城市桥梁人工挖孔与反循环钻孔复合接力成桩施工技术研究与应用

程飞，刘丙宇，郄慧国

（北京建工路桥集团有限公司，北京 100123）

1 引言

城市中心地下存在大量既有管线及杂填土层，且既有构筑物繁杂，传统钻机在存有地下钢筋混凝土、土钉墙等混凝土结构的施工环境下施工难度大，且易扰动周边既有管线，旋挖钻机、冲击钻机等传统桩基施工方法无法在确保周边环境安全的前提下进行桩基础施工。

人工挖孔桩施工操作方便，在混凝土孔壁的保护作用下，可采用小型机械轻松破除地下障碍物，降低对周边管线的影响，但在地下水位丰富的地质条件下，带水作业施工不安全，且桩基较深时，在有限空间作业环境下施工人员易发生窒息、中毒等安全事故。

人工挖孔与反循环钻孔复合接力成桩施工技术将两种施工工艺优势充分发挥，可成功实现在复杂环境下的桩基施工。

2 施工背景

跨姚家园路桥梁2#桥台桩径1.2 m，桩长25 m。桩基位于现跨姚家园路边坡上，在既有D900 mm雨水管道与4.4 m×2.8 m热力隧道中间，施工环境复杂。桩基顶部作业面受高压燃气管道制约，边坡开挖后施工作业面最大宽度仅为6 m。地下8 m范围内为人工杂填土，且存在既有管道施工时残留的土钉墙、钢管桩等支护结构；8~30 m范围内为粉质黏土、粉土及砂砾层；地下水位埋深10 m。目前，国内使用较多的旋挖钻、冲击钻因施工场地受限，破除地下钢筋混凝土结构难度大，无法使用。人工挖孔桩受高地下水位影响，不能直接开挖至设计桩深，安全风险较大。施工环境条件如图1所示。

3 解决思路及方案

3.1 人工挖孔桩优越性

（1）环境适应能力强，适用各类土层。在破除既有钢筋混凝土结构时，不存在传统机械难以破除、钻进的难题。（2）机具占地少、施工简捷。主要施工机具为电动提升架、鼓风机，狭小施工场地施工时更能凸显出其优越性。（3）质量牢靠。在人工杂填土层开挖时，可边挖掘、边分析土质情况，直观性强，可较直观地检查、纠偏成孔质量。（4）对周边环境影响小。在城市中心紧邻住宅、商业区施工时，振动小、噪声小，不存在扰民情况；破除地下障碍物时，人工采用小型机具进行破除，不易扰动周边地下管道及其他既有构筑物[1]。

3.2 人工挖孔桩受限性

（1）在地下水丰富的情况下，带水作业易导致操作人员不安全。（2）挖孔作业为有限空间作业，随开挖深度增加，易发生窒息、中毒等安全事故。

3.3 反循环施工优点

（1）反循环钻机自重小、占地面积小，施工场地承载能力要求低，狭小作业面部位适用性高。（2）施工机具振动小、噪声低，住宅区附近施工，不扰民。（3）反循环孔壁稳定、质量好，地层适应范围广。反循环成孔主要是利用水压平衡土层压力，以维持孔壁稳定。压力大于0.2 MPa时，即使在黏聚力较差的流沙层中使用泥浆也可保持孔壁不坍塌、不缩颈。

3.4 反循环施工不足

具体表现为以下3方面：（1）破除地下钢筋混凝土结构难度大，易扰动周边正在运营的管线，施工风险大。（2）在施工场地受限情况下，只能在远离孔位位置设置泥浆池、沉淀池等设施，对泥浆以及泥浆泵性能要求高。（3）泥浆需求量较大，在城区施工时沉渣及泥浆循环易造成环境污染。

3.5 解决方案

根据本工程施工环境以及各种桩基工艺特点，本工程地下10 m范围内及地下水位以上采用人工挖孔成桩工艺，剩余桩长即水位以下采用反循环施工工艺。

4 人工挖孔+反循环钻孔复合接力成桩施工技术

4.1 工艺流程

平整场地→挖孔、护壁→反循环接力钻进→吊放钢筋笼→桩基混凝土灌注

4.2 主要技术要点

4.2.1 平整场地

整平施工场地，清除地上杂物，而后碾压至密实。本工程桩径1 200 mm，选用HG-200型反循环钻机，施工作业平台宽度满足反循环钻机施工需求。作业面高出设计桩顶500 mm，可保证桩头质量。

