鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)

姜 浪

（中鐵十六局第一工程有限公司，北京 101300）

在我國鐵路網(wǎng)快速擴(kuò)張的大背景下，鉆孔灌注樁的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，被廣泛應(yīng)用于鐵路工程建設(shè)中。在長(zhǎng)期的發(fā)展中已經(jīng)具備了大直徑、長(zhǎng)深度的特征，其優(yōu)良的承載能力，可以提升橋梁、房屋等工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)施工難度較小，施工效率較高。對(duì)此，必須不斷完善相關(guān)技術(shù)體系，切實(shí)保證橋梁基礎(chǔ)的安全性、可靠性，為我國交通運(yùn)輸行業(yè)健康發(fā)展保駕護(hù)航。

1 鉆孔灌注樁技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況

自20世紀(jì)60年代我國成昆鐵路建成后，鉆孔樁基礎(chǔ)得到了廣泛應(yīng)用。目前，經(jīng)50年的發(fā)展，水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)逐漸成熟，并且已在諸多水文地質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)得到成功應(yīng)用。

在本文所探討的南京長(zhǎng)江二橋項(xiàng)目中，將群樁作為橋梁的主墩結(jié)構(gòu)，單個(gè)圍堰均設(shè)置了21根樁基，其規(guī)格均為3.0m，長(zhǎng)為83，113m，下達(dá)基巖；2005年建成的東海大橋是我國第1座外海大橋，采用了大口徑超深鉆孔灌注樁施工工藝，主通航孔鉆孔樁直徑2 500m、樁長(zhǎng)110m；2010年建成的石武客專鄭州黃河公鐵兩用橋主橋樁徑1.5～2.0m、樁長(zhǎng)80～95m，為確保松軟的粉、細(xì)砂層成樁質(zhì)量，鋼護(hù)筒采用6m高導(dǎo)向架1次下放就位；2014年建成的貴廣鐵路北江特大橋243號(hào)和244號(hào)主墩各采用了18根鉆孔灌注樁，樁徑3.0m、樁長(zhǎng)116～122.5m，施工水深12～17m。

總之，在橋梁建設(shè)中，水下橋基施工直接影響整座橋梁的質(zhì)量與安全。就近年來鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用廣泛性來看，有必要加強(qiáng)對(duì)其的相關(guān)研究。

2 鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備工作

1）開工前，全面掌握設(shè)計(jì)文件，明確所需施工規(guī)范，做好技術(shù)交底。

2）組建測(cè)量隊(duì)，精確開展樁位、高程測(cè)設(shè)、放樣等工作；進(jìn)場(chǎng)后測(cè)量工程師與技術(shù)人員開展接樁復(fù)測(cè)，主要樁位設(shè)護(hù)柱，加密臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。

3）根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求安排原材料進(jìn)場(chǎng)，做好抽檢工作，確保原材料質(zhì)量滿足要求，同時(shí)做好分類堆放保存。

4）根據(jù)設(shè)計(jì)文件與現(xiàn)場(chǎng)情況，科學(xué)確定水下灌注混凝土配合比。

2.2 施工流程

鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁施工工藝流程

2.3 常用鉆進(jìn)方法與施工平臺(tái)、深水圍堰

2.3.1 常用鉆進(jìn)方法

1）正、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆 ①正循環(huán) 利用高壓將泥漿泵壓入孔底，底部鉆頭回轉(zhuǎn)時(shí)將鉆渣帶出護(hù)筒，經(jīng)過濾凈化后的泥漿可重復(fù)循環(huán)利用；②反循環(huán) 泥漿從鉆桿外流入井孔，借助真空泵、空氣吸泥機(jī)等吸出鉆渣，由于鉆桿內(nèi)徑比井孔更小，故鉆桿內(nèi)泥水上升速度快于正循環(huán)，在橋梁鉆孔樁施工中應(yīng)用較多。

