鐵路橋梁大直徑樁施工探析

雷鋒華

(鐵道部工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站廣州監(jiān)督站)

1 工程概況

某鐵路橋梁采用直徑為2.5 m 的大直徑混凝土灌注樁，其中樁孔的傾斜度不大于0.80%，比規(guī)范稍微嚴(yán)格些。樁基礎(chǔ)采用行列式布置，鉆孔樁的施工采用吊箱圍堰作為鉆孔的施工平臺(tái)，承載結(jié)構(gòu)為圍堰內(nèi)的支架。為了使鐵路橋梁大直徑樁的質(zhì)量和工期滿足要求，應(yīng)該在施工前對(duì)主橋墩附近試樁，從而確定直徑為2.5 m 的大直徑灌注樁的施工流程。

圖1 大直徑灌注樁施工工藝流程

2 大直徑樁的施工工藝

2.1 確立定位標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《鐵路橋涵施工規(guī)范》可知，吊箱圍堰定位的許可偏差:中線扭轉(zhuǎn)角不大于10，圍堰的最大傾斜度不大于H/50(其中H 為圍堰高度)，圍堰中心位置偏差不大于50 mm，鋼護(hù)筒最大傾斜度不大于1%。通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件進(jìn)行分析計(jì)算，大直徑樁的位置和承臺(tái)的位置允許偏差將不小于750 mm，大大超出規(guī)范中的數(shù)據(jù)。所以，吊箱圍堰的定位標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，從而擬定。最后得出的控制指標(biāo)。(1)圍堰相對(duì)垂直度考慮工廠制造的情況，應(yīng)該不大于1/500;(2)圍堰位置相對(duì)偏上游35 ～50 mm;(3)圍堰扭轉(zhuǎn)角按位置偏移差60 mm 進(jìn)行計(jì)算，得出扭轉(zhuǎn)角不大于3;(4)鋼護(hù)筒的相對(duì)垂直度不大于1/500。

3.2 測(cè)量定位

在正式施工前，利用挖掘機(jī)平整施工的場(chǎng)地，并且達(dá)到“三通一平”，然后確立鐵路橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)的導(dǎo)線控制網(wǎng)，最后根據(jù)定位標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出樁基的位置和高程并進(jìn)行放樣，利用全站儀確定鉆孔的位置。鐵路橋梁大直徑樁的位置確定后，為了保證孔不坍塌，應(yīng)該利用挖坑埋設(shè)法埋入鋼護(hù)筒，并把鋼護(hù)筒四周、底部的粘質(zhì)土分層夯實(shí)，鋼護(hù)筒由0.01 m 厚的鋼板制成，鋼護(hù)筒的高度超出水面2.0 m 或地面0.5 m。鋼護(hù)筒的埋設(shè)深度應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)要求和施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，一般為3.0 m。

3.3 鉆孔、成孔

當(dāng)完成施工場(chǎng)地的準(zhǔn)備工作后，將進(jìn)行鉆孔就業(yè)。鉆機(jī)鉆孔之前，應(yīng)該墊平整，保持鉆機(jī)平穩(wěn)，避免鉆機(jī)工作中出現(xiàn)移位、沉陷。鉆機(jī)到達(dá)指定位置，要再次校準(zhǔn)樁位，確保成孔精確。鉆孔一般灌入膨潤(rùn)土造漿，而為了確保樁孔的穩(wěn)定性，需要護(hù)壁泥漿，因此，鐵路橋梁大直徑樁施工的好壞關(guān)鍵在于泥漿的質(zhì)量和控制。所以，在泥漿的使用過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面:第一，應(yīng)該了解泥漿的使用狀況和在大直徑樁施工的地質(zhì)條件下穩(wěn)定性的分析，以及樁的尺寸計(jì)算和對(duì)應(yīng)的施工措施。需要特別注意的問(wèn)題是，構(gòu)成泥漿的類(lèi)型、源地和大直徑樁施工時(shí)間，樁長(zhǎng)計(jì)算，環(huán)境溫度，土壤和地下水中化學(xué)成分。第二，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的校核，確保泥漿符合要求。第三，在工作過(guò)程中檢測(cè)泥漿的測(cè)試內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)值。測(cè)試內(nèi)容有泥漿密度，含砂量和流變性質(zhì)以及PH 值的測(cè)定。在鉆孔過(guò)程中藥時(shí)刻注意護(hù)筒內(nèi)的水頭，保證水頭超出施工水位2.0 m，并且檢測(cè)地質(zhì)變化狀況和泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。成孔后，需要用測(cè)繩對(duì)鉆孔的深度和直徑進(jìn)行檢驗(yàn)，并且利用超聲波對(duì)鉆孔進(jìn)行檢測(cè)，確定有無(wú)塌方、斜孔等不良情況。

