淺談高水位和地質復雜條件下人工挖孔樁施工技術應用

李艷星

摘要：在考慮工程造價和周邊建筑物限制的條件下，城市道路多采用框架橋形式下穿鐵路。為了確保鐵路的運行安全，框架橋施工過程中，鐵路路基均設計有鐵路防護樁，根據鐵路相關文件，此種防護樁需采用人工挖孔施工，高水位和地質條件復雜條件下的人工挖孔樁施工成為施工普遍存在的難題。結合某工程的鐵路防護樁進行人工挖孔樁施工的實例，詳細介紹了在地下水位較高和地質條件復雜條件下的人工挖孔樁施工技術，為今后類似條件下的施工提供可參考經驗。

關鍵詞：地質條件;人工挖孔施工技術;工程造價;城市道路

中圖分類號：U445.4

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.068

為了確保鐵路路基安全，在下穿鐵路頂進框架橋的設計方案中，均設計有鐵路路基防護樁。在實際施工中，為了盡量減少對鐵路運行的影響，多數施工單位均按照臨近既有線施工向當地鐵路部門上報審批施工計劃。按照鐵路相關文件要求，嚴禁機械靠近運營鐵路進行施工，因此，均采用了人工挖孔樁施工技術。結合某工程實例，詳細介紹了高水位和地質條件復雜條件下人工挖孔樁的施工技術。

1 工程簡述

某框架橋下穿鐵路頂進施工，框架橋四角設計均為6根防護樁，防護樁樁長15m，直徑1.25m，共計24根。按照鐵路相關要求及施工方案，防護樁采用人工挖孔施工。 據工程地質鉆探成果，并結合土工試驗報告，橋址區主要地層特征如下：

①層，雜填土Q42ml：雜色，松散，稍濕～潮濕，土質不均勻，含較多爐渣、建筑垃圾等，厚度3 - 4.3 m。

①-1層，填筑土：黃褐色，稍濕，稍密～中密，主要位于既有鐵路路基處，厚度12 m。

②層，粉土Q4al+pl：褐黃色，潮濕～飽和，稍密，土質均勻，局部夾少量粉砂、圓礫層，該層揭露厚度大于25 m。

場區內無地表水分布，勘察期間地下水位距地面約5m，含水層主要為粉土，地下水受降雨垂直人滲補給及地表水滲透補給。

2 人工挖孔樁施工方法

2.1 施工準備

施工場地準備：施工場地的平整，臨時水、電管線的敷設及臨時設施的搭建，按照合理、緊湊的原則確定鋼筋加工場地、施工人員駐地等位置和大小。

根據文件要求，本次施工屬臨近營業線和營業線施工，施工前制訂施工計劃，報鐵路相關部門審批，批準后方可施工。施工前根據設計文件對現場進行核對、調查，并復核中線、里程、角度、高程、長度及地質資料等。施工前先進行場地清理，人工進行探溝開挖，對鐵路既有設備、光電纜以及各專業地下管線等進行摸底，探明后與相關各單位確定遷改及割接方案，妥善處理，確保既有線行車安全。

2.2 周邊降水、止水施工

施工區域四周設置雙排高壓旋噴樁做止水帷幕，樁徑0.6 m，間距0.45 m，樁長為基坑深度+6 m，等邊三角形搭接布置，采用切割搭接法施工，使樁身之間互相咬合緊密。降水采用管井降水，降水井口徑40 cm，間距lOm，降水井深度25m。降水后，地下水位低于基底1m以下。但降水過程中，鐵路路基發生局部沉降，影響了行車。為了確保鐵路運營安全，鐵路線路整修完成后，降水概率降低了約50%.

3 人工挖孔樁施工

3.1 人工挖孔施工

由于挖孔樁在鐵路兩側施工，采用在砼枕端兩側設置擋碴木板，木板高度砼軌底齊平，保證支撐穩定及線路道床穩定，防止道碴掉人孔中傷及施工人員;在線路外側空地準備砂袋，如果下雨時雨水灌人孔內，則馬上用砂袋進行回填，孔口覆蓋塑料布封嚴，以防雨水灌人對路基浸泡造成塌方，孔內出土利用列車間隙，人工橡膠斗出土。

3.1.1 對樁位中心進行測量放樣

進行人工挖孔之前，對挖孔場地進行人工整平，用全站儀準確放樣出各樁樁位，并用鋼尺逐樁復核，對每個樁位用護樁把樁位引到孔徑外側70 cm處，并用M10砂漿護好。確定好樁位后，由技術人員對監理工程師進行報驗，經監理工程師復合無誤后進行開挖作業，并做好開挖記錄。

3.1.2 人工挖孔樁工藝流程

人工挖孔樁工藝流程：測量放樣一土方開挖一清孔壁、校核垂直度和樁徑一綁扎護壁構造鋼筋一安裝護壁模板一澆筑護壁砼一拆模下挖。

3.1.3 土方開挖

樁孔開挖采用從上至下分節挖土法，普通土層每節挖土1m（如果遇地質與設計不符時，則應及時向項目部技術人員反映，并報監理單位和設計單位確認），人工手持鐵鍬逐層挖掘。鐵鍬鏟土裝入吊桶，用卷揚機提升機架吊上地面，至地面后用手推車放入棄土場。每節開挖深度為1m，挖土次序先中間后周邊。

