淺談高水位和地質(zhì)復(fù)雜條件下人工挖孔樁施工技術(shù)應(yīng)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(shè)計有鐵路防護(hù)樁，根據(jù)鐵路相關(guān)文件，此種防護(hù)樁需采用人工挖孔施工，高水位和地質(zhì)條件復(fù)雜條件下的人工挖孔樁施工成為施工普遍存在的難題。結(jié)合某工程的鐵路防護(hù)樁進(jìn)行人工挖孔樁施工的實例，詳細(xì)介紹了在地下水位較高和地質(zhì)條件復(fù)雜條件下的人工挖孔樁施工技術(shù)，為今后類似條件下的施工提供可參考經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)條件;人工挖孔施工技術(shù);工程造價;城市道路

中圖分類號：U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)框架橋的設(shè)計方案中，均設(shè)計有鐵路路基防護(hù)樁。在實際施工中，為了盡量減少對鐵路運行的影響，多數(shù)施工單位均按照臨近既有線施工向當(dāng)?shù)罔F路部門上報審批施工計劃。按照鐵路相關(guān)文件要求，嚴(yán)禁機(jī)械靠近運營鐵路進(jìn)行施工，因此，均采用了人工挖孔樁施工技術(shù)。結(jié)合某工程實例，詳細(xì)介紹了高水位和地質(zhì)條件復(fù)雜條件下人工挖孔樁的施工技術(shù)。

1 工程簡述

某框架橋下穿鐵路頂進(jìn)施工，框架橋四角設(shè)計均為6根防護(hù)樁，防護(hù)樁樁長15m，直徑1.25m，共計24根。按照鐵路相關(guān)要求及施工方案，防護(hù)樁采用人工挖孔施工。 據(jù)工程地質(zhì)鉆探成果，并結(jié)合土工試驗報告，橋址區(qū)主要地層特征如下：

①層，雜填土Q42ml：雜色，松散，稍濕～潮濕，土質(zhì)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(zhì)均勻，局部夾少量粉砂、圓礫層，該層揭露厚度大于25 m。

場區(qū)內(nèi)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(bǔ)給及地表水滲透補(bǔ)給。

2 人工挖孔樁施工方法

2.1 施工準(zhǔn)備

施工場地準(zhǔn)備：施工場地的平整，臨時水、電管線的敷設(shè)及臨時設(shè)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(jù)文件要求，本次施工屬臨近營業(yè)線和營業(yè)線施工，施工前制訂施工計劃，報鐵路相關(guān)部門審批，批準(zhǔn)后方可施工。施工前根據(jù)設(shè)計文件對現(xiàn)場進(jìn)行核對、調(diào)查，并復(fù)核中線、里程、角度、高程、長度及地質(zhì)資料等。施工前先進(jìn)行場地清理，人工進(jìn)行探溝開挖，對鐵路既有設(shè)備、光電纜以及各專業(yè)地下管線等進(jìn)行摸底，探明后與相關(guān)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(qū)域四周設(shè)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l(xiāng)Om，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(fā)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(cè)施工，采用在砼枕端兩側(cè)設(shè)置擋碴木板，木板高度砼軌底齊平，保證支撐穩(wěn)定及線路道床穩(wěn)定，防止道碴掉人孔中傷及施工人員;在線路外側(cè)空地準(zhǔn)備砂袋，如果下雨時雨水灌人孔內(nèi)，則馬上用砂袋進(jìn)行回填，孔口覆蓋塑料布封嚴(yán)，以防雨水灌人對路基浸泡造成塌方，孔內(nèi)出土利用列車間隙，人工橡膠斗出土。

3.1.1 對樁位中心進(jìn)行測量放樣

進(jìn)行人工挖孔之前，對挖孔場地進(jìn)行人工整平，用全站儀準(zhǔn)確放樣出各樁樁位，并用鋼尺逐樁復(fù)核，對每個樁位用護(hù)樁把樁位引到孔徑外側(cè)70 cm處，并用M10砂漿護(hù)好。確定好樁位后，由技術(shù)人員對監(jiān)理工程師進(jìn)行報驗，經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)合無誤后進(jìn)行開挖作業(yè)，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(hù)壁構(gòu)造鋼筋一安裝護(hù)壁模板一澆筑護(hù)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(jié)挖土法，普通土層每節(jié)挖土1m（如果遇地質(zhì)與設(shè)計不符時，則應(yīng)及時向項目部技術(shù)人員反映，并報監(jiān)理單位和設(shè)計單位確認(rèn)），人工手持鐵鍬逐層挖掘。鐵鍬鏟土裝入吊桶，用卷揚機(jī)提升機(jī)架吊上地面，至地面后用手推車放入棄土場。每節(jié)開挖深度為1m，挖土次序先中間后周邊。