3.4 清理鉆孔

當(dāng)鉆孔的深度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，要先通過(guò)工程師的確認(rèn)，再對(duì)鉆孔進(jìn)行清理。利用換漿法投入已經(jīng)得到凈化和密度相對(duì)較低的泥漿，從而把大密度的泥漿擠出鉆孔外部并且穩(wěn)定孔內(nèi)的液面，等鉆孔內(nèi)泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

3.5 下放鋼筋籠

在吊裝條件下，鋼筋籠采用分段加工制作。分段制作過(guò)程中要求骨架不變形、接頭相錯(cuò)。鋼筋籠的主力筋利用閃光對(duì)焊進(jìn)行搭接，箍筋和主力筋的連接采用點(diǎn)焊，并且保證主力筋和加筋牢固可靠。在鋼筋籠的制作過(guò)程中，放置聲測(cè)管，它的上下管口和鋼板封口焊接?？紤]到大直徑樁的鋼筋籠較重，在吊裝過(guò)程中，需要選用二臺(tái)履帶一起施工，采用其中一臺(tái)當(dāng)作主吊，而另一臺(tái)當(dāng)作副吊。當(dāng)鋼筋籠豎直時(shí)卸掉副吊，再由主吊把鋼筋籠送入鉆孔中。

3.6 灌注混凝土

灌注混凝土之前，要先放置導(dǎo)管，導(dǎo)管選用直徑300 mm、壁厚達(dá)6 mm、節(jié)長(zhǎng)3 m，另外還要準(zhǔn)備兩節(jié)0.5 m 和1 m 的導(dǎo)管，利用法蘭盤(pán)連接接頭，并且采用橡膠圈進(jìn)行密封。需要注意的是，導(dǎo)管在使用前，必須進(jìn)行抗拉實(shí)驗(yàn)和水密度承壓實(shí)驗(yàn)。當(dāng)進(jìn)行灌注混凝土，導(dǎo)管的底端和孔內(nèi)的底部的間距約為40 ～60 cm。采用自卸方法進(jìn)行混凝土灌注，如果在灌注過(guò)程中遇到一段時(shí)間的間隔，需要用吊鉤拉起導(dǎo)管進(jìn)行振搗，隨著混凝土的增加，緩慢吊起導(dǎo)管。

4 鐵路橋梁大直徑樁施工的難點(diǎn)和解決辦法

4.1 掌控外部因素

通過(guò)對(duì)鐵路橋梁大直徑樁施工的特點(diǎn)進(jìn)行分析，大直徑樁的可承載能力不僅和樁體本身的混凝土強(qiáng)度、樁體直徑、樁身長(zhǎng)度以及長(zhǎng)徑比等內(nèi)在因素相關(guān)，而且還由樁體周?chē)鱾€(gè)土層的力學(xué)特性和厚度，巖層帶的力學(xué)特性等地基條件，孔壁泥漿、清理鉆孔、水位以下灌注混凝土等相關(guān)的外部因素制約。因此，在鐵路橋梁大直徑樁施工過(guò)程中必須嚴(yán)格掌控這些外部因素。

4.2 塌孔

塌孔主要是因?yàn)殂@孔內(nèi)部護(hù)壁泥漿的黏稠度較小，鋼護(hù)筒埋入深度較淺或者鉆孔內(nèi)部泥漿的水位較低造成的。在鐵路橋梁大直徑樁施工的過(guò)程中，成孔的直徑越大，對(duì)鉆孔內(nèi)壁的影響也隨之增大，孔壁環(huán)拱的效果越差，從而降低了孔壁的穩(wěn)定性，因此造成孔壁不穩(wěn)的因素隨之增加，特別是地質(zhì)條件較差的地段，塌孔更容易發(fā)生。當(dāng)?shù)刭|(zhì)為松散的沙土，鉆孔過(guò)程中，要嚴(yán)格限制鉆孔速度，選用粘度較高，不易分散的高品質(zhì)泥漿，泥漿的黏稠度和比重達(dá)到設(shè)計(jì)要求。與此同時(shí)，鋼護(hù)筒應(yīng)該埋設(shè)較深，從而確保鋼護(hù)筒的底端穿過(guò)粉砂層、軟土層。鉆孔的過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整泥漿的粘稠度，從而穩(wěn)定鉆孔內(nèi)部的水頭。

