浅谈高水位和地质复杂条件下人工挖孔桩施工技术应用

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　　摘要：在考虑工程造价和周边建筑物限制的条件下，城市道路多采用框架桥形式下穿铁路。为了确保铁路的运行安全，框架桥施工过程中，铁路路基均设计有铁路防护桩，根据铁路相关文件，此种防护桩需采用人工挖孔施工，高水位和地质条件复杂条件下的人工挖孔桩施工成为施工普遍存在的难题。结合某工程的铁路防护桩进行人工挖孔桩施工的实例，详细介绍了在地下水位较高和地质条件复杂条件下的人工挖孔桩施工技术，为今后类似条件下的施工提供可参考经验。
　　关键词：地质条件;人工挖孔施工技术;工程造价;城市道路
　　中图分类号：U445.4
　　文献标识码：A
　　DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.068
　　为了确保铁路路基安全，在下穿铁路顶进框架桥的设计方案中，均设计有铁路路基防护桩。在实际施工中，为了尽量减少对铁路运行的影响，多数施工单位均按照临近既有线施工向当地铁路部门上报审批施工计划。按照铁路相关文件要求，严禁机械靠近运营铁路进行施工，因此，均采用了人工挖孔桩施工技术。结合某工程实例，详细介绍了高水位和地质条件复杂条件下人工挖孔桩的施工技术。
　　1 工程简述
　　某框架桥下穿铁路顶进施工，框架桥四角设计均为6根防护桩，防护桩桩长15m，直径1.25m，共计24根。按照铁路相关要求及施工方案，防护桩采用人工挖孔施工。 据工程地质钻探成果，并结合土工试验报告，桥址区主要地层特征如下：
　　①层，杂填土Q42ml：杂色，松散，稍湿～潮湿，土质不均匀，含较多炉渣、建筑垃圾等，厚度3 - 4.3 m。
　　①-1层，填筑土：黄褐色，稍湿，稍密～中密，主要位于既有铁路路基处，厚度12 m。
　　②层，粉土Q4al+pl：褐黄色，潮湿～饱和，稍密，土质均匀，局部夹少量粉砂、圆砾层，该层揭露厚度大于25 m。
　　场区内无地表水分布，勘察期间地下水位距地面约5m，含水层主要为粉土，地下水受降雨垂直人渗补给及地表水渗透补给。
　　2 人工挖孔桩施工方法
　　2.1 施工准备
　　施工场地准备：施工场地的平整，临时水、电管线的敷设及临时设施的搭建，按照合理、紧凑的原则确定钢筋加工场地、施工人员驻地等位置和大小。
　　根据文件要求，本次施工属临近营业线和营业线施工，施工前制订施工计划，报铁路相关部门审批，批准后方可施工。施工前根据设计文件对现场进行核对、调查，并复核中线、里程、角度、高程、长度及地质资料等。施工前先进行场地清理，人工进行探沟开挖，对铁路既有设备、光电缆以及各专业地下管线等进行摸底，探明后与相关各单位确定迁改及割接方案，妥善处理，确保既有线行车安全。
　　2.2 周边降水、止水施工
　　施工区域四周设置双排高压旋喷桩做止水帷幕，桩径0.6 m，间距0.45 m，桩长为基坑深度+6 m，等边三角形搭接布置，采用切割搭接法施工，使桩身之间互相咬合紧密。降水采用管井降水，降水井口径40 cm，间距lOm，降水井深度25m。降水后，地下水位低于基底1m以下。但降水过程中，铁路路基发生局部沉降，影响了行车。为了确保铁路运营安全，铁路线路整修完成后，降水概率降低了约50%.
