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厦门西站大尺寸矩形人工挖孔桩施工技术
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内容提示：以厦门西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要点。在孔壁支护中,根据不同的地质情况,分别采用了现浇式配筋混凝土护壁施工工艺和预制管沉井开挖施工工艺。同时,详细介绍了孔内混凝土浇筑的施工工艺和人工挖孔桩施工的安全注意事项。
1工程概况
厦门西站由站房及站台雨篷工程、刚架桥、地铁土建预留工程组成，总建筑面积达162 409m2，其中站房109 028m2，站台雨篷53 381m2，建筑总高度达66.78m。主站房平面投影为工字形，宽132m，长219.5m。厦门西站站房采用高架候车与线下出站式布局，旅客流线采取“上进下出”形式，将车站分为出站层、站台层、高架层3个层面。出站通道处的楼梯两侧设计以“L”形挡墙与桩板墙结合的方式对侧面土压力进行支护。其中桩板墙需要46根矩形锚固桩提供锚固力，其截面尺寸以2.0m×2.5m为主，深20m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施工方法(见图1，2)。矩形人工挖孔桩的要点包括:孔壁支护、孔内混凝土浇筑和安全防护。（参考《建筑中文网》）
2 孔壁支护
大尺寸超长人工挖孔桩施工属于高危作业，其孔壁支护设计关系到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原因是护壁周围上部的土压力传至护壁侧产生侧向水平力，护壁材料强度不够导致塌孔。厦门西站矩形人工挖孔桩的支护形式为2种:①在出水量小、土质较好的区域采用现场浇筑配筋护壁混凝土的方式;②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，进而产生裂缝，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。
2.1现浇配筋混凝土护壁施工工艺
现浇配筋混凝土护壁，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，易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，因此人工挖孔桩锁口处一定要牢固稳定，具体的锁口及护壁参数设计如图3所示。当操作工人进入孔内后，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，若在有水区域进行人工挖孔桩施工，锁扣护壁的高度要高于地表水位，并做好排水降水措施。开挖过程中，开挖深度不超过1m即进行护壁(见图3b)。遇到流砂、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，为保证孔位准确，每天都要在挖孔前校核一次挖孔桩位置是否歪斜、移位。尤其在浇筑护壁前要检查模板，脱模后再检查护壁。个别壁周泥砂塌落，在浇筑混凝土后护壁容易产生位移和歪斜，应注意检查和及时纠正。
2.2预制沉井开挖施工工艺
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孔隙中，以固结护壁外围土体，保护壁周泥砂不塌落，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、石灰黏土混合料等，其施工工艺如下。
1)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(见图4)，刃脚垫木的铺设数量根据第1节沉井的质量及地基(砂垫层)承载力确定。沿刃脚每m铺设垫木的根数n可按下式计算:
式中:G为第1节沉井单位长度的重力(kN/m);A为每根垫木与砂垫层接触的底面积(m2);f为地基或砂垫层的承载力设计值(kN/m2)。
2)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沿垂直方向，并保证平整。为避免外模斜支撑影响交通，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接。井壁外侧设双排钢脚手架施工平台。混凝土分层灌注，插入式振捣棒捣固，起重机配合吊斗运送混凝土，混凝土倾倒高度超出2m时设溜槽以防离析。
3)抽垫混凝土达到设计强度后，方可抽垫。抽垫时分区、依次、对称、同步进行，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分层洒水充分夯实，其回填高度的确定，应使最后分配在定位垫木上的质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1个测点，观察下沉情况。如果在抽垫过程中发生倾斜、回填的砂夹石挤出、垫木压断、下沉量急剧增加等异常现象应及时处理。
4)挖土下沉沉井上部分段掏空刃脚，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4 050cm，并逐渐向四周对称、分层、同步扩挖。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。上部采用人力开挖至岩层时，采用风铲开挖，卷扬机吊土。
