客運(yùn)專線鉆孔灌注樁基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

金 立 忠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

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客運(yùn)專線鉆孔灌注樁基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

金 立 忠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

依托大同至西安客運(yùn)專線渭洛河特大橋的鉆孔灌注樁工程，選擇有代表性的地段開(kāi)展了鉆孔灌注樁施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，合理優(yōu)化了成孔、清孔、鋼筋籠加工制作、混凝土澆筑等工序的施工工藝，并根據(jù)優(yōu)化成果提出了適用于客運(yùn)專線鉆孔灌注樁的施工參數(shù)，為類似工程的樁基礎(chǔ)施工提供了參考依據(jù)。

客運(yùn)專線，鉆孔灌注樁，混凝土，鋼筋籠

0 引言

大同至西安鐵路客運(yùn)專線北起山西省大同市，自北向南貫穿山西省中部，在永濟(jì)市跨過(guò)黃河進(jìn)入陜西省境內(nèi)，終點(diǎn)至西安市。設(shè)計(jì)行車速度350 km/h以上，線路正線全長(zhǎng)859 km。由十四標(biāo)段承建的渭洛河特大橋施工里程為DK806+885.24～DK818+401.69,線路全長(zhǎng)11.5 km,樁基共計(jì)2 858根，長(zhǎng)度大于54 m的有703根，樁基總長(zhǎng)度共計(jì)146 664 m，混凝土總量為202 000 m3。

針對(duì)客運(yùn)專線中橋梁樁基礎(chǔ)數(shù)量大，工后沉降要求嚴(yán)格，施工質(zhì)量要求高等特點(diǎn)[1]，為了充分利用現(xiàn)有設(shè)備、合理安排施工、保證施工質(zhì)量、加快施工進(jìn)度，在工程的地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況基礎(chǔ)上，在進(jìn)場(chǎng)初期根據(jù)選定標(biāo)段進(jìn)行樁基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以確定施工技術(shù)參數(shù)，并指導(dǎo)大面積施工。

DK811+600～DK811+900段位于第十四合同段的中部，沿線地勢(shì)平坦，地層為第四系全新統(tǒng)及中更新統(tǒng)沖積粘質(zhì)黃土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂等，具有代表性，且征地工作進(jìn)展順利，確定選擇此段作為鉆孔灌注樁施工的試驗(yàn)段。

1 鉆孔灌注樁成孔

1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前組織技術(shù)人員熟悉、分析現(xiàn)場(chǎng)情況，并編制樁基施工專項(xiàng)技術(shù)方案。由測(cè)量班完成CP1，CP2的復(fù)核工作。施工機(jī)械設(shè)備按施工要求進(jìn)場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)室對(duì)鋼筋、砂、水泥、碎石、施工用水進(jìn)行了取樣檢測(cè)，結(jié)果符合施工要求。主要人員已按要求進(jìn)場(chǎng)。施工便道已經(jīng)貫通，實(shí)現(xiàn)了三通一平。鋼筋加工場(chǎng)、拌合站已經(jīng)籌建完畢。施工用電所需變壓器安裝調(diào)試完畢，施工用水采用抽取的地下水，完全可以保證正常施工的需要。按計(jì)劃于2010年4月20日～2010年5月10日進(jìn)行鉆孔灌注樁的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1.2 成孔方案設(shè)計(jì)

方案一：旋轉(zhuǎn)鉆成孔法。

該工藝適用于各種土質(zhì)層和砂類土、碎(卵)石土或中等硬度以下基巖的成孔作業(yè)，能適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件。

方案二：反循環(huán)鉆成孔法。

該工藝適用于細(xì)粒土、粗粒土、含卵礫石量小于20%，粒徑小于鉆桿內(nèi)徑2/3的卵礫石土、軟巖的土層鉆孔作業(yè)[2]。

兩種鉆孔方法均采用泥漿護(hù)壁，為控制泥漿的含砂量，配制時(shí)選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土并摻入適量的碳酸鈉、燒堿等配制成低比重的泥漿，不能使用孔內(nèi)原土造漿。泥漿的性能指標(biāo)應(yīng)符合要求，并在施工中根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整，以滿足施工需要為原則，泥漿性能指標(biāo)如表1所示[3]。

