鐵路橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工方法

摘要 鐵路線路國內(nèi)已全面覆蓋，鐵路線路所穿越的地形地質(zhì)愈發(fā)復(fù)雜，在建設(shè)鐵路橋梁時，橋梁樁基礎(chǔ)若存在問題，將影響到鐵路橋梁的穩(wěn)定，為此提出鐵路橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工方法。首先施工前做好場地、樁位、設(shè)備、材料準(zhǔn)備工作，在此基礎(chǔ)上，鉆機就位即可鉆進(jìn)成孔，終孔檢驗及清孔，隨后進(jìn)行鋼筋籠制作與安裝，經(jīng)導(dǎo)管安裝和二次清孔后方可灌注混凝土，經(jīng)最終樁身質(zhì)量檢測可知，該鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工方法滿足復(fù)雜地質(zhì)下的鐵路橋梁承載力質(zhì)量要求，具有實用價值。

關(guān)鍵詞 鐵路橋梁；樁基礎(chǔ)；鉆孔灌注樁

中圖分類號 U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0118-03

0 引言

鐵路橋梁樁基礎(chǔ)建設(shè)在面對復(fù)雜地質(zhì)條件時，樁基礎(chǔ)施工方法較多，如人工挖孔樁法、沖孔灌注樁法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法、挖鉆結(jié)合法、鎖扣鋼管樁施工工法。因地質(zhì)條件復(fù)雜，每種樁基礎(chǔ)都有各自地域優(yōu)勢，但終究是要確保鐵路橋梁的穩(wěn)定和安全，該文結(jié)合工程所在地點地質(zhì)條件，針對當(dāng)?shù)罔F路橋梁樁基礎(chǔ)施工要求，使用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工方法施工，提出施工技術(shù)要點，以此來進(jìn)一步強化當(dāng)前的施工效果，為相關(guān)復(fù)雜地質(zhì)條件鐵路橋梁樁基礎(chǔ)施工提供有益參考。

1 工程概況

魯南高鐵RLTJ-4標(biāo)項目經(jīng)理部所承擔(dān)工程建設(shè)，線路起訖里程為D1K84+997.839～D1K95+183.676，涵蓋沂河特大橋D1K84+997.839至日臨段終點，工程正線長度為10.186 km，設(shè)有臨沂北動車走行線，長度為5.913 km。該工程管段坐落于山東省臨沂市蘭山區(qū)與河?xùn)|區(qū)境內(nèi)，東界鄭旺鎮(zhèn)，西迄白沙埠鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)清晰，區(qū)位優(yōu)勢明顯，包括沂河特大橋D1K84+997.839～D1 K95+183.676，長度9.55 km，該區(qū)穿過沂河河谷及市區(qū)地區(qū)，地面高程64～92 m，地勢平坦開闊，沿線村莊、農(nóng)田發(fā)育，有鄉(xiāng)村道路通達(dá)，交通便利。

2 鐵路橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工方法

2.1 施工準(zhǔn)備

平整場地并在需要時做硬化處理，利用全站儀精確釋放每個樁位的中心，通過水準(zhǔn)儀確定地面高程并確定鉆孔深度。做好設(shè)備、材料清點工作，旋挖鉆機可用于各類土質(zhì)地層中粉質(zhì)黏土、砂性土、細(xì)圓礫石層及軟弱基巖等，該工程為摩擦樁，可采用該設(shè)備。

鉆埋管口護(hù)筒作業(yè)時，護(hù)筒的埋設(shè)應(yīng)做到精準(zhǔn)無誤、穩(wěn)固可靠，護(hù)筒中心偏離樁位中心不超過50 mm，護(hù)筒的選材與制作應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)范，采用厚度為4～8 mm的鋼板進(jìn)行精細(xì)加工。其內(nèi)徑設(shè)計需確保大于鉆頭直徑至少100 mm，護(hù)筒頂部配置1～2個溢漿孔，應(yīng)根據(jù)土壤性質(zhì)，對溢漿護(hù)筒埋設(shè)深度進(jìn)行差異化處理，在黏性土壤中，埋設(shè)深度應(yīng)大于1.0 m，在砂質(zhì)土壤中，埋設(shè)深度則需大于1.5 m，保護(hù)筒高度應(yīng)充分滿足孔內(nèi)泥漿面高度的要求[1]。