3孔内桩混凝土浇筑
当开挖至设计基底标高后，基底土质为砂质或黏质土时，应铺碎石或砾石垫层，基底检验合格后，应立即封底。对于出水量较大的挖孔桩，要堵住排水孔，禁止水流入孔内。清底时，如渗水量上升速度≤6mm/min，可按普通混凝土浇筑方法封底;若渗水量较大，宜采用水下混凝土灌注。为减少地下水的积聚，任何一根挖孔桩封底时都要把邻近孔位的积水同时抽出，以减少邻孔积水对工作孔的影响。
孔深超过6m时，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的坚固帆布袋或吊桶中，并用绳打成活扣，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地下水。如地下水较多且挖孔桩较深，刚提起抽水泵，底部溢水接近或超过20cm，这时孔中溢水基本平静时，用导管伸入孔底，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，再处理剩余水。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。
4人工挖孔桩施工安全注意事项
1)孔下作业不得超过2人，作业时应戴安全帽、穿雨衣等，并与孔上人员有联络信号。地面孔周围不得摆放铁锤、锄头、石头等坠落伤人的物品。每工作1h，井下人员和地面人员交换。
2)井下人员应注意观察孔壁变化情况，如发现塌落或护壁裂缝现象应及时采取支撑措施。如有险情，应及时发出联络信号，以便迅速撤离，并尽快采取有效措施排除险情。
3)地面人员应注意孔下联络信号，反应迅速。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。
4)施工中抽水、照明、通风等电气设备应一机一闸一漏电保护器，供电线路要用三芯橡皮线，电线要架空，不得拖拽在地上。经常检查电线和漏电保护器是否完好，孔内要设置软爬梯。
5)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，当天浇筑护壁。离开施工现场时要把孔口盖好，并设明显警戒标志。
6)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，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。
5结语
人工挖孔桩以其操作灵活、场地要求较低以及成孔尺寸形状不受限制等因素在施工中得到广泛应用，但也是一项高危作业，护壁、排水、通风是其中的重要环节，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.桥梁施工工程师手册［M］.北京:人民交通出版社，2003.
［2］刘建村，陈丹华.锁口式套箱围堰施工技术［J］.世界桥梁，2008，(1):25-27.
厦门西站由站房及站台雨篷工程、刚架桥、地铁土建预留工程组成，总建筑面积达162 409m2，其中站房109 028m2，站台雨篷53 381m2，建筑总高度达66.78m。主站房平面投影为工字形，宽132m，长219.5m。厦门西站站房采用高架候车与线下出站式布局，旅客流线采取“上进下出”形式，将车站分为出站层、站台层、高架层3个层面。出站通道处的楼梯两侧设计以“L”形挡墙与桩板墙结合的方式对侧面土压力进行支护。其中桩板墙需要46根矩形锚固桩提供锚固力，其截面尺寸以2.0m×2.5m为主，深20m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施工方法(见图1，2)。矩形人工挖孔桩的要点包括:孔壁支护、孔内混凝土浇筑和安全防护。（参考《建筑中文网》）
2 孔壁支护
大尺寸超长人工挖孔桩施工属于高危作业，其孔壁支护设计关系到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原因是护壁周围上部的土压力传至护壁侧产生侧向水平力，护壁材料强度不够导致塌孔。厦门西站矩形人工挖孔桩的支护形式为2种:①在出水量小、土质较好的区域采用现场浇筑配筋护壁混凝土的方式;②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，进而产生裂缝，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。
2.1现浇配筋混凝土护壁施工工艺
现浇配筋混凝土护壁，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，易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，因此人工挖孔桩锁口处一定要牢固稳定，具体的锁口及护壁参数设计如图3所示。当操作工人进入孔内后，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，若在有水区域进行人工挖孔桩施工，锁扣护壁的高度要高于地表水位，并做好排水降水措施。开挖过程中，开挖深度不超过1m即进行护壁(见图3b)。遇到流砂、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，为保证孔位准确，每天都要在挖孔前校核一次挖孔桩位置是否歪斜、移位。尤其在浇筑护壁前要检查模板，脱模后再检查护壁。个别壁周泥砂塌落，在浇筑混凝土后护壁容易产生位移和歪斜，应注意检查和及时纠正。
