城市橋梁人工挖孔與反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術研究與應用

程飛，劉丙宇，郄慧國

（北京建工路橋集團有限公司，北京 100123）

1 引言

城市中心地下存在大量既有管線及雜填土層，且既有構筑物繁雜，傳統(tǒng)鉆機在存有地下鋼筋混凝土、土釘墻等混凝土結構的施工環(huán)境下施工難度大，且易擾動周邊既有管線，旋挖鉆機、沖擊鉆機等傳統(tǒng)樁基施工方法無法在確保周邊環(huán)境安全的前提下進行樁基礎施工。

人工挖孔樁施工操作方便，在混凝土孔壁的保護作用下，可采用小型機械輕松破除地下障礙物，降低對周邊管線的影響，但在地下水位豐富的地質(zhì)條件下，帶水作業(yè)施工不安全，且樁基較深時，在有限空間作業(yè)環(huán)境下施工人員易發(fā)生窒息、中毒等安全事故。

人工挖孔與反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術將兩種施工工藝優(yōu)勢充分發(fā)揮，可成功實現(xiàn)在復雜環(huán)境下的樁基施工。

2 施工背景

跨姚家園路橋梁2#橋臺樁徑1.2 m，樁長25 m。樁基位于現(xiàn)跨姚家園路邊坡上，在既有D900 mm雨水管道與4.4 m×2.8 m熱力隧道中間，施工環(huán)境復雜。樁基頂部作業(yè)面受高壓燃氣管道制約，邊坡開挖后施工作業(yè)面最大寬度僅為6 m。地下8 m范圍內(nèi)為人工雜填土，且存在既有管道施工時殘留的土釘墻、鋼管樁等支護結構；8~30 m范圍內(nèi)為粉質(zhì)黏土、粉土及砂礫層；地下水位埋深10 m。目前，國內(nèi)使用較多的旋挖鉆、沖擊鉆因施工場地受限，破除地下鋼筋混凝土結構難度大，無法使用。人工挖孔樁受高地下水位影響，不能直接開挖至設計樁深，安全風險較大。施工環(huán)境條件如圖1所示。

3 解決思路及方案

3.1 人工挖孔樁優(yōu)越性

（1）環(huán)境適應能力強，適用各類土層。在破除既有鋼筋混凝土結構時，不存在傳統(tǒng)機械難以破除、鉆進的難題。（2）機具占地少、施工簡捷。主要施工機具為電動提升架、鼓風機，狹小施工場地施工時更能凸顯出其優(yōu)越性。（3）質(zhì)量牢靠。在人工雜填土層開挖時，可邊挖掘、邊分析土質(zhì)情況，直觀性強，可較直觀地檢查、糾偏成孔質(zhì)量。（4）對周邊環(huán)境影響小。在城市中心緊鄰住宅、商業(yè)區(qū)施工時，振動小、噪聲小，不存在擾民情況；破除地下障礙物時，人工采用小型機具進行破除，不易擾動周邊地下管道及其他既有構筑物[1]。

3.2 人工挖孔樁受限性

（1）在地下水豐富的情況下，帶水作業(yè)易導致操作人員不安全。（2）挖孔作業(yè)為有限空間作業(yè)，隨開挖深度增加，易發(fā)生窒息、中毒等安全事故。

3.3 反循環(huán)施工優(yōu)點

（1）反循環(huán)鉆機自重小、占地面積小，施工場地承載能力要求低，狹小作業(yè)面部位適用性高。（2）施工機具振動小、噪聲低，住宅區(qū)附近施工，不擾民。（3）反循環(huán)孔壁穩(wěn)定、質(zhì)量好，地層適應范圍廣。反循環(huán)成孔主要是利用水壓平衡土層壓力，以維持孔壁穩(wěn)定。壓力大于0.2 MPa時，即使在黏聚力較差的流沙層中使用泥漿也可保持孔壁不坍塌、不縮頸。

3.4 反循環(huán)施工不足

具體表現(xiàn)為以下3方面：（1）破除地下鋼筋混凝土結構難度大，易擾動周邊正在運營的管線，施工風險大。（2）在施工場地受限情況下，只能在遠離孔位位置設置泥漿池、沉淀池等設施，對泥漿以及泥漿泵性能要求高。（3）泥漿需求量較大，在城區(qū)施工時沉渣及泥漿循環(huán)易造成環(huán)境污染。

3.5 解決方案

根據(jù)本工程施工環(huán)境以及各種樁基工藝特點，本工程地下10 m范圍內(nèi)及地下水位以上采用人工挖孔成樁工藝，剩余樁長即水位以下采用反循環(huán)施工工藝。

4 人工挖孔+反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術

4.1 工藝流程

平整場地→挖孔、護壁→反循環(huán)接力鉆進→吊放鋼筋籠→樁基混凝土灌注

4.2 主要技術要點

4.2.1 平整場地

整平施工場地，清除地上雜物，而后碾壓至密實。本工程樁徑1 200 mm，選用HG-200型反循環(huán)鉆機，施工作業(yè)平臺寬度滿足反循環(huán)鉆機施工需求。作業(yè)面高出設計樁頂500 mm，可保證樁頭質(zhì)量。

