复杂高陡地形塔吊出渣人工挖孔桩施工技术研究

刘鹏，张家明，钟华柒，魏波，邓小军

（四川省交通建设集团股份有限公司市政分公司，成都610000）

1 引言

由于中国公路建设正逐步向山地、深山区等复杂地形、地质情况区域发展[1-3，5]，大型机具已难以进场，桥梁桩基只能采用人工挖孔桩施工并通过塔吊出渣。现场施工中，人工挖孔的位置在复杂高陡横坡、松散堆积体、覆盖层厚度大的边坡上。挖孔过程会剧烈扰动原稳定土体，从而增加坡体的形变，影响桥梁桩基孔径[4-6]，甚至会导致桩孔坍塌。常规的人工挖孔施工技术不能保障成桩安全。因此，有必要对人工挖孔桩进行研究。

2 工程概况

G4216 线屏山新市至金阳段高速公路XJ14 合同段，起止桩号K75+240～K79+932（含安寨坪互通），主线长5.134 km，主体工程由马鞍山出口段隧道（左右线）、安寨坪1 号大桥（左右线）、安寨坪2 号大桥（左右线）、西苏角1 号隧道（左右线）、一个互通（包括A、B、C、D、E 匝道，E 为连接线）组成。主线桥梁共计1 312.5 m/2 座（折合整幅桥），其中，大桥1 312.5 m/2 座；匝道桥梁共计2 460.08 m/12 座，其中，大桥2 116.34 m/7 座，中桥343.74 m/5 座。主线设计为双向四车道，设计速度80 km/h，汽车荷载等级为公路-I 级，主线桥隧比99%。A、B、C、D、E 匝道设计速度40 km/h，回头曲线设计速度20 km/h。合同总工期48个月，造价约10.57 亿元。

3 技术创新要点

运渣采用塔吊辅助运输，人工挖孔出渣采用门式定型化提升架，对于桩孔内石方开挖采用水磨钻挖孔，桩孔口设有带有缓降器的封底混凝土浇筑装置。孔内采用轴流式风机压入送风，孔壁上设置下桩孔的专用爬梯，爬梯上设有可移动式防护网棚，爬梯上等距设有安全平台。

3.1 门式定型化提升架配合塔吊运碴

在高陡边坡下方设有运输塔吊，井口设有出渣用的门式定型化提升架（见图1 和图2），并配置起吊用料桶及提升卷杨机。定型化提升架为“门式”支撑结构，主要由顶部横梁和支撑杆组成，其底部外侧设有防护栏杆，门式定型化提升架顶部横梁上设有提升卷扬机，钢丝绳下方设有运渣料斗。

图1 出渣筒安装施工模拟图

图2 塔吊配合门式定型化提升架运渣施工示意图

人工挖孔出渣由门式吊吊出至孔口，在孔口施工平台一侧设置一个出渣储料桶，门式吊提渣至孔口后直接倒入储料桶中，当储料桶中渣土容量达到桶容积的2/3 时，由塔吊信号工通知操作员及时吊运渣土至施工便道上等待的运输车辆内，吊运时桩基作业人员应暂停作业，防止落土、石对人员造成物体打击伤害。

在人工挖孔桩施工区域设置临时弃渣存放点（储料斗），然后利用塔吊转运到自卸汽车上，再运到弃土场。为避免石渣砸伤人，在吊装出渣筒以及卷扬机提升吊斗时，工人进入孔下采用专用爬梯，爬梯上设有可移动式防护网棚内。

3.2 水磨钻工艺原理

如图3 所示，钻孔采用钻筒、水泵以及水磨钻机等设备施工。每个钻筒配置7 个刀头，1 个水磨钻机配备3～5 个钻筒。钻筒钻孔深度50～60 cm，内径为14 cm，外径为16 cm，壁厚为l cm。在钻孔位置逐次钻孔并取芯，各孔互通，待钻孔成环后，分离桩壁和桩芯，形成芯桩临空面。

图3 水磨钻挖孔施工流程图

3.3 改进的封底混凝土浇筑装置

如图4 所示，孔口设有封底混凝土浇筑装置，同时孔口配备安全防护罩，封底混凝土浇筑装置由浇筑支架、混凝土斗、混凝土储料斗和浇筑导管组成，汽车吊将混凝土斗悬吊在混凝土储料斗上方，混凝土储料斗与浇筑导管连接并搁置在孔口的浇筑支架上，浇筑导管等距设有缓降器。

