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超大尺寸矩形人工挖孔桩施工李庆中铁建设集团有限公司厦门西客站项目部摘要：以厦门西客站刚架结构铁路桥桩板墙的人工挖孔桩为例，介绍了大直径规则尺寸人工挖孔桩的施工技术要点及安全防护的相关要素。关键词：矩形人工挖孔桩；护壁；浇筑；厦门西客站出站通道处的楼梯两侧的设计以“L”型挡墙与桩板墙结合的方式对侧面土压力进行支护。其中的桩板墙需要46根矩形锚固桩提供锚固力。这46根锚固桩的截面尺寸以2.0×2.5m为主，深度在20米左右，且现场水位较低，有些部位涌水量较大。矩形桩没有专门的成孔钻头，因此采用人工挖孔的形式。结合现场的施工条件对现场的大直径矩形人工挖孔桩的难点及要点进行分析，矩形人工挖孔桩的要点共有：孔壁支护；安全防护；孔内浇筑。1.孔壁支护大直径超长人工挖孔桩施工属于高危作业范围，其孔壁的支护设计关系孔底作业人员的安全和桩身质量。人工挖孔桩护壁破坏的主要因素是护壁周围上部的土压力传至护壁侧产生了侧向水平力，若护壁材料强度不够就会导致塌孔，厦门西客站的矩形人工挖孔桩的支护形式分为两种情况：在出水量小土质较好的区域采用现场浇注配筋护壁混凝土的方式进行支护，若挖孔时遇到厚的流砂层、淤泥层，尤其遇到大量地下水，随着护壁外围泥砂大量塌落，混凝土护壁成为悬空状态，失去支撑，进而产生裂纹，直至断裂、脱落，遇到这种地层，采用预制管沉井开挖施工工艺。1.1护壁采用钢筋笼现场灌注施工工艺现浇式配筋混凝土护壁，重点在于锁口护壁的设置，人工挖孔桩孔口处因为堆放材料及运土车辆的来回扰动，宜造成孔口处土体的变形、塌落。如果锁扣设置不坚固容易导致顶部孔口处的塌陷，造成安全隐患[1]，因此人工挖孔桩锁口处一定要制作的牢固稳定，具体的锁口及护壁参数设计如图1，图2。当操作工人进入孔内以后，锁口处还要横向和纵向内撑2根坚实的方木。护壁采用上窄下宽的锥形设计，若在有水的区域进行人工挖孔桩，锁扣护壁的高度要高于地表水位，并做好排水降水措施。在开挖过程中，开挖深度不超过一米即进行护壁，如图2。遇到流沙、淤泥质地层时每步开挖深度适当变小以50cm为宜，并加强钢筋护壁。在出水量较大地层要提前在护壁处留好泄水孔。施工时，为了保证孔位位置准确，每天都要在挖孔前校核一次挖孔桩位置是否歪斜，移位。尤其在浇注护壁前要检查模板，脱模后再检查护壁。个别壁周泥砂塌落，在浇注混后护壁容易产生位移和歪斜，应注意检查和及时纠正。图1锁口护壁示意图2护壁示意图928374561101-支撑杆件2-滑轮3-吊桶4-手推车5-滑轮6-卷扬机7-配筋混凝土护壁8-泄水孔9-内模板图3人工挖孔桩示意图1.2沉井开挖沉井开挖的护壁采用预制混凝土井管，井管内径尺寸与桩基设计尺寸相同。每节预制井管厚度10cm，长度≤1m。按照设计配筋并加设2~4个吊耳和预留直径2~4cm左右排水及压浆孔道，每节护壁的顶部及底部做成对接接口。在施工过程中，用倒链或者电葫芦徐徐将井管下入井内，每次下放完成后要注意调整垂直度，遇有宜塌孔及涌水量较大的地层，在护壁预留孔道内，以充填、渗透和挤密的形式把灌浆材料充填到土体的孔隙中，以固结护壁外围土体，护保壁周泥砂不塌落，从而增加桩周摩擦力。压力灌浆材料可选择粉煤灰、早强型水泥混凝土、石灰粘土混合料等，其施工工艺为：a、铺垫。场地整平后采用普通枕木立放沿沉井周长密铺，垫木间隙用砂填缝参见图4，刃脚垫木的铺设数量，由第一节沉井的重量及地基（砂垫层）的承载力而定。沿刃脚每米铺设垫木的根数n可按下式计算[2]：n=G/A·f式中：G—第一节沉井单位长度的重力（kN/m）A—每根垫木与砂垫层接触的底面积（m2）F—地基或砂垫层的承载力设计值（kN/m2）b、预制沉井。钢筋绑扎后，在垫木上立沉井内外模和支撑，井壁外侧的模板板缝应顺垂直方向，并保证平整。为避免外模斜支撑影响公路交通，所有支撑均设于井内，采取组合钢模板、撑木斜顶钢拉杆水平拉结。井壁外侧设双排钢脚手架作施工平台。砼分层灌注，插入式振动棒捣固，起重机配合吊斗运送混凝土，砼倾倒高度超出2M时设留槽以防离析。图4沉井刃脚支设示意图刃脚垫木砂垫层c、抽垫。