3.1.4 第一節護壁綁扎鋼筋及支護模板

根據設計圖紙及技術交底進行綁扎護壁鋼筋，鋼筋型號主筋采用螺紋φ12 mm，箍筋采用φ10 mm。挖孔時每挖土1m進行一次支護，支護采用C20混凝土護壁，護壁模板采用圓形鋼模板，最后連接的鋼模板用木棒進行隔離固定，便于后續拆模使用。第一節護壁應高出地面1 520 cm，防止水和雜物掉入孔內傷人。

3.1.5 澆筑第一節護壁混凝土

護壁混凝土采用C20混凝土，厚度采用25 cm，振搗密實，塌落度控制在100 - 150 mm。護壁混凝土澆筑完成后，待混凝土初凝后（ 1.52 h）再進行第二節開挖工作?；炷吝_到30%強度期間，護壁模板不允許拆除，做為臨時支撐，待混凝土強度達到后再行拆除。

3.1.6 每節護壁澆筑完成后進行樁位復合

每節樁孔護壁澆筑完成后，下一節開孔前，必須對樁位中心及高程進行復合，確保樁中心與開孔前在一條軸線上，保證挖孔樁的垂直度。如果有偏差，則在下一節開孔過程中進行校核。保證軸線以及截面尺寸滿足設計及規范要求。

3.1.7 安裝防護照明起吊等設施

第一節護壁澆筑完成后，安裝孔口架及垂直提升卷揚機，卷揚機必須固定牢固，安裝電動限位裝置，防止電動葫蘆失控掉入孔內?？變韧诔龅耐练嚼檬滞栖囘\送到離孔口2m以外，防止孔口護壁受側壓力而失穩。孔內照明必須采用安全電壓（ 36V）、防水帶罩的安全燈具。樁孔口必設有專人看守，施工完畢后必須設孔口防護和孔口鋼筋壁。無關人員不得靠近孔口。

3.1.8 第二節土方開孔

第二節開始，利用卷揚機進行提土作業，現場作業人員必須戴好安全帽、安全帶。第二節開孔至深度后，樁孔挖至規定的深度后，繼續對樁位中心及高程進行復合，確保樁中心與開孔前在一條軸線上，保證挖孔樁的垂直度。

3.1.9 第二節護壁綁扎鋼筋及澆筑砼

先拆除第一節護壁模板，然后按照設計要求綁扎第二節護壁鋼筋。鋼筋綁扎完成后支護第二節護壁模板，第一節與第二節護壁必須搭接，搭接長度為1OO mm。連接口處應搗固密實。

后續按照順序及開挖要求逐層進行開挖，循環作業，直至挖至設計深度。成孔后，技術人員要報監理工程師確認深度、直徑、樁位中線以及垂直度，最終填寫隱蔽工程記錄表，簽字確認。

3.2 鋼筋籠施工

挖孔樁鋼筋籠綁扎采用孔內綁扎的方式進行，主筋采用4m、5m間隔連接（以保證鋼筋下放過程中距離帶電體小于2m），下放4根長5m的Nl和N1-1鋼筋，將φ8圓鋼箍筋按照設計間距與主筋綁扎連接，然后將剩余主筋按照5 m、4m間隔下放至孔內與箍筋綁扎連接;綁扎φ25的3#加強箍圈，按照接頭錯開原則依次綁扎直至鋼筋籠成型。鋼筋綁扎嚴格按照設計及規范要求進行施工，主筋綁扎搭接時長不小于35d。

3.3 混凝土灌注

樁身混凝土采用拌合站集中拌制的混凝土，在灌注前與鐵路設備監護管理單位協調，利用天窗點將地泵泵管由線路下枕木間隙中穿出，接到井口，泵管穿越線路下采用絕緣膠皮包裹。準備就緒后次日利用列車間隔按照營業線管理辦法，依照B類施工灌注混凝土?；炷翝仓綐俄敇烁邥r，應高出樁頂設計標高，確保剔除浮漿后，樁頂標高符合設計及規范要求。

4 涌水量大或側塌的解決措施

4.1 原因分析

止水帷幕在鐵路下方未形成封閉，同時，因擔心鐵路路基發生大沉降，影響列車運行，降水深度距原地面約8m。當人工挖孔深度達到8-9m時，涌水量過大，且局部發生側塌，正常施工方法無法成孔。

4.2 預防措施

4.2.1 降水井的設置

除了止水帷幕樁范圍內，在地勢較高或水源上游設置補強降水井，確保降水效果。

4.2.2 路基注漿

為了保證框架橋頂進過程中框架兩側土體穩定和人工挖孔樁施工中避免發生側塌現象，頂進前對止水帷幕樁范圍內進行注漿加固，注漿液采用水泥+水玻璃混合液，采用壓力注漿，通過高壓注漿泵將漿液壓入土體，漿液通過填充、壓密、滲透等方式在原地土中形成漿脈骨架而形成復合地基，改良土體結構。同時在線路下方止水帷幕斷開處進行注漿補強，確保封閉止水效果。