4.2.2 挖孔、护壁

挖孔采取分步开挖，根据孔壁状态确定开挖深度，一般以0.7~1 m为一步，特殊地段减小至0.6~0.8 m。第一步锁口圈梁施工时，在孔外增加一圈200 mm厚钢筋混凝土护壁，护壁高出作业面200 mm，且由孔口向四周延伸800 mm，确保锁口混凝土具有足够的承载力。护壁混凝土浇筑完成24 h后，及时安装提升架、通风机等设备。

桩孔土方开挖应从上到下逐层进行，先挖除中间土方，再挖周边，保证孔洞截面尺寸；开挖至障碍物时，人工采用电锤、风镐等从上到下、由中间向四周破除至孔径外轮廓。每开挖一步及时安装钢筋网、浇筑混凝土，人工捣实。混凝土一般应掺入早强剂、抗渗剂以降低混凝土凝固时间，增强混凝土抗渗性能。

4.2.3 反循环接力钻进

人工挖孔桩护壁混凝土浇筑24 h后，反循环钻机方可安装。钻头安装就位后，提前造浆，向桩孔内注入2 m高的泥浆。开始钻进时，保持低挡慢速钻进，每隔30 min检测泥浆指标。调整泥浆比重时，钻进速度降至最慢挡位，以使接力界面有足够的泥浆护壁。钻至孔底时，钻头适当提起，防止钻头及钻杆的质量全部传递至孔底，形成扩孔。

钻机就位时机座要调平，保证钻头中心与挖孔中心是否在同一条直线上。核实无误后，再次检查钻杆的垂直度是否满足规范要求，钻杆、钻头等部位连接是否牢固、钻头直径和设计桩径是否相同，校核钻具的长度，同时检测泥浆各项指标，一切就绪后方可施钻[2]。

4.2.4 吊放钢筋笼

由于上部人工挖孔孔径大于桩径，钢筋笼吊放时，严格控制钢筋笼垂直度，避免笼体碰撞护壁混凝土及接茬部位护壁，确保钢筋笼能顺利对正。

4.2.5 桩基混凝土灌注

反循环钻孔至设计标高后，采用水下混凝土灌注，保证桩身混凝土质量。由于施工场地狭小，混凝土罐车无法运至桩孔位置，需采用汽车泵运送混凝土至漏斗。在灌注孔口位置安装1台泥浆泵抽排外溢泥浆，以防泥浆四散、污染环境。灌至孔顶时，应降低灌注速度，保持泥浆泵正常工作，必要时辅以人工掏浆。

5 安全质量控制

桩基应在全部人工挖孔部分完成后，再依次进行下部反循环施工，以防止因反循环钻机运转影响相邻桩挖孔护壁稳定性。挖孔完成后应及时用钢板将孔口盖严，确保桩基作业面安全。

挖孔桩护壁混凝土浇筑质量是确保下部反循环钻进的基础。护壁混凝土使用抗渗混凝土，做好上、下节接茬施工缝处理，避免桩孔储蓄泥浆时浆液渗漏。

上部挖孔中心偏差及挖孔垂直度应符合反循环钻孔灌注桩要求，以免钻头下放时钻头碰撞护壁、钻杆倾斜，影响后续钻进。挖孔桩挖至钻进交界面，桩孔底部平整度应有较高要求，避免反循环钻头就位后偏斜。

挖孔过程中加强有限空间作业监测及地下水位监测。挖孔深度按照孔位内障碍物高程及地下水变化灵活调整[3]。

6 结语

城市桥梁桩基础施工环境日渐苛刻，施工难度越来越大。人工挖孔与反循环钻孔复合接力成桩施工技术可充分发挥人工挖孔桩与反循环钻孔灌注桩工艺的优势，适合在地下存有大量构筑物和既有管线的环境下施工；施工噪声小，对周边居民、公共环境影响小；成孔稳定性高；泥浆用量小，不需要使用钢护筒；单桩承载力高；有限空间作业危险性减小；可提升施工效率与施工可行性，适宜在施工环境复杂的情况下应用，值得推广。