砼达到设计强度后，方可进行抽垫。抽垫时分区、依次、对称、同步地进行，设专人统一指挥。当抽出几组空档后，即可回填，以后每抽出一组即回填一组。回填材料选用砂夹石并应分层洒水充分夯实，其回填高度的决定，应使最后分配在定位垫木上的重量不压断垫木及垫木下的承压应力不超出原地面极限承压应力。抽垫过程中应在沉井上下左右各设测点一个，观察其下沉情况。如果在抽垫过程中发生倾斜、回填的砂夹石挤出、垫木压断、下沉量急速增加等异常现象应及时处理。d、挖土下沉。本沉井上部采用分段掏空刃脚，每段掏空后即回填砂夹石，待最后几段即定位承垫处掏空并回填后，再分层次逐步挖去回填料，使沉井下沉。下部土质比较松软，先在中部下挖4050CM，并逐渐向四周对称、分层、同步地扩挖。在下沉前在沉井外壁涂机油，以减少下沉时与土的侧向摩阻力。挖土上部采用人力开挖至岩层时，采用风铲开挖，卷扬机吊土。2.孔内灌注当开挖至设计基底标高后，基底土质为砂质或粘质土时，应铺以碎石或砾石垫层，基底检验合格后，应立即进行封底。对于出水量较大的挖孔桩，要把排水孔堵住，禁止水流入孔内，在清底时，如渗水量上升速度小于或等于6mm/min，可按普通混凝土浇筑方法进行封底；若渗水量较大宜采用水下混凝土进行灌注。为了减少地下水的积聚，任何一根挖孔桩封底时都要把邻近孔位的积水同时抽出。以减少邻孔的积水对工作孔的影响。孔深超过6m时，还要注意防止混凝土离析，一般把搅拌好的混凝土装在容量为1~2m3左右坚固的帆布袋或吊桶，并用绳子打成活扣，混凝土送到井底时，拉开活扣就可将混凝土送到孔底，连续作业能迅速封好孔底，同时堵住孔底大部分甚至全部的地下水。如果地下水很多，而且挖孔桩较深，刚提起抽水泵，底部溢水就接近或超过20cm，这时等到孔中溢水基本上平静时，用导管伸入孔底，往导管里输送搅拌好的早强型混凝土，混凝土量超过底节护壁30cm以上，再慢慢撤除导管，由于水压力的作用，封底混凝土基本上密实，混凝土终凝后再抽水，由于封底混凝土已超过底节护壁，已经没有地下涌水，待水抽干，再对剩余的水进行处理。将表面混凝土（这部分混凝土中的水泥浆会逸散到水中）松散部分清除运到孔外，再继续下一道工序。3.人工挖孔桩施工应注意安全事项现场管理人员应向施工人员仔细交待挖孔桩处的地质情况和地下水情况，提出可能出现的问题和应急处理措施。要有充分的思想准备和备有充足的应急措施所用的材料、机械。要制定安全措施，并要经常检查和落实。孔下作业不得超过2人，作业时应戴安全帽、穿雨衣、雨裤及长筒雨靴。孔下作业人员和孔上人员要有联络信号。地面孔周围不得摆放铁锤、锄头、石头和铁棒等坠落伤人的物品。每工作1h，井下人员和地面人员进行交换。井下人员应注意观察孔壁变化情况。如发现塌落或护壁裂纹现象应及时采取支撑措施。如有险情，应及时以出联络信号，以便迅速撤离。并尽快采取有效措施排除险情。地面人员应注意孔下以出的联络信号，反应灵敏快捷。经常检查支架、滑轮、绳索是否牢固。下吊时要挂牢，提上来的土石要倒干净，卸在孔口2m以外。施工中抽水、照明、通风等所配电气设备应一机一闸一漏电保护器，供电线路要用三蕊橡皮线，电线要架空，不得拖拽在地上。并经常检查电线和漏电保护器是否完好，孔内要设置软爬梯。从孔中抽水时排水口应距孔口5m以上，并保证施工现场排水畅通。当天挖孔，当天浇注护壁。人离开施工现场，要把孔口盖好，要设立明显警戒标志。由于土层中可能有腐殖质物或邻域腐殖质物产生的气体逸散到孔中，因此，要预防孔内有害气体的侵害。施工人员和检查人员下孔前10min把孔盖打开，如有异常气味应及时报告有关部门，排除有害气体后方可作业。挖孔6~10m深，每天至少向孔内通风1次，超过10m每天至少通风2次，孔下作业人员如果感到呼吸不畅也要及时通风。4.结语人工挖孔桩以其操作灵活，场地要求较低，成孔尺寸形状不受限制能因素在施工中得到广泛的应用，但是这项工作也是一项高危作业，护壁、排水、通风是此项工作的重要环节，施工中应认真分析现场的水文地质情况，选择支护形式，确定施工方案。参考文献：[1].杨文渊、徐犇主编.桥梁施工工程师手册.北京.人民交通出版社，2003年.[2].刘建树、陈丹华.锁口式套箱围堰施工技术.世界桥梁.2003年第1期.