表1 泥漿性能指標(biāo)值

1.3 鉆孔施工工序

客運(yùn)專線橋梁樁基礎(chǔ)需要承受較大的上部荷載，為保證地基的承載力，承臺(tái)下樁基的數(shù)量加大、樁間距較小，為避免施工過(guò)程中對(duì)已完成的相鄰樁基造成擾動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求下一個(gè)樁基的開(kāi)挖須在已完成鉆孔灌注樁的混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上后方可施鉆。

方案一：旋轉(zhuǎn)鉆成孔法。

按既定的施工順序進(jìn)行樁孔的施鉆工作，未經(jīng)同意不可擅自改變施工順序。相鄰墩臺(tái)位的樁孔施工順序見(jiàn)鉆孔樁施工順序示意圖，樁孔的施工順序?yàn)?→1′→2→2′→3→3′→4→4′→5→5′→6→6′→7→7′→8→8′，鉆孔樁施工順序如圖1所示。

方案二：反循環(huán)鉆成孔法。

樁孔開(kāi)挖順序同旋挖鉆成孔法。

1.4 清孔

方案一：旋轉(zhuǎn)鉆成孔法。

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)的鉆深后，采用掏渣法進(jìn)行清孔，旋挖鉆機(jī)將筒式鉆頭下至孔底進(jìn)行掏渣，并清除孔底散落松渣。

方案二：反循環(huán)鉆成孔法。

清孔采用的是抽渣法，即孔內(nèi)鉆渣通過(guò)反循環(huán)鉆機(jī)桿孔被抽至地面沉淀池沉淀。

無(wú)論采用哪種清孔的方法，均應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無(wú)2 mm～3 mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17 s～20 s；澆筑混凝土前孔底沉渣厚度不大于10 cm[4]。

1.5 成孔檢查

鉆孔樁成孔后檢查的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面[5]：

1)孔徑檢測(cè)：檢孔器對(duì)中后，上吊點(diǎn)必須位置固定且在整個(gè)檢孔過(guò)程中不能變位，否則重新對(duì)中。檢孔器在孔內(nèi)下落時(shí)，靠自重下沉，不得借助其他外力。如果能在自重作用下順利下至孔底(檢孔器系有測(cè)繩)，則表明孔徑能滿足設(shè)計(jì)樁徑要求。如果在自重作用下不能下至孔底，則表明孔徑小于設(shè)計(jì)樁徑，則應(yīng)重新掃孔或重鉆至滿足設(shè)計(jì)樁徑要求。

2)豎直度檢測(cè)：當(dāng)檢孔器在孔頂對(duì)中下落后，通過(guò)在護(hù)筒(壁)頂觀測(cè)吊繩相對(duì)于護(hù)樁放樣中心點(diǎn)偏移情況，樁孔傾斜度的計(jì)算見(jiàn)式(1)：

(1)

其中，K為樁孔豎直度，%；E為樁孔偏心距，m；H為檢孔器下落深度,m；e為護(hù)樁放樣中心點(diǎn)與吊繩偏差值，m;h為吊點(diǎn)到護(hù)筒頂高度，m。

根據(jù)式(1)進(jìn)行樁孔豎直度的檢測(cè)，為保證檢測(cè)的精確性，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)樁基礎(chǔ)的施工情況在樁長(zhǎng)H/2，H/4等處進(jìn)行檢測(cè)，得出相應(yīng)孔深的豎直度。鉆孔允許的偏差值表如表2所示。

表2 鉆孔允許偏差值表

3)測(cè)錘法檢測(cè)孔深、孔底沉渣厚度：測(cè)錘頂端系上測(cè)繩，把測(cè)錘慢慢沉至沉渣頂面，此時(shí)，讀出測(cè)繩上的深度值，與終孔時(shí)的深度值相比較即可得出沉渣厚度。