4.3 解決措施

先采用鋼筋混凝土護壁方式施工至8m深時，將鋼筋混凝土護壁調整成鋼護筒，鋼護筒分為三節加工，每節長度為2.33 m，由上到下外直徑分別為1.2 m、1.15 m、l.l m，鋼護筒壁厚1 cm。

鋼護筒壓入施工方法可采取兩種方法，具體如下。

4.3.1 錐形錘打入法

裝置由卷揚機、自制錐形錘組成，利用錐形錘的自重和向下的沖擊力將鋼護筒分節打人。每打人約1m，人工向下開挖70 cm左右，預留30 cm。然后再繼續打人，直至完成三節鋼護筒的全部壓入施工。此種施工方法操作簡便，適合用于鋼筋混凝土護壁與鋼護筒結合施工條件。

4.3.2 千斤頂壓入法

第一層護壁頂部作為上部工字鋼支撐點，下部工字鋼設置于鋼護筒上，上、下部工字鋼之間設置千斤頂，利用千斤頂將鋼護筒壓人。此種施工方法更利于調整鋼護筒的垂直度，但不適合用于鋼筋混凝土護壁與鋼護筒結合施工條件。 結合實際情況，本工程人工挖孔樁鋼護筒施工采用了錐形錘打入法。為了確保防護樁施工質量，樁底人工打人注漿加固鋼管，鋼管直徑30 mm，打人深度不小于2m，梅花形布置。待樁身混凝土灌注完成后，進行樁底注漿加固。

5 人工挖孔施工安全措施

開挖前，沿挖孔樁線路方向開挖探溝，探溝長度覆蓋樁基施工范圍，深度2m，對于探挖出的管線及時聯系相關設備管理單位進行確認，并制訂拆改、防護方案。確定施工現場無任何影響施工的地下管線后方可進行施工。為了防止在挖孔及灌注過程中動載土壓力造成塌孔，埋設鋼筋混凝土護壁，護壁要高出地面20 cm，防止道碴等雜物落入樁孔內對樁孔下作業人員造成傷害。由于樁孔下挖深度較大，孔口周圍應設防護擋板和警示標志?？讟陡浇袡C械及火車即將通過時，井下作業人員停止作業，立即出孔，待火車安全通過后再下孔繼續施工。孔口附近1.5 m范圍內嚴禁堆放土方、料具，堆放的土要及時平整、清運，并且安排防護人員，防止墜物。

孔內、孔上人員使用對講機隨時保持聯絡，以便孔上人員能夠及時了解孔下情況，使孔內發生事故孔上人員及時采取救援措施?？變韧诳兹藛T下孔作業時必須佩帶安全帽、安全帶、安全繩。安全帶必須通過麻繩與孔口處地錨進行連接，以便發生危險時，孔口人員能及時將孔內人員救出。挖孔人員在孔下連續挖孔時間不得超過2h。雨雪天氣，井口應遮蓋嚴密，以防降水灌入孔中，造成孔內土質松軟引起孔內塌方。為了確保樁基開挖中的安全，必須對樁基進行監測，如果發現問題，則必須及時反饋并分析，采取相應的搶救措施，使樁基不發生意外破壞和變形，每次陰雨天氣后及時全面檢查，發現情況及時處理。樁孔應隔孔開挖，周圍應有防排水設施。當一孔灌注混凝土時，另一孔人員應停止工作，并撤出孔內?？變扔腥俗鳂I時，孔上人員不得擅自離開井口，并應密切注意孔內作業人員的工作情況;吊桶運土時，孔內工作人員應停止挖土，靠護壁站立等候。為了確保挖孔施工安全，每組作業人員由兩人組成，一人負責挖孔作業和C25護壁混凝土作業，一人負責提土、送土及護壁拌合。如果挖孔過程中遇到地下水，要及時用吊桶將泥水吊出，當遇大量滲水時，用高揚程潛水泵將水抽出，抽水前孔內挖孔人員升人孔頂，以防止孔內人員觸電。挖深超過5m以后需向孔內送風，采用空壓機每30 min向孔內送風5 min。

6 結束語

鐵路防護樁人工挖孔施工只是人工挖孔施工應用的一個方面，在工程建設中人工挖孔技術應用較為普遍，那么如何提高人工挖孔樁的施工安全和成樁質量是施工人員需要認真探討的問題。本文結合工程實例，對人工挖孔樁施工技術進行了簡述，對高水位地區涌水量較大、局部側塌的原因進行了分析，并有針對性地提出了預防措施和解決措施，為同類施工提供了一定的經驗借鑒。

參考文獻：

[1]尹文綱.基于自反壓鋼護筒護壁人工挖孔樁施工技術研究及應用[J].科技與創新，2018（ 05）.