硬基岩桥梁人工挖孔灌注桩施工技术

王洁斌

中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西西安 710000

摘要:在桥梁工程的具体施工过程中，涉及多种类型的施工技术，其中比较具体代表性的就是桩基造孔灌注桩施工技术。而基于桥梁工程所在地理位置及现场所具备的施工条件，往往因施工用水、用电的不便制约寻常钻孔灌注桩的施工作业。这种情况下，人工挖孔灌注桩技术用水量小，不需建泥浆池（环境破坏小），对施工便道要求低、可同时展开多个工作面等诸多优点则十分凸显。但该技术往往适用于软基岩，本文重点分析硬基岩人工挖孔灌注桩相关施工技术要点等内容，希望本文的分析能够为相关施工质量的提升做出贡献。

关键词:硬基岩；桥梁；人工挖孔；灌注桩施工技术
一、硬基岩条件下桥梁人工挖孔灌注桩施工技术的相关要点

1.1 桥梁设计要求

本桥梁为92m混凝土现浇箱梁，下部为灌注桩基础接圆柱墩。全桥包含φ1.2m灌注桩（17.5-22m）12根，φ1.5m灌注桩（15-22m）4根。

1.2 桥梁所在地地形地貌和岩基情况

桥址处位于黄土丘陵区与中低山区缓坡过渡带上，上部均为黄土覆盖，下伏岩石，两岸地形较陡，沟谷形态发育呈"V"形。沟底岩石裸露，有零星的块石。在现场勘探过程中未见地下水，暂不考虑地下水对桥的影响，沟底出

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1.3 初步爆破设计

（1）爆破器材选择

电力引爆选用电容式起爆器。起爆器要求体积较小，便于携带，结构组成简单。

（2）确定周边眼间距Ｅ：

根据围岩结构选用Ｅ＝29～42cm。

（3）炮眼布置

挖孔桩进入微风化层以后，拟采用松动爆破法施工，炮眼布置附后。

（4）炸药及雷管的选择

炸药：乳化炸药；雷管：电雷管；

（5）炮眼装药及装药结构布置

①周边眼：松动爆破采用浅孔，钻孔设计深度1000mm。②掏槽眼:采用楔型掏槽，钻孔深度为1200mm，装药量控制在0.35kg以内。③起爆过程中采用电雷管起爆。

（6）炮孔布置

采用直径φ42mm钻头对称楔型掏槽，共5个掏槽眼，钻孔深为1.2m，连续装药。周边眼及辅助眼钻孔深度为1.0m，装药结构为连续装药并用炮泥封堵。

采用毫秒延时起爆网路，中心掏槽眼用1段毫秒雷管连接，楔型掏槽眼用3段毫秒雷管连接，辅助眼用5段毫秒雷管连接，周边眼用7段毫秒雷管连接；起爆时，低段位的毫秒雷管先行起爆，为后起爆的炮眼创造出临空面，可以起到良好的爆破效果。

（7）药量计算

因 本桥桩基以桩径为1.2m居多，计算以桩径为1.2m为例。单位炸药量，采用类比法，q取值3.0kg/m³。桩径1.2m计算:掘进每循环所需炸药量：Q=q·S·L·η=3.0×1.13×1.00×0.8=2.712kg

图1 桩径1.2米孔桩炮眼平面布置图

Q—掘进每循环所需炸药量，kg;q—炸药单耗，kg/m³;S—掘进断面积，m²;L—平均炮眼深度，m;η—炮孔利用率，一般为0.8～0.95。每个炮眼的装药量：Q₀=Q/N=3.616/16=0.23kgN—炮眼数量，个;Q₀—每个炮眼的装药量，kg;掏槽眼装药量比周边眼要多15～20%。

1.4 提升架荷载和配重计算

提升架主要由两部分构成；钢支架作为承重结构，钢横梁则用于提升及横移。每一节孔出渣过程中，通过卷扬机提升，使用横梁横向移动。钢支架、钢横梁必须搭设稳定、牢固。在提升架上安装卷扬机。在安装滑轮组和吊桶时，保持吊桶与孔壁之间留有适当距离，防止施工过程中吊桶碰撞孔壁，发生安全事故。

（1）提升架荷载计算：

起重工具有：1t卷扬机、6×19钢丝绳（直径为6.2mm，抗拉强度1400N/mm²）、铁吊桶(直径46cm，高度50cm)等。为了避免在施工过程中发生高处坠落、倾覆等事故，特进行以下验算，确保安全。