3.1.4 第一節(jié)護(hù)壁綁扎鋼筋及支護(hù)模板

根據(jù)設(shè)計圖紙及技術(shù)交底進(jìn)行綁扎護(hù)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(jìn)行一次支護(hù)，支護(hù)采用C20混凝土護(hù)壁，護(hù)壁模板采用圓形鋼模板，最后連接的鋼模板用木棒進(jìn)行隔離固定，便于后續(xù)拆模使用。第一節(jié)護(hù)壁應(yīng)高出地面1 520 cm，防止水和雜物掉入孔內(nèi)傷人。

3.1.5 澆筑第一節(jié)護(hù)壁混凝土

護(hù)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(hù)壁混凝土澆筑完成后，待混凝土初凝后（ 1.52 h）再進(jìn)行第二節(jié)開挖工作。混凝土達(dá)到30%強(qiáng)度期間，護(hù)壁模板不允許拆除，做為臨時支撐，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到后再行拆除。

3.1.6 每節(jié)護(hù)壁澆筑完成后進(jìn)行樁位復(fù)合

每節(jié)樁孔護(hù)壁澆筑完成后，下一節(jié)開孔前，必須對樁位中心及高程進(jìn)行復(fù)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(jié)開孔過程中進(jìn)行校核。保證軸線以及截面尺寸滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

3.1.7 安裝防護(hù)照明起吊等設(shè)施

第一節(jié)護(hù)壁澆筑完成后，安裝孔口架及垂直提升卷揚機(jī)，卷揚機(jī)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(nèi)?？變?nèi)挖出的土方利用手推車運送到離孔口2m以外，防止孔口護(hù)壁受側(cè)壓力而失穩(wěn)。孔內(nèi)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(shè)有專人看守，施工完畢后必須設(shè)孔口防護(hù)和孔口鋼筋壁。無關(guān)人員不得靠近孔口。

3.1.8 第二節(jié)土方開孔

第二節(jié)開始，利用卷揚機(jī)進(jìn)行提土作業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)人員必須戴好安全帽、安全帶。第二節(jié)開孔至深度后，樁孔挖至規(guī)定的深度后，繼續(xù)對樁位中心及高程進(jìn)行復(fù)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(jié)護(hù)壁綁扎鋼筋及澆筑砼

先拆除第一節(jié)護(hù)壁模板，然后按照設(shè)計要求綁扎第二節(jié)護(hù)壁鋼筋。鋼筋綁扎完成后支護(hù)第二節(jié)護(hù)壁模板，第一節(jié)與第二節(jié)護(hù)壁必須搭接，搭接長度為1OO mm。連接口處應(yīng)搗固密實。

后續(xù)按照順序及開挖要求逐層進(jìn)行開挖，循環(huán)作業(yè)，直至挖至設(shè)計深度。成孔后，技術(shù)人員要報監(jiān)理工程師確認(rèn)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(rèn)。

3.2 鋼筋籠施工

挖孔樁鋼筋籠綁扎采用孔內(nèi)綁扎的方式進(jìn)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(shè)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(nèi)與箍筋綁扎連接;綁扎φ25的3#加強(qiáng)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(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)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(shè)備監(jiān)護(hù)管理單位協(xié)調(diào)，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(zhǔn)備就緒后次日利用列車間隔按照營業(yè)線管理辦法，依照B類施工灌注混凝土?；炷翝仓綐俄敇?biāo)高時，應(yīng)高出樁頂設(shè)計標(biāo)高，確保剔除浮漿后，樁頂標(biāo)高符合設(shè)計及規(guī)范要求。

4 涌水量大或側(cè)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(dān)心鐵路路基發(fā)生大沉降，影響列車運行，降水深度距原地面約8m。當(dāng)人工挖孔深度達(dá)到8-9m時，涌水量過大，且局部發(fā)生側(cè)塌，正常施工方法無法成孔。

4.2 預(yù)防措施

4.2.1 降水井的設(shè)置

除了止水帷幕樁范圍內(nèi)，在地勢較高或水源上游設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)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(jìn)過程中框架兩側(cè)土體穩(wěn)定和人工挖孔樁施工中避免發(fā)生側(cè)塌現(xiàn)象，頂進(jìn)前對止水帷幕樁范圍內(nèi)進(jìn)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(fù)合地基，改良土體結(jié)構(gòu)。同時在線路下方止水帷幕斷開處進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)，確保封閉止水效果。

4.3 解決措施

先采用鋼筋混凝土護(hù)壁方式施工至8m深時，將鋼筋混凝土護(hù)壁調(diào)整成鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒分為三節(jié)加工，每節(jié)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(hù)筒壁厚1 cm。

