繁忙铁路干线旁长大桩基施工与安全防护技术

王玉珍

1 工程简介

1)总体情况介绍:石武客专某大桥全长61．58 km，在482号～485号墩间以(60+100+60)m连续梁上跨既有京广铁路，跨线桥线路与既有京广铁路线路夹角为20．058°。

本连续梁四个桥墩基础按摩擦群桩承台设计，采用钻孔灌注桩施工，其中两个主墩均为10-φ2．00 m桩基，桩长分别为83．5 m，88 m。两个主墩中，483号桥墩离京广既有线更近，483号墩承台实体西南侧侵入铁路护栏界内约2．6 m，离左线左侧钢轨仅4．1 m;483号墩离铁路最近桩基为483-7号，中心侵入护栏0．38 m，离左线左侧钢轨仅6．32 m，离最外侧电力回流线2．23 m。由于桩基离接触网回流线太近，桩基直径为2 m，钢筋笼吊装时钢筋笼外侧距接触网回流线水平净距离为123 cm，安全距离不满足要求。

如果缩短每一节钢筋笼的长度，以便确保在满足安全距离的条件下在接触网回流线下方安装钢筋笼，则每一节钢筋笼长度为4 m左右，整个桩基钢筋笼要分成22节，分节太多，钢筋笼安装时间太长，将影响到桩基施工质量，若考虑天窗时间下放钢筋笼，时间太短，不能满足施工需要。

2)地质情况:483号墩桩基从上到下地质情况为④-2粉土、②-2粉质黏土夹黏土、⑤-3中密饱和粉砂、④-3中密饱和粉土、②-3粉质黏土、⑤-4密实饱和粉砂、④-4密实饱和粉土;其中部分地层工程性质较差，钻孔过程中容易发生塌孔现象。

3)京广线的行车情况及对桩基施工的影响:京广线为双线电气化铁路，行车密度较大，平均每5 min左右就有一列火车通过，车速较快，每天都有多列动车组通过，动车组车速在250 km/h以上，对桩基孔壁振动较大，容易引起孔壁坍塌。

2 铁路局设备管理单位的有关要求

1)连续梁施工时搭设全封闭安全防护棚架对既有线进行安全防护。

2)搭设安全防护棚架前必须对接触网、承力索进行热缩包裹绝缘防护，防护范围为防护棚架范围向两侧各延伸10 m(绝缘防护由设备管理单位施工)，正馈线及保护线改为高压电缆，并改移出施工影响区域。

3)由于基础所处位置设有信号、通讯地埋电缆，施工时需要进行迁改保护(迁改保护方案设计及施工由设备管理单位提供)。

4)京广线上、下行同时封锁时间一般不大于30 min，每年5月～9月为防洪、防汛期一般不给点。

3 桩基施工安全防护措施

1)将接触网立柱外侧回流线改移至承台外侧，并在承力索外侧热缩包裹绝缘防护。承力索绝缘带防护长度为防护棚架长度加两侧各延长10 m，共计135 m。热缩包裹绝缘防护由设备管理单位专业人员按照规范要求在回流线包裹绝缘胶带，然后用电热烤枪加热胶带使绝缘胶带粘结牢固，要求采用绝缘胶带耐击穿电压为33 kV。

2)接触网正馈线、保护线改移后，钢筋笼与接触线之间的净距为604 cm，钢筋笼中心距线路中心线的距离为704 cm。

3)为减小京广铁路运营列车对钻孔桩造成的扰动影响，距离既有线最近的桩基要在慢行点内施工，并且在承台外侧设防护桩，防护桩防护范围为承台边缘距外侧钢轨1 000 cm以内。防护桩线路外侧钢轨最小净距为265 cm，采用直径100 cm圆桩，桩长为11 m，桩间距为150 cm，防护桩采用C30钢筋混凝土结构，根据现场情况，共设31根防护桩。

4 桩基施工工艺

1)施工工艺。由于本连续梁桩径较大(2 m)，桩基较长(483号墩为83．5 m，484号墩为88 m)，故不能采用旋挖钻施工，只能采用回旋钻施工。考虑到反循环钻与正循环钻相比有以下两个优点:

a．钻进速度与成桩效率有大幅度提高;

b．泥浆(冲洗液)密度、浓度、粘度都较低，形成泥皮较薄和钻渣清理较为彻底，因此灌注较为顺畅，且桩顶泥浆少、密度小，使桩身混凝土质量明显提高，所以现场采用反循环钻的施工方法。施工工艺流程图见图1。

图1 钻孔桩施工工艺流程图

2)机械就位、护筒埋设。埋设钢护筒，护筒内径比桩径大20 cm，护筒顶面高出施工地面20 cm～30 cm。由于原地面地势较低，地下水位较高，施工前先分层填筑基坑开挖土，并碾压密实，一直填至比地下水位高2．5 m～3 m的位置。桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。