設(shè)置泥漿池，開挖泥漿回流槽，做好周邊場的防排水，泥漿池應(yīng)確保有足夠容量容納至少1根樁的泥漿，一般采用黏土制作，若無黏土資源，可用膨潤土材料，運用攪漿機對泥漿池中的泥漿進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁渚鶆蚝?，抽入孔?nèi)。隨后，旋挖鉆機均勻且慢速鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程，精準(zhǔn)控制進(jìn)尺速度，持續(xù)密切關(guān)注孔內(nèi)狀況，及時補充泥漿，維持液面的高度穩(wěn)定，泥漿的比重需控制在1.05～1.15的范圍內(nèi)，當(dāng)施工穿越砂層時，為有效預(yù)防塌孔事故的發(fā)生，應(yīng)適時并適度地提升泥漿的比重，如表1所示：

2.2 鉆機就位

將鉆機行駛到孔位，并安放在枕木上，鉆機必須平整、穩(wěn)固，確保施工中不移位不傾斜，調(diào)整桅桿角度，運行卷揚機使鉆頭中心和鉆孔中心對齊，鋼絲繩中心偏離樁位中心的距離不超過10 mm，置于護(hù)筒中調(diào)節(jié)鉆機的垂直度參數(shù)，保持鉆桿豎直的同時將鉆具略微抬高以保證鉆頭環(huán)刀的自由上浮[2]。

2.3 鉆進(jìn)成孔

在開始鉆進(jìn)時，選擇低速鉆進(jìn)方式，主卷揚機的鋼絲繩需要至少承擔(dān)鉆桿和鉆具總重量的20%，以確保鉆孔位置不會出現(xiàn)偏移。鉆進(jìn)護(hù)筒下3 m以高速鉆進(jìn)方式進(jìn)行，鉆進(jìn)速度隨壓力的變化而變化，利用鉆頭和鉆桿的自重對壓力進(jìn)行摩擦，具體如表2所示：

鉆進(jìn)過程操作人員務(wù)必持續(xù)監(jiān)測鉆桿是否維持垂直姿態(tài)，并依托測繩調(diào)控鉆孔深度，旋挖斗的鉆頭沿順時針軌跡旋轉(zhuǎn)掘進(jìn)時，其底部切削板與筒體翻板后端緊密銜接。鉆屑入筒體，滿一斗后，鉆頭逆時針旋轉(zhuǎn)，底板由定位塊定位并封死底部的開口，提升鉆頭到地面卸土。挖出的土方由挖機直接裝車運至指定棄土場，或由裝載機進(jìn)行打堆處理，再由棄土車輛外運至指定棄土場。

鉆孔時，孔內(nèi)盡可能維持較高水位，且不應(yīng)低于護(hù)筒底腳以上1 m。當(dāng)提起鉆斗進(jìn)行卸泥時，都應(yīng)迅速向孔內(nèi)注入水或泥漿，以確?？變?nèi)的水頭高度以及泥漿的密度和黏稠度保持穩(wěn)定。鉆孔時，鉆頭的升降速度應(yīng)保持一致，不能過于劇烈或突然改變速度，鉆孔內(nèi)的出土物不應(yīng)堆積在鉆孔的周圍，以防止孔口發(fā)生坍塌，特別是在提鉆過程中，鉆斗下方會形成一個負(fù)壓區(qū)域，這更易導(dǎo)致孔壁的坍塌[3]。

在遇到細(xì)砂層和容易液化的粉砂層時，鉆頭的提升速度需要減緩，同時鉆桿的轉(zhuǎn)速也需要降至低擋，協(xié)同聚丙醯胺穩(wěn)定液，借助鉆頭運作時產(chǎn)生的離心力效應(yīng)，促使此類高分子材料緊密貼合于孔壁之上，形成一層堅韌可靠的膠合薄膜層，阻隔孔內(nèi)泥漿的外滲，并預(yù)防土層因液化作用及孔壁失穩(wěn)而導(dǎo)致的崩塌現(xiàn)象。

鉆孔工作應(yīng)當(dāng)分多個班次連續(xù)執(zhí)行，完成鉆孔施工的詳細(xì)記錄，并在交接班時仔細(xì)描述鉆進(jìn)的具體情況以及下一個班次應(yīng)當(dāng)注意的事宜。

2.4 終孔及清孔

鉆孔達(dá)終孔高度，監(jiān)理工程師確認(rèn)終孔[4]，若不符合要求應(yīng)及時返工重新鉆進(jìn)。在終孔之后，停止鉆進(jìn)，并將鉆頭提升距孔底200 mm～300 mm。使用換漿法，向孔內(nèi)注入經(jīng)過1.03～1.08比重沉淀的泥漿，保持鉆頭的旋轉(zhuǎn)和泥漿的循環(huán)，更換孔底的沉渣和較高濃度的泥漿，在孔內(nèi)釋放的泥漿中，觸摸時不會發(fā)現(xiàn)2～3 mm的顆粒，泥漿的比重不超過1.1，含砂率低于2%，并且漏斗黏度在17～20 s，即視為清孔完成，清孔工作完成后，立即對成孔進(jìn)行檢查，具體驗收標(biāo)準(zhǔn)如表3所示：