關(guān)于塌孔的問(wèn)題，可以通過(guò)分段成孔，分級(jí)擴(kuò)孔的施工工藝，從而避免施工器械扭矩不足。

4.3 斜孔

在鉆孔施工過(guò)程中，常常會(huì)遇到傾斜的地層，堅(jiān)硬的石層或者軟硬不均的土層，這樣就會(huì)導(dǎo)致斜孔。如果在鉆孔過(guò)程中，遇到堅(jiān)硬的石層，應(yīng)該緩慢鉆進(jìn)，從而搗碎石層。遇到傾斜的地層，應(yīng)該先填平再鉆進(jìn)。遇到軟硬不均的土層，先向鉆孔內(nèi)部投入低標(biāo)號(hào)的混凝土，直到混凝土達(dá)到一定的硬度再緩慢鉆進(jìn)。

4.4 沉渣厚度較大

鐵路橋梁大直徑樁通常采用泥漿護(hù)壁法進(jìn)行鉆孔，考慮到大直徑樁的鉆桿和孔壁的間距大，泥漿流動(dòng)慢，攜帶沉渣的能力較弱，鉆孔底部清理較難，制約成樁的質(zhì)量。此外，如果泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鋼筋籠下放過(guò)程中，如果放置時(shí)間較長(zhǎng)或者碰觸孔壁，導(dǎo)致孔壁滑塌，也是造成沉渣厚度較大的原因之一。

清理鉆孔的時(shí)候應(yīng)該考慮泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。完善施工管理措施，合理組織，減少鋼筋籠的下放時(shí)間，吊放時(shí)應(yīng)該緩慢下放，不得一下子放好，還要防止碰觸孔壁。等到鋼筋籠下放結(jié)束后，施工員工應(yīng)該再次檢測(cè)鉆孔內(nèi)底部泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)，如果不滿足設(shè)計(jì)要求，就得重新清理鉆孔，待泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求為止。

4.5 加大接樁鋼筋工作量

接樁鋼筋任務(wù)量的增大，也是鐵路橋梁大直徑樁施工過(guò)程中的一大難點(diǎn)。純粹依靠焊機(jī)數(shù)量的增加，這又會(huì)產(chǎn)生施工平臺(tái)偏小的問(wèn)題。如今，隨著螺紋鋼筋冷軋鏈接接頭的產(chǎn)生，上面的矛盾可以局部地實(shí)現(xiàn)緩和。然而，最根本的解決之道就是采取空心樁拼裝。

4.6 控制泥漿質(zhì)量

護(hù)壁泥漿用來(lái)穩(wěn)定樁孔，鐵路橋梁大直徑樁施工的好壞關(guān)鍵在于泥漿的質(zhì)量和控制。因此，在泥漿的使用過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面。第一，應(yīng)該了解泥漿的使用狀況和在大直徑樁施工的地質(zhì)條件下穩(wěn)定性的分析，以及樁的尺寸計(jì)算和對(duì)應(yīng)的施工措施。需要特別注意的問(wèn)題是，構(gòu)成泥漿的類(lèi)型、源地和大直徑樁施工時(shí)間，樁長(zhǎng)計(jì)算，環(huán)境溫度，土壤和地下水中化學(xué)成分。第二，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的校核，確保泥漿符合要求。第三，在工作過(guò)程中檢測(cè)泥漿的測(cè)試內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)值。測(cè)試內(nèi)容有泥漿密度，含砂量和流變性質(zhì)以及PH 值的測(cè)定。在鉆孔過(guò)程中藥時(shí)刻注意護(hù)筒內(nèi)的水頭，保證水頭超出施工水位2.0 m，并且檢測(cè)地質(zhì)變化狀況和泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。為了滿足設(shè)計(jì)需求，如果采用自然循環(huán)的泥漿工藝，將出現(xiàn)處理流量偏大、占用面積偏多、泥漿處理效率偏低和控制泥漿質(zhì)量較難等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，與此同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)泥漿損耗偏大、處理廢棄泥漿成本偏高等不良后果。

4.7 控制混凝土灌注設(shè)備

由于隨著大直徑樁體本身的直徑的增大，灌注混凝土的工作量和要求相應(yīng)的生產(chǎn)能力隨之增大，所以，就必須嚴(yán)格控制混凝土灌注設(shè)備，從而達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

4.8 運(yùn)用電磁波層析CT 探測(cè)技術(shù)

電磁波層析CT 探測(cè)技術(shù)是根據(jù)不同介質(zhì)吸收能力的差別，通過(guò)觀測(cè)鉆孔，并且結(jié)合分析數(shù)據(jù)建立介質(zhì)吸收系數(shù)的二維圖像，最后得出關(guān)于地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)分布。假如在鐵路橋梁大直徑樁施工的過(guò)程中檢測(cè)出樁體本身的質(zhì)量問(wèn)題，可以通過(guò)注漿來(lái)彌補(bǔ)鉆孔壓力，使得大直徑樁的承載能力得到恢復(fù)和加強(qiáng)。

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