①桶的直径46cm，高50cm，自重m₁=20kg。②桶的体积V=3.14×0.23²×0.5=0.083m³。③桶内碎石密度为1.55g/cm³，其中1m³=1000000cm³，桶内石头重量m₂=0.083×1550kg=128.65kg。④总重M₁=m₁+m₂=20+128.65=148.65kg，为了方便计算取值150kg。根据G₁=M₁g=150×10=1500N=1.5KN。⑤电动卷扬机去除钢丝绳后自重m₃=45kg，得：G₂=m₃g=45×10=450N=0.45KN。

（2）钢丝绳容许拉力计算

吊桶出渣的最大重量为150kg（含桶自身重量），即1500N。卷扬机采用6×19钢丝绳（抗拉强度1400N/mm²，直径为6.2mm）作业。

钢丝绳的受力计算。根据《建筑施工手册》（第五版），钢丝绳允许拉力按下列公式计算：[Fg]＝αFg/K；式中[Fg]——钢丝绳的允许拉力（KN）；Fg——钢丝绳的钢丝破断拉力总和；α——换算系数，取0.85；K——钢丝绳的安全系数。

根据以上公式可得：[Fg]=0.85×20÷6=2.83KN＞1.5KN

故卷扬机采用直径6.2毫米6×19钢丝绳(抗拉强度1400N/mm²)是安全的。

在使用过程中应经常检查钢丝绳完好情况，如有断丝、磨损应按照相关规范进行报废，具体要求参照《起重机械用钢丝绳检验报废使用标准》（GB5972-2006）。

（3）提升架倾覆计算

为了保障挖孔桩施工中卷扬机不发生倾覆事故，在实际操作中我们采取用砂袋配重的方法保持卷扬机两端平衡。提升架工作原理及配重计算简图如下：

图2 提升架示意图

提升机尾部采用砂袋配重。矩形管50mmx50mmx3mm每延米重量4.43kg。角钢60mmx60mmx5mm每延米重量4.82kg。矩形管长度为1.4m+2.5m=3.9m，重量为3.9mx4.43kg/m=17.28kg。角钢长度为：3mx2+1.3mx3+2.25mx2+2.35mx2+0.4mx2=19.9m，重量为19.9mx4.82kg/m=95.92kg。桶加石渣自重：150kg。卷扬机自重45kg。

钢丝绳按50米考虑，通过所查资料得知直径6.2mm的钢丝绳100米自重29.8kg，则50米钢丝绳重量为29.8kg×50m/100m=14.9kg。

其他小部件忽略不计，按照最大弯矩考虑：

根据平衡原理得：1.4m×F=1.95m×G此时为平衡状态，若想提升架不倾覆，则有F*L1≥G*L2，即1.95m×G≥1.4m×F

其中F按钢丝绳重量全部作用在吊桶侧，

则F=(150kg+17.28kg+14.9kg)*10N/kg=1821.8N

根据上述计算：1.4m×1821.8N=2550.52N.m （1）

2550.52N.m/1.95m=1307.96N.m （2）

1307.96N.m/10N/kg=131kg

因此，在实际操作中最小配重大于131kg时，提升架就不会发生倾覆事故。

（4）提升架承载计算

钢管是采用50X50X3mm热轧无缝方钢管，经查《建筑施工手册》（第五版）:

I_X=20.8cm⁴=20.8×10⁴mm,Iy=1.62cm4=20.8×10⁴mm

M_max=1/2ql²=1/2×(150+17.28+14.9)×10kg/N×2.5m×2.5m=5.69KN

σ_max=M_max×I_y/I_X=6.28×20.8×10^4/20.8×10⁴=5.69MPa

按照3mm方钢容许应力，[σ]=113MPa；σ_max<[σ]=113MPa，方钢满足承载力要求。

三、结语

人工挖孔灌注桩是集多种技术为一体的综合技术，对每个环节都需进行有效的管控，并切实执行，否则都难以保证施工的安全和质量。虽然人工挖孔灌注桩技术能帮助我们克服施工面临的许多问题，但我们还需结合工程实际情况，不断改进和完善人工灌注桩施工技术。

参考文献：

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[2]安彦飞.道路与桥梁施工技术中的细节问题探究[J].工程技术研究，2018（16）：188-189.