2 鋼筋籠的制作與安裝

2.1 鋼筋籠的制作

為了方便鋼筋籠運(yùn)輸，樁身鋼筋籠一般按9 m分段制作，并由最下的一節(jié)調(diào)整鋼筋籠總長(zhǎng)度，孔口進(jìn)行對(duì)接。加工成型的鋼筋籠分別擺放，分別掛牌編號(hào)標(biāo)識(shí)，存放場(chǎng)地應(yīng)平整，籠身下面平墊方木并在鋼筋籠兩側(cè)加木楔，以防鋼筋籠滾落及變形；儲(chǔ)存過(guò)程中下鋪滑道，以方便運(yùn)輸，并注意做好防銹，并在使用前對(duì)銹蝕的鋼筋籠做好除銹處理。

2.2 鋼筋籠的安裝

鋼筋籠的水平運(yùn)輸使用自制平板車，運(yùn)輸過(guò)程中把鋼筋籠固定牢固。垂直運(yùn)輸使用吊車進(jìn)行裝車，采用型鋼加工制作橫擔(dān)，在吊裝過(guò)程中輕吊輕放，防止鋼筋籠變形。

由于本標(biāo)段內(nèi)所有樁長(zhǎng)均大于40 m，需在鋼筋籠內(nèi)周側(cè)等距布置3根聲測(cè)管。聲波管不得破漏，下端及接頭要嚴(yán)格密封，管頂在檢測(cè)前要加蓋，以免異物掉入堵塞通路。聲測(cè)管之間在全長(zhǎng)范圍內(nèi)要保持互相平行，垂直度偏差不大于1%,聲測(cè)管底部高于樁底不大于20 cm，頂部高于樁頂標(biāo)高10 cm。

3 混凝土澆筑

3.1 導(dǎo)管的安裝

因樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，為保證樁基混凝土的澆筑質(zhì)量在澆筑前需安裝好導(dǎo)管。導(dǎo)管采用內(nèi)徑30 cm內(nèi)壁光滑、圓順、內(nèi)徑一致的鋼導(dǎo)管，并用裝有墊圈的法蘭盤(pán)連接管節(jié)。導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行水密、承壓和接頭抗拉試驗(yàn)，導(dǎo)管組裝后軸線偏差不得超過(guò)鉆孔深的0.5%并不超過(guò)10 cm，水密試驗(yàn)的水壓力不小于孔內(nèi)水深1.5倍的水壓力；導(dǎo)管管節(jié)長(zhǎng)度，中間節(jié)宜為2 m等長(zhǎng)，底節(jié)宜為4 m，漏斗下節(jié)長(zhǎng)宜用1 m。導(dǎo)管安裝過(guò)程中要記錄導(dǎo)管的拼接順序、每節(jié)的長(zhǎng)度以及總節(jié)數(shù)及總長(zhǎng)度，為后續(xù)拆卸導(dǎo)管提供計(jì)算的依據(jù)。

3.2 樁基封底混凝土施工

灌注前，須對(duì)孔底沉渣厚度再進(jìn)行一次測(cè)定。如厚度超過(guò)規(guī)定(10 cm)，必須進(jìn)行二次清孔。灌注前先拌制0.1 m3～0.2 m3水泥砂漿，置于隔水栓上部，然后向漏斗內(nèi)倒入混凝土，量滿足后打開(kāi)閥門(mén)，將首批混凝土灌入孔中?；炷恋氖状喂嘧?yīng)滿足使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下不小于1 m，并不大于3 m，以避免樁基夾泥或斷樁。首批灌注混凝土體積按式(2)計(jì)算:

V≥(H1+H2)×πR+πr×HW×βW÷βC

(2)

其中，V為灌注首批混凝土所需數(shù)量，m3；R為樁孔半徑，m；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距，取0.3 m;H2為導(dǎo)管初次埋置深度，m;r為導(dǎo)管內(nèi)徑;HW為井孔內(nèi)水或泥漿的深度，m;βW為井孔內(nèi)水或泥漿的重度，kN/m3;βC為混凝土拌和物的重度，取24 kN/m3。