图4 改进的封底混凝土浇筑装置施工示意图

4 工艺流程及操作要点

复杂高徒地形塔吊出渣人工挖孔桩施工流程如图5 所示。

图5 复杂高陡地形塔吊出渣人工挖孔桩施工工艺流程图

4.1 场地平整

一般情况下，坡面杂物采用装载机、挖掘机或人工清理。设置排水系统及规划道路及机料堆放位置、渣土堆放位置。

4.2 测量定位

放样测量采用水准仪和全站仪。开孔前，桩基中心坐标数据利用全站仪放测并校核。

4.3 锁口防护

护壁混凝土在孔口位置应比地面高出30 cm，用C20 混凝土对护壁混凝土外侧1 m 范围内进行加固；不得将机具、杂物及土渣堆集于孔口；采用钢管扣件安装牢固或定制成品的防护围栏布设于孔口四周。

为防止提升出渣桶时发生事故，行程限制器需配备在提升设备上。为便于孔内作业，需沿孔壁安装钢制爬梯。

4.4 桩孔开挖

挖孔桩需隔桩开挖，应自上而下对高边坡进行分级开挖，挖到各级平台后，施工坡面防护工程。若遇坚石，宜采用水磨钻开挖，桩孔中心的岩柱采用人工破碎，门式定型化提升架吊运出渣。（1）安装第一节护壁模板。内齿下喇叭形护壁施工采用组合方钢模，钢模板厚≥4 mm，模板高0.5～1 m（需依据工程调整）。混凝土护壁几何尺寸为：抗滑桩下口壁20 m 厚，上口壁20 cm 厚，桩基下口壁25 m 厚，上口壁25 cm 厚。（2）浇筑第一节护壁混凝土。护臂混凝土浇筑前，应检查组合方钢模安装质量。（3）安装运碴定型化提升架。首先平台为人工挖孔提供一个操作平台，便于门式吊机的安装，并满足吊装承载力要求；其次，平台上必须设置储料斗的放置位置，便于门式吊出渣后直接倒置在储料斗中，然后利用塔吊出渣。

4.5 安装专用爬梯

在现场加工成型钢爬梯（或采用成品钢制爬梯），为便于装拆，每节段长度1.2 m。爬梯用直径16 mm 的一级光圆钢筋焊接，竖向钢筋与U 形踏步焊接。为保证爬梯稳固，爬梯焊接在孔口处16 mm 的预埋钢筋上。

4.6 钢筋笼制作、安装

在工厂加工钢筋笼成型，并运送至现场，用提升装置将钢筋吊入桩孔内，并进行验收。

4.7 钢筋骨架安装

起吊时用扁担法，采用十字内撑架加固，间距2 m，以避免钢筋骨架吊装时发生形变。为防止钢筋笼下放时碰到孔壁，提升装置吊放钢筋笼时，应对准孔，并保证垂直。

4.8 混凝土浇筑

利用导管法浇筑混凝土，利用φ300 mm×10 mm 的无缝钢管制作导管，对接处为快速螺纹接头。浇筑时，导管埋深控制在2～9 m，混凝土缓凝时间控制在约10 h，坍落度控制在18～22 cm。

4.9 成桩

当覆盖层、堆积体有滑动迹象时，宜采用早强、速凝混凝土。

4.10 终孔检查处理

桩孔挖至设计标高后，处理孔底，经验收合格后方可终孔，然后开始下一道工序。

5 结论

本文结合G4216 线屏山新市至金阳段高速公路XJ14 合同段中的人工挖孔桩工程实例，人工挖孔出渣采用门式定型化提升架，门式定型化提升架顶部横梁上设有提升卷扬机，有效地提高了运渣和出渣的施工效率，加快了施工进度。本技术中孔口设有封底混凝土浇筑装置，混凝土储料斗与浇筑导管连接并搁置在孔口的浇筑支架上，浇筑导管等距设有缓降器，保证了桩体混凝土浇筑质量，与人工转运相比，综合节约造价12%～15%，工作效率提高2～3 倍，社会经济效益显著。