鋼護(hù)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(jī)、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(hù)筒分節(jié)打人。每打人約1m，人工向下開挖70 cm左右，預(yù)留30 cm。然后再繼續(xù)打人，直至完成三節(jié)鋼護(hù)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(hù)壁與鋼護(hù)筒結(jié)合施工條件。

4.3.2 千斤頂壓入法

第一層護(hù)壁頂部作為上部工字鋼支撐點，下部工字鋼設(shè)置于鋼護(hù)筒上，上、下部工字鋼之間設(shè)置千斤頂，利用千斤頂將鋼護(hù)筒壓人。此種施工方法更利于調(diào)整鋼護(hù)筒的垂直度，但不適合用于鋼筋混凝土護(hù)壁與鋼護(hù)筒結(jié)合施工條件。 結(jié)合實際情況，本工程人工挖孔樁鋼護(hù)筒施工采用了錐形錘打入法。為了確保防護(hù)樁施工質(zhì)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(jìn)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(lián)系相關(guān)設(shè)備管理單位進(jìn)行確認(rèn)，并制訂拆改、防護(hù)方案。確定施工現(xiàn)場無任何影響施工的地下管線后方可進(jìn)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(shè)鋼筋混凝土護(hù)壁，護(hù)壁要高出地面20 cm，防止道碴等雜物落入樁孔內(nèi)對樁孔下作業(yè)人員造成傷害。由于樁孔下挖深度較大，孔口周圍應(yīng)設(shè)防護(hù)擋板和警示標(biāo)志?？讟陡浇袡C(jī)械及火車即將通過時，井下作業(yè)人員停止作業(yè)，立即出孔，待火車安全通過后再下孔繼續(xù)施工?？卓诟浇?.5 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆放土方、料具，堆放的土要及時平整、清運，并且安排防護(hù)人員，防止墜物。

孔內(nèi)、孔上人員使用對講機(jī)隨時保持聯(lián)絡(luò)，以便孔上人員能夠及時了解孔下情況，使孔內(nèi)發(fā)生事故孔上人員及時采取救援措施?？變?nèi)挖孔人員下孔作業(yè)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(jìn)行連接，以便發(fā)生危險時，孔口人員能及時將孔內(nèi)人員救出。挖孔人員在孔下連續(xù)挖孔時間不得超過2h。雨雪天氣，井口應(yīng)遮蓋嚴(yán)密，以防降水灌入孔中，造成孔內(nèi)土質(zhì)松軟引起孔內(nèi)塌方。為了確保樁基開挖中的安全，必須對樁基進(jìn)行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)問題，則必須及時反饋并分析，采取相應(yīng)的搶救措施，使樁基不發(fā)生意外破壞和變形，每次陰雨天氣后及時全面檢查，發(fā)現(xiàn)情況及時處理。樁孔應(yīng)隔孔開挖，周圍應(yīng)有防排水設(shè)施。當(dāng)一孔灌注混凝土?xí)r，另一孔人員應(yīng)停止工作，并撤出孔內(nèi)?？變?nèi)有人作業(yè)時，孔上人員不得擅自離開井口，并應(yīng)密切注意孔內(nèi)作業(yè)人員的工作情況;吊桶運土?xí)r，孔內(nèi)工作人員應(yīng)停止挖土，靠護(hù)壁站立等候。為了確保挖孔施工安全，每組作業(yè)人員由兩人組成，一人負(fù)責(zé)挖孔作業(yè)和C25護(hù)壁混凝土作業(yè)，一人負(fù)責(zé)提土、送土及護(hù)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(dāng)遇大量滲水時，用高揚程潛水泵將水抽出，抽水前孔內(nèi)挖孔人員升人孔頂，以防止孔內(nèi)人員觸電。挖深超過5m以后需向孔內(nèi)送風(fēng)，采用空壓機(jī)每30 min向孔內(nèi)送風(fēng)5 min。

6 結(jié)束語

鐵路防護(hù)樁人工挖孔施工只是人工挖孔施工應(yīng)用的一個方面，在工程建設(shè)中人工挖孔技術(shù)應(yīng)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(zhì)量是施工人員需要認(rèn)真探討的問題。本文結(jié)合工程實例，對人工挖孔樁施工技術(shù)進(jìn)行了簡述，對高水位地區(qū)涌水量較大、局部側(cè)塌的原因進(jìn)行了分析，并有針對性地提出了預(yù)防措施和解決措施，為同類施工提供了一定的經(jīng)驗借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹文綱.基于自反壓鋼護(hù)筒護(hù)壁人工挖孔樁施工技術(shù)研究及應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2018（ 05）.