2）沖擊鉆 工程選用的是沖擊式鉆機(jī)設(shè)備，同時(shí)引入卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行輔助作業(yè)。具體為:首先需將鉆頭提升至一定高度，而后基于自由下落的形式將鉆頭垂落至土層，以此起到?jīng)_擊的作用，此時(shí)部分碎渣與泥漿在壓力作用下進(jìn)入孔壁，基于泥漿循環(huán)的方式將其排出。此方法在實(shí)際應(yīng)用中，不同地層宜選用不同鉆頭，如對(duì)于碎石類土層結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用十字形鉆頭為宜；而對(duì)于砂礫石結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用管形鉆頭。

3）旋挖鉆 旋挖鉆的適用范圍廣泛，可根據(jù)不同土質(zhì)條件合理選擇相應(yīng)鉆頭，常見鉆頭有短螺旋型、巖心螺旋型等。具體方式為:基于桅桿的導(dǎo)向作用可實(shí)現(xiàn)鉆桿的下落，此時(shí)鉆頭通過回轉(zhuǎn)的方式對(duì)巖土進(jìn)行破碎處理，此過程鉆頭將隨之鉆入，而后提出孔外，并以此順序進(jìn)行循環(huán)作業(yè)。

2.3.2 常用施工平臺(tái)

在鐵路橋梁工程中，鉆孔灌注樁施工必須嚴(yán)格根據(jù)經(jīng)濟(jì)、工期、技術(shù)等諸多因素，合理搭建水上鉆孔平臺(tái)，主要分為浮動(dòng)式、固定式2種。

1）浮動(dòng)式施工平臺(tái) 常用于船只及舟橋浮箱的搭建作業(yè)，其占用面積大、可承載荷載較小，但施工快捷、方便。

位場(chǎng)轉(zhuǎn)換是磁測(cè)數(shù)據(jù)的一種常用處理方法，為了查明測(cè)區(qū)深部和淺部的磁場(chǎng)特征，對(duì)測(cè)區(qū)的磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行向下、向上延拓處理，向上延拓處理主要用于削弱淺部干擾異常，反映深部異常[8-9]。根據(jù)本次工作需要，對(duì)ΔT異常數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了高度為200m的上延處理，得到ΔT上延等值線平面圖，作為測(cè)區(qū)的區(qū)域磁異常平面圖。向下延拓主要是區(qū)分疊加異常，突出淺部礦體的異常范圍[11]，將向下延拓的ΔT常值作為局部磁異常值，反映淺部的異常。

2）固定式施工平臺(tái) 此平臺(tái)可進(jìn)一步分為樁柱式、圍堰式2種，前者分為鋼管樁單獨(dú)搭設(shè)平臺(tái)、打入的鋼護(hù)筒配合鋼管樁搭設(shè)平臺(tái)2種，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；后者具有優(yōu)良的承重性能，此時(shí)鋼箱和圍堰均是主要的承重結(jié)構(gòu)。

2.3.3 常用深水橋梁基礎(chǔ)圍堰

近年來，鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工常面臨深水作業(yè)的情況，其關(guān)鍵在于防水、防土、防沖刷，防水圍堰的施工必不可少，不同的橋梁地質(zhì)、水文、施工條件等均存在較大差異，常用的有鋼板樁圍堰、鋼壁圍堰、鋼吊箱圍堰等，對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行分析而做出針對(duì)性選擇。

3 實(shí)例探析鐵路橋梁施工中鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程概況

本項(xiàng)目為新建成都至貴陽鐵路樂山至貴陽段站前工程CGZQSG-8標(biāo)段，起止里程D1K217+648.586—D4K252+265，全長(zhǎng)34.367km。其中，雙線特大橋9 145.92m/9座，大橋1 539.18m/6座，中橋253.98m/3座，框架橋27.15m/1座。本標(biāo)段橋梁基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)條件采用鉆孔樁基礎(chǔ)、挖孔樁基礎(chǔ)和明挖基礎(chǔ)。