3.3 樁基中部混凝土施工

首批混凝土灌注封底成功后即恢復(fù)正常灌注。灌注應(yīng)緊湊、連續(xù)地進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工。在灌注過(guò)程中，要防止混凝土拌和物從料斗頂溢出或從料斗外掉入孔底，使泥漿內(nèi)含有水泥漿而變稠凝結(jié)，致使測(cè)深不準(zhǔn)確。灌注過(guò)程中，應(yīng)注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時(shí)測(cè)量孔內(nèi)混凝土面高度和導(dǎo)管的埋置深度，正確指揮導(dǎo)管的提升和拆除[6]。

3.4 樁基頂部混凝土施工

澆筑面接近預(yù)計(jì)高程時(shí)，應(yīng)采取有效的測(cè)量方法確定混凝土的頂面位置，保證混凝土頂面澆筑到樁頂設(shè)計(jì)高程以上1.0 m左右。工地值班人員應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)的混凝土頂面標(biāo)高計(jì)算出剩余混凝土數(shù)量，并通知拌和站按照實(shí)際需要的數(shù)量進(jìn)行拌和。灌注結(jié)束后，在拔出最后一段長(zhǎng)導(dǎo)管時(shí)，拔管速度一定要慢，防止樁頂沉渣卷入混凝土中形成空洞。

4 注意事項(xiàng)

1)現(xiàn)場(chǎng)需設(shè)專職安全員負(fù)責(zé)施工的安全工作，根據(jù)安全要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工安全進(jìn)行監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)安全隱患及時(shí)制止并予以糾正后方可正常施工。2)凡進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的人員，均要服從值班員指揮，遵守各項(xiàng)安全生產(chǎn)管理制度，正確使用個(gè)人防護(hù)用品。抓好現(xiàn)場(chǎng)管理，保持現(xiàn)場(chǎng)管線整齊。危險(xiǎn)區(qū)要設(shè)標(biāo)志，備齊消防器材。3)機(jī)械設(shè)備的布局要合理，操作者要嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程。操作前對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全檢查，機(jī)械設(shè)備嚴(yán)禁帶故障運(yùn)行。4)用電線路埋設(shè)、架空高度必須符合要求，嚴(yán)防行走施工機(jī)械損壞輸電線路。5)灌注過(guò)程中做好泥漿外溢的處理措施，防止泥漿溢出孔外。剩余的混凝土拌和物應(yīng)及時(shí)的定點(diǎn)處置，或進(jìn)行硬化施工場(chǎng)地、便道，嚴(yán)禁隨意丟棄。6)施工中注意保護(hù)自然和生態(tài)，不得隨意拆堵水利設(shè)施，不污染水源，不損毀林木和地表植被，盡量不占或少占耕地，臨時(shí)用地在工程完畢后要恢復(fù)原貌。

[1] 冷伍明,楊 奇,聶如松,等.高速鐵路橋梁樁基工后沉降組合預(yù)測(cè)研究[J].巖土力學(xué)，2011，32(11):3341-3348.

[2] 田興樹(shù).巖溶地質(zhì)條件下鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2012(3):12-14.

[3] TZ213—2005，客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[4] 張開(kāi)營(yíng),劉慶豐.武廣客運(yùn)專線巖溶地基鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].路基工程,2007,123(3):123-124.

[5] TB 10218—2008，鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[6] 于立麗.橋梁樁基施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)[J].價(jià)值工程，2011，30(6):135-136.

Field test study of bored piles foundation of passenger dedicated line

Jin Lizhong

(CCCCTunnelEngineeringCompanyLimited,Beijing100088,China)

Based on the bored piles of Datong to Xi’an passenger dedicated line Weiluo river extra large bridge, this article reports the field test of the pile foundation construction carried out in the choose typical section, optimized hole forming, hole cleaning, processing production of reinforcing cage, concrete pouring, and many other construction techniques suitably. The reasonable construction parameters of bored piles of passenger dedicated line was put forward on the basis of the preceding summing up and optimization, providing reference for similar projects of pile foundation construction.

passenger dedicated line, bored piles, concrete, reinforcing cage

1009-6825(2016)13-0172-03

2016-02-29

金立忠(1971- )，男，工程師

U443.145

A