算检测，沉渣、渣样依据实际情况检测。此处主要对孔径检测进行介绍，孔径采用检孔器入孔检测，检孔器用钢筋制成，高度为桩径的4～6倍，直径与设计桩径相同。检测时，将检孔器吊起，使笼的中心、孔的中心与起吊钢丝绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于笼径，若中途遇阻则可能在遇阻部位有缩径或孔斜现象，应采取措施予以消除。

图1.6 检孔器示意图

验收满足设计及规范要求后，及时清理孔底虚土、松渣、杂物、沉淀泥土，排除孔内积水，及时采用混凝土封底，防止因不能及时灌注混凝土导致桩底扩大坍塌，封底混凝土厚度为20～30cm。验收完成后及时安装钢筋笼和灌注，随后展开临近桩基开挖施工。

3人工挖孔桩施工过程中的管控重难点

根据现场施工经验总结以下几个重要控制要点供大家参考：

3.1安全管理

（1）检桩时首先观察桩基四周地形情况，临边、桩底位置、四周地质情况必须确保安全，并符合设计要求，如临边危险、地质条件差、挖桩过程中存在沙漏等不符合设计要求的禁止开孔挖桩。

（2）人工挖孔桩主要依靠人力开挖，作业人员工作强度大、安全风险高、施工场地狭小等，所以每次作业前组织班前教育，详细说明孔内作业流程及注意事项，并在下孔前检查作业设备性能。

（3）特殊地质条件孔内在一定深度可能存在有毒有害气体，空气稀薄等情况。作业前及作业中对孔内气体要做到时常监测，检测到孔内气体稀薄时及时进行通风换气，保证孔内空气流通，检测空气指标达到要求后，再继续作业。

（4）开挖过程中如需用炸药，炸药一定要严格管控，非爆破人员一律不得接触炸药、雷管和其他爆破器材。

（5）挖孔施工时相邻两桩孔宜间隔交错跳挖。采用混凝土护壁支护的桩孔，应确保混凝土强度等级及其质量符合设计及规范要求，且挖孔作业时必须控制护壁的节段高度，挖一节浇筑一节，严禁开挖冒进不及时浇筑护壁的冒险作业。

（6）工人进出孔内时由钢爬梯上下，严禁采用提升设备上下。

（7）操作工人由于工作强度大、作业空间受限、作业风险高、薪资发放等原因难免情绪激动，管理人员平常要多了解现场作业人员作业中的情况，多细心沟通、安抚，尽量为作业人员提供一个好的作业环境。

（7）严格验收防护、提升等操作设备，设备性能有缺陷的不得进场，并在作业期间定期检查其使用性能，确保设备工作期间安全使用。

（9）卷扬机必须配备限位器、断路器、紧急刹车等装置，吊装钢丝绳不能有断丝，架体要牢固。

（10）孔内护盖设置的位置及稳固性严格抽查，及时更换，弃渣坑弃料清理及时情况，临边防护栏杆，排水沟畅通情况也是平常检查管理的重点。

3.2检测验收

（1）成孔验收首先检测渣样是否与设计勘察情况相符，嵌岩桩进入弱风化层必须达到要求，摩擦桩要严格控制桩长满足设计要求。

（2）测量监测桩位、锁口、桩顶高程、孔径大小、桩长、垂直度、护壁弧度等满足规范、设计要求。如孔径、垂直度有少量偏差及时凿除，完成后用砂浆封闭。

（3）检测沉渣是否满足规范、图纸要求，孔底是否已封闭。

3.3突发问题处理

（1）人工挖孔过程中可能会遇到地质条件突变等情况，根据现场实际情况合理采用相应措施，完成孔桩施工。如部分孔桩遇到流沙、地下水等情况，先采取水泵抽水，利用秸秆环插，及时浇筑护壁封堵（护壁混凝土可适当多加早强剂），实在情况严重的及时撤离现场，并上报。

（2）孔内突然地质变化，岩石坚硬，可减少爆破深度，增加爆破孔，适当增加炸药量。也可采用水磨钻取芯后再使用炸药爆破。

（3）开挖过程中突遇溶洞，观察溶洞大小，小溶洞可根据设计要求采用桩基同标号混凝土回填或高标号浆砌石回填等。

4结束语

桥梁机械成桩技术随着科学技术发展，越发先进成熟，但人工挖孔成桩在高山重岭山区依然显现出其独有的优势。在上述项目中通过采取高标号混凝土、高锁扣、排水沟等更好的提升了孔口的稳固性；护壁混凝土添加早强剂和增加钢筋，更好的确保孔内孔壁的安全稳定；孔内下部设置护盖，避免掉渣，更好的保证下方人员的安全；其中部分岩石坚硬的桩孔开挖采用了水磨钻取芯工艺，减少了炸药用量，更安全的完成孔内开挖。

在后续的人工挖孔桩施工管理过程中我们应与时俱进，在注重孔桩工程地质和水文地质情况，因地制宜的确定护壁支护方式，优化完善施工工艺的同时，通过采用更加先进、安全的成套孔口防护提升设施，增加更先进的自动化在线预警监控设备，积极推广应用自动化、智能化更高的新技术，大胆的发挥人工挖孔桩的优点，规避其缺点，使人工挖孔桩技术得到更大的发挥空间，应用到更多的施工现场中去。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通运输部《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）；

[2]《地下有限空间作业安全技术规范》（DB11T 852 2019）。