2.2预制沉井开挖施工工艺
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孔隙中，以固结护壁外围土体，保护壁周泥砂不塌落，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、石灰黏土混合料等，其施工工艺如下。
1)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(见图4)，刃脚垫木的铺设数量根据第1节沉井的质量及地基(砂垫层)承载力确定。沿刃脚每m铺设垫木的根数n可按下式计算:
式中:G为第1节沉井单位长度的重力(kN/m);A为每根垫木与砂垫层接触的底面积(m2);f为地基或砂垫层的承载力设计值(kN/m2)。
2)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沿垂直方向，并保证平整。为避免外模斜支撑影响交通，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接。井壁外侧设双排钢脚手架施工平台。混凝土分层灌注，插入式振捣棒捣固，起重机配合吊斗运送混凝土，混凝土倾倒高度超出2m时设溜槽以防离析。
3)抽垫混凝土达到设计强度后，方可抽垫。抽垫时分区、依次、对称、同步进行，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分层洒水充分夯实，其回填高度的确定，应使最后分配在定位垫木上的质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1个测点，观察下沉情况。如果在抽垫过程中发生倾斜、回填的砂夹石挤出、垫木压断、下沉量急剧增加等异常现象应及时处理。
4)挖土下沉沉井上部分段掏空刃脚，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4 050cm，并逐渐向四周对称、分层、同步扩挖。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。上部采用人力开挖至岩层时，采用风铲开挖，卷扬机吊土。
3孔内桩混凝土浇筑
当开挖至设计基底标高后，基底土质为砂质或黏质土时，应铺碎石或砾石垫层，基底检验合格后，应立即封底。对于出水量较大的挖孔桩，要堵住排水孔，禁止水流入孔内。清底时，如渗水量上升速度≤6mm/min，可按普通混凝土浇筑方法封底;若渗水量较大，宜采用水下混凝土灌注。为减少地下水的积聚，任何一根挖孔桩封底时都要把邻近孔位的积水同时抽出，以减少邻孔积水对工作孔的影响。
孔深超过6m时，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的坚固帆布袋或吊桶中，并用绳打成活扣，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地下水。如地下水较多且挖孔桩较深，刚提起抽水泵，底部溢水接近或超过20cm，这时孔中溢水基本平静时，用导管伸入孔底，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，再处理剩余水。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。
4人工挖孔桩施工安全注意事项
1)孔下作业不得超过2人，作业时应戴安全帽、穿雨衣等，并与孔上人员有联络信号。地面孔周围不得摆放铁锤、锄头、石头等坠落伤人的物品。每工作1h，井下人员和地面人员交换。
2)井下人员应注意观察孔壁变化情况，如发现塌落或护壁裂缝现象应及时采取支撑措施。如有险情，应及时发出联络信号，以便迅速撤离，并尽快采取有效措施排除险情。
3)地面人员应注意孔下联络信号，反应迅速。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。
4)施工中抽水、照明、通风等电气设备应一机一闸一漏电保护器，供电线路要用三芯橡皮线，电线要架空，不得拖拽在地上。经常检查电线和漏电保护器是否完好，孔内要设置软爬梯。
5)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，当天浇筑护壁。离开施工现场时要把孔口盖好，并设明显警戒标志。
6)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，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。
5结语
人工挖孔桩以其操作灵活、场地要求较低以及成孔尺寸形状不受限制等因素在施工中得到广泛应用，但也是一项高危作业，护壁、排水、通风是其中的重要环节，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.桥梁施工工程师手册［M］.北京:人民交通出版社，2003.
［2］刘建村，陈丹华.锁口式套箱围堰施工技术［J］.世界桥梁，2008，(1):25-27.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201111/15084.htm
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