4.2.2 挖孔、護壁

挖孔采取分步開挖，根據(jù)孔壁狀態(tài)確定開挖深度，一般以0.7~1 m為一步，特殊地段減小至0.6~0.8 m。第一步鎖口圈梁施工時，在孔外增加一圈200 mm厚鋼筋混凝土護壁，護壁高出作業(yè)面200 mm，且由孔口向四周延伸800 mm，確保鎖口混凝土具有足夠的承載力。護壁混凝土澆筑完成24 h后，及時安裝提升架、通風機等設備。

樁孔土方開挖應從上到下逐層進行，先挖除中間土方，再挖周邊，保證孔洞截面尺寸；開挖至障礙物時，人工采用電錘、風鎬等從上到下、由中間向四周破除至孔徑外輪廓。每開挖一步及時安裝鋼筋網(wǎng)、澆筑混凝土，人工搗實?；炷烈话銘獡饺朐鐝妱?、抗?jié)B劑以降低混凝土凝固時間，增強混凝土抗?jié)B性能。

4.2.3 反循環(huán)接力鉆進

人工挖孔樁護壁混凝土澆筑24 h后，反循環(huán)鉆機方可安裝。鉆頭安裝就位后，提前造漿，向樁孔內(nèi)注入2 m高的泥漿。開始鉆進時，保持低擋慢速鉆進，每隔30 min檢測泥漿指標。調(diào)整泥漿比重時，鉆進速度降至最慢擋位，以使接力界面有足夠的泥漿護壁。鉆至孔底時，鉆頭適當提起，防止鉆頭及鉆桿的質(zhì)量全部傳遞至孔底，形成擴孔。

鉆機就位時機座要調(diào)平，保證鉆頭中心與挖孔中心是否在同一條直線上。核實無誤后，再次檢查鉆桿的垂直度是否滿足規(guī)范要求，鉆桿、鉆頭等部位連接是否牢固、鉆頭直徑和設計樁徑是否相同，校核鉆具的長度，同時檢測泥漿各項指標，一切就緒后方可施鉆[2]。

4.2.4 吊放鋼筋籠

由于上部人工挖孔孔徑大于樁徑，鋼筋籠吊放時，嚴格控制鋼筋籠垂直度，避免籠體碰撞護壁混凝土及接茬部位護壁，確保鋼筋籠能順利對正。

4.2.5 樁基混凝土灌注

反循環(huán)鉆孔至設計標高后，采用水下混凝土灌注，保證樁身混凝土質(zhì)量。由于施工場地狹小，混凝土罐車無法運至樁孔位置，需采用汽車泵運送混凝土至漏斗。在灌注孔口位置安裝1臺泥漿泵抽排外溢泥漿，以防泥漿四散、污染環(huán)境。灌至孔頂時，應降低灌注速度，保持泥漿泵正常工作，必要時輔以人工掏漿。

5 安全質(zhì)量控制

樁基應在全部人工挖孔部分完成后，再依次進行下部反循環(huán)施工，以防止因反循環(huán)鉆機運轉影響相鄰樁挖孔護壁穩(wěn)定性。挖孔完成后應及時用鋼板將孔口蓋嚴，確保樁基作業(yè)面安全。

挖孔樁護壁混凝土澆筑質(zhì)量是確保下部反循環(huán)鉆進的基礎。護壁混凝土使用抗?jié)B混凝土，做好上、下節(jié)接茬施工縫處理，避免樁孔儲蓄泥漿時漿液滲漏。

上部挖孔中心偏差及挖孔垂直度應符合反循環(huán)鉆孔灌注樁要求，以免鉆頭下放時鉆頭碰撞護壁、鉆桿傾斜，影響后續(xù)鉆進。挖孔樁挖至鉆進交界面，樁孔底部平整度應有較高要求，避免反循環(huán)鉆頭就位后偏斜。

挖孔過程中加強有限空間作業(yè)監(jiān)測及地下水位監(jiān)測。挖孔深度按照孔位內(nèi)障礙物高程及地下水變化靈活調(diào)整[3]。

6 結語

城市橋梁樁基礎施工環(huán)境日漸苛刻，施工難度越來越大。人工挖孔與反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術可充分發(fā)揮人工挖孔樁與反循環(huán)鉆孔灌注樁工藝的優(yōu)勢，適合在地下存有大量構筑物和既有管線的環(huán)境下施工；施工噪聲小，對周邊居民、公共環(huán)境影響?。怀煽追€(wěn)定性高；泥漿用量小，不需要使用鋼護筒；單樁承載力高；有限空間作業(yè)危險性減小；可提升施工效率與施工可行性，適宜在施工環(huán)境復雜的情況下應用，值得推廣。