　　3 人工挖孔桩施工
　　3.1 人工挖孔施工
　　由于挖孔桩在铁路两侧施工，采用在砼枕端两侧设置挡碴木板，木板高度砼轨底齐平，保证支撑稳定及线路道床稳定，防止道碴掉人孔中傷及施工人员;在线路外侧空地准备砂袋，如果下雨时雨水灌人孔内，则马上用砂袋进行回填，孔口覆盖塑料布封严，以防雨水灌人对路基浸泡造成塌方，孔内出土利用列车间隙，人工橡胶斗出土。
　　3.1.1 对桩位中心进行测量放样
　　进行人工挖孔之前，对挖孔场地进行人工整平，用全站仪准确放样出各桩桩位，并用钢尺逐桩复核，对每个桩位用护桩把桩位引到孔径外侧70 cm处，并用M10砂浆护好。确定好桩位后，由技术人员对监理工程师进行报验，经监理工程师复合无误后进行开挖作业，并做好开挖记录。
　　3.1.2 人工挖孔桩工艺流程
　　人工挖孔桩工艺流程：测量放样一土方开挖一清孔壁、校核垂直度和桩径一绑扎护壁构造钢筋一安装护壁模板一浇筑护壁砼一拆模下挖。
　　3.1.3 土方开挖
　　桩孔开挖采用从上至下分节挖土法，普通土层每节挖土1m（如果遇地质与设计不符时，则应及时向项目部技术人员反映，并报监理单位和设计单位确认），人工手持铁锹逐层挖掘。铁锹铲土装入吊桶，用卷扬机提升机架吊上地面，至地面后用手推车放入弃土场。每节开挖深度为1m，挖土次序先中间后周边。
　　3.1.4 第一节护壁绑扎钢筋及支护模板
　　根据设计图纸及技术交底进行绑扎护壁钢筋，钢筋型号主筋采用螺纹φ12 mm，箍筋采用φ10 mm。挖孔时每挖土1m进行一次支护，支护采用C20混凝土护壁，护壁模板采用圆形钢模板，最后连接的钢模板用木棒进行隔离固定，便于后续拆模使用。第一节护壁应高出地面1 520 cm，防止水和杂物掉入孔内伤人。
　　3.1.5 浇筑第一节护壁混凝土
　　护壁混凝土采用C20混凝土，厚度采用25 cm，振捣密实，塌落度控制在100 - 150 mm。护壁混凝土浇筑完成后，待混凝土初凝后（ 1.52 h）再进行第二节开挖工作。混凝土达到30%强度期间，护壁模板不允许拆除，做为临时支撑，待混凝土强度达到后再行拆除。
　　3.1.6 每节护壁浇筑完成后进行桩位复合
　　每节桩孔护壁浇筑完成后，下一节开孔前，必须对桩位中心及高程进行复合，确保桩中心与开孔前在一条轴线上，保证挖孔桩的垂直度。如果有偏差，则在下一节开孔过程中进行校核。保证轴线以及截面尺寸满足设计及规范要求。 　　3.1.7 安装防护照明起吊等设施
　　第一节护壁浇筑完成后，安装孔口架及垂直提升卷扬机，卷扬机必须固定牢固，安装电动限位装置，防止电动葫芦失控掉入孔内。孔内挖出的土方利用手推车运送到离孔口2m以外，防止孔口护壁受侧压力而失稳。孔内照明必须采用安全电压（ 36V）、防水带罩的安全灯具。桩孔口必设有专人看守，施工完毕后必须设孔口防护和孔口钢筋壁。无关人员不得靠近孔口。
　　3.1.8 第二节土方开孔
　　第二节开始，利用卷扬机进行提土作业，现场作业人员必须戴好安全帽、安全带。第二节开孔至深度后，桩孔挖至规定的深度后，继续对桩位中心及高程进行复合，确保桩中心与开孔前在一条轴线上，保证挖孔桩的垂直度。
　　3.1.9 第二节护壁绑扎钢筋及浇筑砼
　　先拆除第一节护壁模板，然后按照设计要求绑扎第二节护壁钢筋。钢筋绑扎完成后支护第二节护壁模板，第一节与第二节护壁必须搭接，搭接长度为1OO mm。连接口处应捣固密实。
　　后续按照顺序及开挖要求逐层进行开挖，循环作業，直至挖至设计深度。成孔后，技术人员要报监理工程师确认深度、直径、桩位中线以及垂直度，最终填写隐蔽工程记录表，签字确认。
　　3.2 钢筋笼施工
　　挖孔桩钢筋笼绑扎采用孔内绑扎的方式进行，主筋采用4m、5m间隔连接（以保证钢筋下放过程中距离带电体小于2m），下放4根长5m的Nl和N1-1钢筋，将φ8圆钢箍筋按照设计间距与主筋绑扎连接，然后将剩余主筋按照5 m、4m间隔下放至孔内与箍筋绑扎连接;绑扎φ25的3#加强箍圈，按照接头错开原则依次绑扎直至钢筋笼成型。钢筋绑扎严格按照设计及规范要求进行施工，主筋绑扎搭接时长不小于35d。
　　3.3 混凝土灌注
　　桩身混凝土采用拌合站集中拌制的混凝土，在灌注前与铁路设备监护管理单位协调，利用天窗点将地泵泵管由线路下枕木间隙中穿出，接到井口，泵管穿越线路下采用绝缘胶皮包裹。准备就绪后次日利用列车间隔按照营业线管理办法，依照B类施工灌注混凝土。混凝土浇筑到桩顶标高时，应高出桩顶设计标高，确保剔除浮浆后，桩顶标高符合设计及规范要求。
　　4 涌水量大或侧塌的解决措施
　　4.1 原因分析