3.2 鉆孔灌注樁技術(shù)方案

在本項(xiàng)目中，鉆孔灌注樁是橋梁的核心基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，樁徑涉及范圍廣，直徑有100，125，150cm 3種形式。根據(jù)樁孔的分布、本標(biāo)段地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)樁徑、樁長(zhǎng)等情況，鉆孔樁基礎(chǔ)可采用沖擊鉆、旋挖鉆鉆進(jìn)。

當(dāng)樁基對(duì)應(yīng)的水深高度不超過2m時(shí)，宜采用草袋圍巖筑島的施工方式；當(dāng)超出2m而不大于3m時(shí)，宜采用鋼板樁圍巖的施工方式。新壩雙線特大橋施工時(shí)，5，40，51號(hào)墩基礎(chǔ)采用鋼板樁圍堰；4，6，41，42，50號(hào)墩基礎(chǔ)采用編織袋圍堰。橋梁樁基施工泥漿沉淀后運(yùn)至棄土場(chǎng)，及時(shí)按設(shè)計(jì)要求施工棄土場(chǎng)支擋防護(hù)。

3.3 巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工措施

1）已探明較小封閉型溶洞 鉆孔前注漿加固。

2）未探明巖隙 鉆孔時(shí)孔內(nèi)泥漿面緩慢下降時(shí)，使用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土+5%CMC外加劑+鋸木灰，沖程控制在1.0～1.5m，堵住巖石裂隙，防止泥漿漏失。

3）未探明小溶洞 鉆孔時(shí)孔內(nèi)泥漿面快速下降時(shí)，使用小片石+黏土（1∶1）回填，使用小沖程，并做好補(bǔ)水。

4）較大封閉型溶洞 孔口附近備足塊石、黏土、水泥等，洞頂打穿后若出現(xiàn)漏漿的情況，應(yīng)立即填堵，以免塌孔。

5）單級(jí)串通型溶洞 以規(guī)格為12mm厚的鋼板為原材料，對(duì)其進(jìn)行加工，從而形成雙護(hù)筒。其中，大護(hù)筒需跟進(jìn)至溶洞頂巖石，而小護(hù)筒則需跟進(jìn)至溶洞下方0.5m處。

6）多級(jí)串通型溶洞 采用多級(jí)護(hù)筒跟進(jìn)方法。

3.4 其他技術(shù)措施

1）注漿凝固后方可沖擊成孔，等待時(shí)間約10d。

2）沖孔前做好相關(guān)備用工作，包括黏土、水泥、片石等，若出現(xiàn)泥漿泄漏情況，可在第一時(shí)間封堵，確保沖鉆順利進(jìn)行。

3）選用優(yōu)質(zhì)泥漿，適當(dāng)摻入水泥、燒堿、鋸末，提高泥漿膠體率，保證懸浮能力良好。

4）當(dāng)巖面傾斜較大時(shí)，鉆頭擺動(dòng)撞擊護(hù)筒或孔壁，對(duì)此可回填片石，孔底出現(xiàn)1個(gè)平臺(tái)后正常沖孔。

5）對(duì)于靠近巖溶的區(qū)域，需采用輕錘沖擊的方式進(jìn)行施工，并提升泥漿密度，以此避免出現(xiàn)卡鉆等現(xiàn)象。

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁作為目前鐵路橋梁主要基礎(chǔ)形式之一，其施工質(zhì)量對(duì)橋梁的安全至關(guān)重要。在工程實(shí)踐中，應(yīng)充分考慮鉆孔所處的地質(zhì)條件及樁基深度，選擇相應(yīng)的鉆進(jìn)方法，并合理確定鉆頭、鉆速等，做好全面質(zhì)量檢測(cè)工作，涉及準(zhǔn)備、成孔、灌注等工程環(huán)節(jié)，需合理應(yīng)對(duì)各種地質(zhì)問題，切實(shí)保障橋梁的整體質(zhì)量。