2.5 鋼筋籠制作

鋼筋籠按12 m分節(jié)將在鋼筋加工場集中加工成型，加工完畢進(jìn)行成品檢驗，如表4所示：

鋼筋加工廠鋼筋籠場內(nèi)運輸裝卸及場外運輸裝車采用人力滾動裝車，連同聲測管一起，用配有加長支架的專用炮車運至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。

鋼筋籠的現(xiàn)場連接采用機械連接的方式，現(xiàn)場安裝采用汽車起重機起吊安裝，起吊利用主鉤和副鉤同時上升到足夠高度后，放松副鉤轉(zhuǎn)為垂直狀態(tài)，放入孔中，根據(jù)聲測管的單節(jié)長度，在孔口臨時擱置，連接和固定聲測管，每個連接接頭均需灌水做閉水試驗。

鋼筋籠的上口通過吊筋固定在孔口支架上，吊筋長度應(yīng)根據(jù)設(shè)計樁頂、護(hù)筒頂面標(biāo)高、擱置圓管的高度準(zhǔn)確計算出吊筋的長度，吊筋在混凝土澆筑到頂面時回收使用。

2.6 導(dǎo)管安裝

鉆孔樁通常用Ф300 mm鋼導(dǎo)管水下注入混凝土，導(dǎo)管在投入使用前要經(jīng)過試拼、水密、承壓、接頭抗拉試驗，按照從下到上的次序進(jìn)行編號并標(biāo)注尺度，試壓壓力是孔底靜水壓力1.5倍。現(xiàn)場安裝采用汽車起重機起吊安裝，安裝好的導(dǎo)管在連接處卡在護(hù)筒，頂端安設(shè)單向活動支架，導(dǎo)管裝好后，導(dǎo)管底部與孔底之間留有300～500 mm空間，上口超距護(hù)筒500 mm以上，每段導(dǎo)管長度為200 cm，管端粗絲扣固定、法蘭螺栓連接、接頭橡膠圈封閉、導(dǎo)管水壓及接頭抗拉試驗均無滲漏現(xiàn)象[5]。

2.7 二次清孔

在灌注混凝土之前，再次對沉渣的累積厚度精確量測，若發(fā)現(xiàn)其厚度超出既定的允許范疇，應(yīng)即刻啟動正循環(huán)的二次清孔程序，導(dǎo)管實施正循環(huán)，持續(xù)作業(yè)3～5 min，有效浮起并排出孔底累積的沉渣，清孔后應(yīng)立即灌注混凝土。

2.8 灌注混凝土

攪拌車到達(dá)現(xiàn)場后，倒車開上坡道，通過攪拌車自帶的卸料溜槽卸灰到水下混凝土導(dǎo)管頂部的灰斗中，首次混凝土的數(shù)量必須保證導(dǎo)管的底部完全嵌入混凝土中，深度為1～1.5 m。每根樁都要進(jìn)行持續(xù)灌注，并在8 h內(nèi)完成灌注施工，灌注期間要經(jīng)常測量混凝土頂面的深度并推算導(dǎo)管的埋深，嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深在2～6 m，起重機配合灌注過程，并配合拆管，每次拆管應(yīng)做好記錄，復(fù)核管口埋深。接近孔口時，現(xiàn)場施工員應(yīng)估算剩余方量，并將結(jié)果反饋拌和站，避免造成浪費。通常，混凝土的灌注高度應(yīng)該超出設(shè)計樁的頂部0.8～1.0 m。當(dāng)灌注接近尾聲時應(yīng)檢查混凝土灌入數(shù)量，以便判斷所測定混凝土灌注高度的正確性。灌注時，將孔內(nèi)溢出的水分或泥漿引到合適位置進(jìn)行處理，灌注過程中出現(xiàn)的故障要找出原因并合理地制定處理方案加以治理。灌注結(jié)束后初凝前拔下護(hù)筒周轉(zhuǎn)，隨即回填孔，待混凝土樁基凝固后，進(jìn)行樁基超聲波檢測、樁基小應(yīng)變檢測、樁頭鑿除工作。