　　止水帷幕在铁路下方未形成封闭，同时，因担心铁路路基发生大沉降，影响列车运行，降水深度距原地面约8m。当人工挖孔深度达到8-9m时，涌水量过大，且局部发生侧塌，正常施工方法无法成孔。
　　4.2 预防措施
　　4.2.1 降水井的设置
　　除了止水帷幕桩范围内，在地势较高或水源上游设置补强降水井，确保降水效果。
　　4.2.2 路基注浆
　　为了保证框架桥顶进过程中框架两侧土体稳定和人工挖孔桩施工中避免发生侧塌现象，顶进前对止水帷幕桩范围内进行注浆加固，注浆液采用水泥+水玻璃混合液，采用压力注浆，通过高压注浆泵将浆液压入土体，浆液通过填充、压密、渗透等方式在原地土中形成浆脉骨架而形成复合地基，改良土体结构。同时在线路下方止水帷幕断开处进行注浆补强，确保封闭止水效果。
　　4.3 解决措施
　　先采用钢筋混凝土护壁方式施工至8m深时，将钢筋混凝土护壁调整成钢护筒，钢护筒分为三节加工，每节长度为2.33 m，由上到下外直径分别为1.2 m、1.15 m、l.l m，钢护筒壁厚1 cm。
　　钢护筒压入施工方法可采取两种方法，具体如下。
　　4.3.1 锥形锤打入法
　　装置由卷扬机、自制锥形锤组成，利用锥形锤的自重和向下的冲击力将钢护筒分节打人。每打人约1m，人工向下开挖70 cm左右，预留30 cm。然后再继续打人，直至完成三节钢护筒的全部压入施工。此种施工方法操作简便，适合用于钢筋混凝土护壁与钢护筒结合施工条件。
　　4.3.2 千斤顶压入法
　　第一层护壁顶部作为上部工字钢支撑点，下部工字钢设置于钢护筒上，上、下部工字钢之间设置千斤顶，利用千斤顶将钢护筒压人。此种施工方法更利于调整钢护筒的垂直度，但不适合用于钢筋混凝土护壁与钢护筒结合施工条件。 结合实际情况，本工程人工挖孔桩钢护筒施工采用了锥形锤打入法。为了确保防护桩施工质量，桩底人工打人注浆加固钢管，钢管直径30 mm，打人深度不小于2m，梅花形布置。待桩身混凝土灌注完成后，进行桩底注浆加固。
　　5 人工挖孔施工安全措施
　　开挖前，沿挖孔桩线路方向开挖探沟，探沟长度覆盖桩基施工范围，深度2m，对于探挖出的管线及时联系相关设备管理单位进行确认，并制订拆改、防护方案。确定施工现场无任何影响施工的地下管线后方可进行施工。为了防止在挖孔及灌注过程中动载土压力造成塌孔，埋设钢筋混凝土护壁，护壁要高出地面20 cm，防止道碴等杂物落入桩孔内对桩孔下作业人员造成伤害。由于桩孔下挖深度较大，孔口周围应设防护挡板和警示标志。孔桩附近有机械及火车即将通过时，井下作业人员停止作业，立即出孔，待火车安全通过后再下孔继续施工。孔口附近1.5 m范围内严禁堆放土方、料具，堆放的土要及时平整、清运，并且安排防护人员，防止坠物。
　　孔内、孔上人员使用对讲机随时保持联络，以便孔上人员能够及时了解孔下情况，使孔内发生事故孔上人员及时采取救援措施。孔内挖孔人员下孔作业时必须佩带安全帽、安全带、安全绳。安全带必须通过麻绳与孔口处地锚进行连接，以便发生危险时，孔口人员能及时将孔内人员救出。挖孔人员在孔下连续挖孔时间不得超过2h。雨雪天气，井口应遮盖严密，以防降水灌入孔中，造成孔内土质松软引起孔内塌方。为了确保桩基开挖中的安全，必须对桩基进行监测，如果发现问题，则必须及时反馈并分析，采取相应的抢救措施，使桩基不发生意外破坏和变形，每次阴雨天气后及时全面检查，发现情况及时处理。桩孔应隔孔开挖，周围应有防排水设施。当一孔灌注混凝土时，另一孔人员应停止工作，并撤出孔内。孔内有人作业时，孔上人员不得擅自离开井口，并应密切注意孔内作业人员的工作情况;吊桶运土时，孔内工作人员应停止挖土，靠护壁站立等候。为了确保挖孔施工安全，每组作业人员由两人组成，一人负责挖孔作业和C25护壁混凝土作业，一人负责提土、送土及护壁拌合。如果挖孔过程中遇到地下水，要及时用吊桶将泥水吊出，当遇大量渗水时，用高扬程潜水泵将水抽出，抽水前孔内挖孔人员升人孔顶，以防止孔内人员触电。挖深超过5m以后需向孔内送风，采用空压机每30 min向孔内送风5 min。
　　6 结束语
　　铁路防护桩人工挖孔施工只是人工挖孔施工应用的一个方面，在工程建设中人工挖孔技术应用较为普遍，那么如何提高人工挖孔桩的施工安全和成桩质量是施工人员需要认真探讨的问题。本文结合工程实例，对人工挖孔桩施工技术进行了简述，对高水位地区涌水量较大、局部侧塌的原因进行了分析，并有针对性地提出了预防措施和解决措施，为同类施工提供了一定的经验借鉴。
　　参考文献：
　　[1]尹文纲.基于自反压钢护筒护壁人工挖孔桩施工技术研究及应用[J].科技与创新，2018（ 05）.
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