3)泥浆调制。因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。施工过程中随时检测清孔后灌注混凝土时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。

泥浆应选用造浆能力强、粘度大的膨胀土造浆，以提高泥浆稠度，确保钻进过程中不致塌孔、缩孔。钻进时随着土壤取出，水位下降，应不断补充泥浆使其充满整个孔段。泥浆面保持高出地下水位1．5 m ～2．0 m。

泥浆的配合比应根据地基土质情况、钻机和工程条件确定，选用膨润土，CMC，PHP，纯碱等配制优质泥浆。根据地层情况及时调整泥浆性能，泥浆性能指标如下:泥浆比重:考虑到此地段的土质及桩基的深度，泥浆比重可为1．10～1．15。粘度:该地层选用16 s～22 s。含砂率:新制泥浆不大于4%。胶体率:不小于95%。pH 值:大于6．5。

4)钻孔施工。开钻时宜低挡慢速钻进，钻至护筒以下1 m后再以正常速度钻进。应将钻头提离孔底20 cm，待泥浆循环通畅后方可开钻。开始钻进时，适当控制进尺，使初期成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌。

5)钢筋笼骨架的起吊和就位。钢筋笼现场制作完成后，骨架安装采用汽车吊。为了保证骨架起吊时不变形，对于长骨架，起吊前应在加强骨架内焊接三角支撑，以加强其刚度。采用两点吊装时，第一吊点设在骨架的下部，第二点设在骨架长度的中点到上三分点之间。对于长骨架，起吊前应在骨架内部临时绑扎两根木杆以加强其刚度。起吊时，先提第一点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后，第一吊点停吊，继续提升第二吊点。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直，如有弯曲应整直。当骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。然后，由下而上地逐个解去绑扎杉木杆的绑扎点及钢筋十字支撑。当骨架下降到第二吊点附近的加强箍接近孔口，可用木棍或型钢(视骨架轻重而定)等穿过加强箍筋的下方，将骨架临时支承于孔口，孔口临时支撑应满足强度要求。将吊钩移到骨架上端，取出临时支承，将骨架徐徐下降，骨架降至设计标高为止。将骨架临时支撑于护筒口，再起吊第二节骨架，使上下两节骨架位于同直线上进行焊接，全部接头焊好后就可以下沉入孔，直至所有骨架安装完毕。并在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。

骨架最上端定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，并反复核对无误后再焊接定位。在钢筋笼上拉上十字线，找出钢筋笼中心，根据护桩找出桩位中心，钢筋笼定位时使钢筋笼中心与桩位中心重合。然后在定位钢筋骨架顶端的顶吊圈下面插入两根平行的工字钢或槽钢，在护筒两侧放两根平行的枕木(高出护筒5 cm左右)，并将整个定位骨架支托于枕木上。

6)混凝土灌注。

a．安装导管。导管的内径为300 mm，长度为2 m，最下端一节导管长应为4．5 m～6 m，不得短于4 m，为了配备适合的导管柱长度，上部导管长为1 m或0．5 m。导管采用游轮螺母连接，橡胶“O”型密封圈密封，严防漏水。导管初次使用时应做水密承压力试验，进行水密试验的水压不小于井孔内水深1．5倍的压力。以保证密封性能可靠和在水下作业时导管不渗漏，以后每次灌注前更换密封圈。导管吊放入孔时，应将橡胶圈或胶皮垫安放周正、严密，确保密封良好。导管在桩孔内的位置应保持居中，防止导管跑管，撞坏钢筋笼并损坏导管;导管底部距孔底(或孔底沉碴面)高度，以能放出隔水塞和混凝土为度，一般为400 mm～500 mm。导管全部入孔后，计算导管柱总长和导管底部位置，并作好记录。

b．二次清孔。浇筑水下混凝土前应检查沉渣厚度，沉渣厚度摩擦桩不大于10 cm;如沉渣厚度超出10 cm，则利用导管进行二次清孔。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

c．首批封底混凝土。计算和控制首批封底混凝土数量，下落时有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出，并能把导管下口埋入混凝土不小于1 m深。足够的冲击能量能够把桩底沉渣尽可能地冲开，是控制桩底沉渣，减少工后沉降的重要环节。对孔底沉淀层厚度应再次测定。如厚度符合设计要求，然后立即灌注首批混凝土。首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(≥1．0 m)和填充导管底部的需要，见图2，所需混凝土数量可参考公式:

其中，V为灌注首批混凝土所需数量，m3;D为桩孔直径，m;H1为桩孔底至导管底端间距，一般为0．4 m;H2为导管初次埋置深度，m，取1．0 m;d为导管内径，m;h1为桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度，m，即 h1=Hwγw/γc，γc为混凝土拌和物的重度(取 24 kN/m3)，γw为井孔内水或泥浆的重度，kN/m3，Hw为井孔内水或泥浆的深度，m。

d．开阀。打开漏斗阀门，放下封底混凝土，首批混凝土灌入孔底后，立即探测孔内混凝土面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。如发现导管内大量进水，表明出现灌注事故。