2.9 樁身質(zhì)量檢測

鉆孔樁在正式動工前按設(shè)計要求試樁并校核承載力，選用適宜的成孔工藝及壓漿工藝來指導(dǎo)該標(biāo)段的建設(shè)，保證橋梁鉆孔樁施工的質(zhì)量。連續(xù)梁樁基和樁長大于40 m的樁基采用聲波透射法檢測樁基外，其余均采用瞬態(tài)激振時域頻域分析法進(jìn)行檢測，各鉆孔樁的混凝土強度試件不小于規(guī)范要求。對于質(zhì)量存在問題的樁體，鉆出樁體混凝土進(jìn)行鑒定檢驗，對于大橋、特大橋或其他需要控制的結(jié)構(gòu)中的柱樁，其樁底沉渣的厚度應(yīng)按照柱樁總數(shù)的3%～5%進(jìn)行鉆孔樣本檢測。

3 常見事故預(yù)防及處理

3.1 坍孔

原因：泥漿的比重以及多項其他性能指標(biāo)均未滿足既定要求，孔壁未能形成穩(wěn)固堅實的泥皮保護(hù)層；護(hù)筒埋設(shè)深度明顯不足，其下端孔口處存在漏水現(xiàn)象；掏渣作業(yè)后，未能及時補充水源或泥漿，或鉆孔過程中穿越沙礫等易造成泥漿流失的強渣水層，致使泥漿流失嚴(yán)重，進(jìn)而造成水頭高度未能維持至規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；松散砂層中施工過快；存在提鉆頭5357b36eacdc410f5cac18ae228a6750及下放鋼筋籠與孔壁發(fā)生碰撞的情況。

預(yù)防和處理措施：松散砂層進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，務(wù)必對進(jìn)尺實施嚴(yán)格掌控，需投加黏土膏、卵石等材料，緊密擠壓孔壁，發(fā)揮有效護(hù)壁功能。如遇孔口坍塌，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，迅速拔出護(hù)筒，并采用黏土進(jìn)行回填處理，待回填穩(wěn)固后，再重新埋設(shè)護(hù)筒并恢復(fù)鉆進(jìn)作業(yè)。對于孔內(nèi)發(fā)生的坍塌現(xiàn)象，應(yīng)首先準(zhǔn)確判斷其具體位置，隨后采用砂與黏土的混合物進(jìn)行回填，回填高度需超出坍孔位置1～2 m，待沉淀物達(dá)到密實狀態(tài)后，方可繼續(xù)鉆進(jìn)，清孔作業(yè)應(yīng)指派專人負(fù)責(zé)補水工作，水位穩(wěn)定，吊入鋼筋籠，精準(zhǔn)對準(zhǔn)鉆孔中心，保持豎直姿態(tài)進(jìn)行插入操作。

3.2 鉆孔傾斜

原因：鉆孔過程中，遇較大孤立巖石阻礙；存在傾斜角度的軟硬巖層交界處，鉆頭承受力量分布不均；擴孔作業(yè)鉆頭運行軌跡發(fā)生偏移，偏向一側(cè)；鉆機基礎(chǔ)底座未保持水平狀態(tài)，鉆桿亦存在彎曲現(xiàn)象。

預(yù)防和處理措施：遇孤石或傾斜的軟硬地層鉆進(jìn)作業(yè)時，應(yīng)低速穩(wěn)進(jìn)，嚴(yán)格控制進(jìn)尺，必要時改用沖擊鉆機進(jìn)行施工。定期對鉆機底座的水平狀態(tài)及鉆桿接頭進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即進(jìn)行調(diào)整。

3.3 掉鉆落物

原因：卡鉆時強扭；鉆桿疲勞斷裂；操作不當(dāng)，使不應(yīng)反轉(zhuǎn)的鉆機反轉(zhuǎn)，鉆桿松脫。

預(yù)防和處理措施：開鉆之前，務(wù)必對孔內(nèi)雜物進(jìn)行全面清理，此過程應(yīng)采用電磁鐵或其他經(jīng)認(rèn)可的技術(shù)手段實施。定期且細(xì)致地檢查鉆具、鉆桿、鋼絲繩及所有連接裝置，狀態(tài)良好、穩(wěn)固可靠。如遇需要打撈的物件，應(yīng)嚴(yán)格遵循操作規(guī)程，采用打撈鉤、打撈叉等專業(yè)工具進(jìn)行安全、有效的吊出作業(yè)。

4 結(jié)束語

綜上所述：結(jié)合實際工程對鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工方法的深入探索與研究，在當(dāng)前地質(zhì)條件下施工，基于鐵路橋梁承載力要求，針對鐵路橋梁樁基礎(chǔ)施工過程技術(shù)，進(jìn)行深度把控，并對鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工中、施工后成品進(jìn)行質(zhì)量檢測，進(jìn)一步保證鐵路橋梁樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，推動鐵路交通行業(yè)與技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-08-22

作者簡介：易帥（1991—），男，本科，工程師，研究方向：高速鐵路工程。