城市橋梁人工挖孔與反循環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、沖擊鉆機等傳統樁基施工方法無法在確保周邊環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條件下，帶水作業施工不安全，且樁基較深時，在有限空間作業環境下施工人員易發生窒息、中毒等安全事故。

人工挖孔與反循環鉆孔復合接力成樁施工技術將兩種施工工藝優勢充分發揮，可成功實現在復雜環境下的樁基施工。

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，施工環境復雜。樁基頂部作業面受高壓燃氣管道制約，邊坡開挖后施工作業面最大寬度僅為6 m。地下8 m范圍內為人工雜填土，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范圍內為粉質黏土、粉土及砂礫層；地下水位埋深10 m。目前，國內使用較多的旋挖鉆、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。施工環境條件如圖1所示。

3 解決思路及方案

3.1 人工挖孔樁優越性

（1）環境適應能力強，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越性。（3）質量牢靠。在人工雜填土層開挖時，可邊挖掘、邊分析土質情況，直觀性強，可較直觀地檢查、糾偏成孔質量。（4）對周邊環境影響小。在城市中心緊鄰住宅、商業區施工時，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，帶水作業易導致操作人員不安全。（2）挖孔作業為有限空間作業，隨開挖深度增加，易發生窒息、中毒等安全事故。

3.3 反循環施工優點

（1）反循環鉆機自重小、占地面積小，施工場地承載能力要求低，狹小作業面部位適用性高。（2）施工機具振動小、噪聲低，住宅區附近施工，不擾民。（3）反循環孔壁穩定、質量好，地層適應范圍廣。反循環成孔主要是利用水壓平衡土層壓力，以維持孔壁穩定。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 反循環施工不足

具體表現為以下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，在城區施工時沉渣及泥漿循環易造成環境污染。

3.5 解決方案

根據本工程施工環境以及各種樁基工藝特點，本工程地下10 m范圍內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施工工藝。

4 人工挖孔+反循環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型反循環鉆機，施工作業平臺寬度滿足反循環鉆機施工需求。作業面高出設計樁頂500 mm，可保證樁頭質量。

4.2.2 挖孔、護壁

挖孔采取分步開挖，根據孔壁狀態確定開挖深度，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、澆筑混凝土，人工搗實。混凝土一般應摻入早強劑、抗滲劑以降低混凝土凝固時間，增強混凝土抗滲性能。

4.2.3 反循環接力鉆進

人工挖孔樁護壁混凝土澆筑24 h后，反循環鉆機方可安裝。鉆頭安裝就位后，提前造漿，向樁孔內注入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量全部傳遞至孔底，形成擴孔。

鉆機就位時機座要調平，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施工，以防止因反循環鉆機運轉影響相鄰樁挖孔護壁穩定性。挖孔完成后應及時用鋼板將孔口蓋嚴，確保樁基作業面安全。

挖孔樁護壁混凝土澆筑質量是確保下部反循環鉆進的基礎。護壁混凝土使用抗滲混凝土，做好上、下節接茬施工縫處理，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，避免反循環鉆頭就位后偏斜。

挖孔過程中加強有限空間作業監測及地下水位監測。挖孔深度按照孔位內障礙物高程及地下水變化靈活調整[3]。

6 結語

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