7)桩孔质量控制。

a．钻进成孔。在钻进、清孔以及成孔待检过程中应随时检查孔内泥浆高度，泥浆高度不足时应及时向孔内补充泥浆，以保持足够的泥浆压力。

b．清孔。清孔应选用不小于20 kW的泥浆泵进行清孔，清孔主要是对孔内泥浆进行稀释置换，保证孔底沉渣厚度不大于10 cm，清孔后孔内泥浆指标应达到的要求:相对密度1．05～1．10，粘度 17 s～20 s，含砂率不大于 2%。

c．孔径检测。用探孔器对孔径、孔形和倾斜度进行测定，既有线路基变形预警值和允许值见表1。测试检查合格后，以书面形式报送监理工程师复查，并做好下放钢筋笼的准备。探孔器尺寸见图3。探孔器长度宜为4倍～6倍的设计桩直径，探孔器直径为设计桩直径。钻孔用探孔器检测孔径，探孔器顺利下放到孔底，表明孔径符合设计要求，可申请进行下道工序。

d．在钻孔施工过程中，严格遵守操作规程、钻孔交接班制度，及时清理施工现场物件，做到文明施工，避免小铁件、导管、杆件等金属物品落入孔中。同时为保护现场良好的施工环境，桩基础钻孔的钻渣、泥浆和废机油在施工过程中用容器分别装运放置，及时清理钻渣并运至指定地点处理。

e．在整个钻孔过程中，认真及时填写钻孔原始记录，并在土层变化处捞取渣样(并存放至固定地点)，判明土层，与地质剖面图核对，遇到与地质资料不符时，及时报告四分部总工程师，尽早与设计部门取得联系，以便修正设计;认真做好钻孔柱状图，如实记录桩位处的地质情况，为成桥后资料档案管理提供可靠依据。

f．施工时应隔开一根桩交错施工。相邻两个桩连续施工，应在确保桩间净间距大于4 m，并且应待邻孔混凝土抗压强度达到2．5 MPa后方可开钻。

g．根据《安全防护方案》中对铁路路基因施工产生的变形的观测要求，项目部组织专人在钻孔桩、防护桩、棚架基础及承台施工期间对路基进行变形观测、监测，范围包括路基和临近路基的区域。路基变形观测桩在施工影响范围内沿路肩及路堤坡脚布置，每10 m设置一个;观测桩采用0．2 m×0．2 m深1．5 m的混凝土桩。施工期间观测频次一般情况下1次/2 h，路基有持续变形时，观测频次1次/1 h。当路基水平位移或垂直位移变化量大于2 mm/d，或累计变化量大于10 mm时应加强轨道养护，必要时暂停影响路基稳定的施工。若施工时发生异常情况，应立即启动应急救援预案，施工结束后继续观测路基变形，观测时间不少于3 d。观测过程注意安全，不要进入安全行车限界。

表1 既有线路基变形预警值和允许值 mm

5 钻孔桩施工安全注意事项

1)钻孔桩钢护筒长度不小于6 m，以防塌孔导致路基变形。

2)钻孔桩钢筋笼吊装及混凝土灌注时，应避开速度大于160 km/h列车通行时段。

3)吊装钢筋笼或其他构件时，在构件顶部安装安全绳，并派人牵拉安全绳，防止钢筋笼或其他构件倾向线路一侧。

4)防护人员要及时向吊装指挥人员通报来车情况，在列车通过时禁止移动起吊设备。

图2 首批灌注混凝土数量计算

图3 探孔器尺寸示意图（单位：m）

6 结语

京广线旁φ2 m长桩基的施工因其难度较高、风险大而存在其特殊性的一面，但只要具体问题具体分析，做到早预防早处理，是能够顺利地保质保量完成施工任务的。通过严格控制泥浆指标、钻进速度，合理控制水头高度，是可以防止和避免塌孔事故的;经过周密部署及精心准备，本段桩基施工一直顺利，最快可确保7 d以内完成一根桩基施工。现在该桥已竣工，桩基均为Ⅰ类桩，取得了良好的技术经济效果。

［1］ 铁办〔2008〕190号，《铁路营业线施工及安全管理办法》的通知［S］．

［2］ 郑铁办〔2008〕237号，郑州铁路局营业线施工及安全管理实施细则［S］．

［3］ 铁道部令第29号，铁路技术管理规程［S］．

［4］ 铁运〔2006〕177号，铁路工务安全规则［S］．

［5］ TB 10002．1-2005，铁路桥涵设计基本规范［S］．

［6］ TB 10025-2006，铁路路基支挡结构设计规范［S］．

［7］ TZ 213-2005，客运专线铁路桥涵工程施工技术指南［S］．