铁路桥梁大直径桩施工探析

雷锋华

(铁道部工程质量安全监督总站广州监督站)

1 工程概况

某铁路桥梁采用直径为2.5 m 的大直径混凝土灌注桩，其中桩孔的倾斜度不大于0.80%，比规范稍微严格些。桩基础采用行列式布置，钻孔桩的施工采用吊箱围堰作为钻孔的施工平台，承载结构为围堰内的支架。为了使铁路桥梁大直径桩的质量和工期满足要求，应该在施工前对主桥墩附近试桩，从而确定直径为2.5 m 的大直径灌注桩的施工流程。

图1 大直径灌注桩施工工艺流程

2 大直径桩的施工工艺

2.1 确立定位标准

根据《铁路桥涵施工规范》可知，吊箱围堰定位的许可偏差:中线扭转角不大于10，围堰的最大倾斜度不大于H/50(其中H 为围堰高度)，围堰中心位置偏差不大于50 mm，钢护筒最大倾斜度不大于1%。通过施工现场的条件进行分析计算，大直径桩的位置和承台的位置允许偏差将不小于750 mm，大大超出规范中的数据。所以，吊箱围堰的定位标准要经过分析计算，从而拟定。最后得出的控制指标。(1)围堰相对垂直度考虑工厂制造的情况，应该不大于1/500;(2)围堰位置相对偏上游35 ～50 mm;(3)围堰扭转角按位置偏移差60 mm 进行计算，得出扭转角不大于3;(4)钢护筒的相对垂直度不大于1/500。

3.2 测量定位

在正式施工前，利用挖掘机平整施工的场地，并且达到“三通一平”，然后确立铁路桥梁施工现场的导线控制网，最后根据定位标准，计算出桩基的位置和高程并进行放样，利用全站仪确定钻孔的位置。铁路桥梁大直径桩的位置确定后，为了保证孔不坍塌，应该利用挖坑埋设法埋入钢护筒，并把钢护筒四周、底部的粘质土分层夯实，钢护筒由0.01 m 厚的钢板制成，钢护筒的高度超出水面2.0 m 或地面0.5 m。钢护筒的埋设深度应该满足设计要求和施工现场的地质条件，一般为3.0 m。

3.3 钻孔、成孔

当完成施工场地的准备工作后，将进行钻孔就业。钻机钻孔之前，应该垫平整，保持钻机平稳，避免钻机工作中出现移位、沉陷。钻机到达指定位置，要再次校准桩位，确保成孔精确。钻孔一般灌入膨润土造浆，而为了确保桩孔的稳定性，需要护壁泥浆，因此，铁路桥梁大直径桩施工的好坏关键在于泥浆的质量和控制。所以，在泥浆的使用过程中应该注意以下几个方面:第一，应该了解泥浆的使用状况和在大直径桩施工的地质条件下稳定性的分析，以及桩的尺寸计算和对应的施工措施。需要特别注意的问题是，构成泥浆的类型、源地和大直径桩施工时间，桩长计算，环境温度，土壤和地下水中化学成分。第二，通过实验室或者现场试验的校核，确保泥浆符合要求。第三，在工作过程中检测泥浆的测试内容和标准值。测试内容有泥浆密度，含砂量和流变性质以及PH 值的测定。在钻孔过程中药时刻注意护筒内的水头，保证水头超出施工水位2.0 m，并且检测地质变化状况和泥浆的各项指标。成孔后，需要用测绳对钻孔的深度和直径进行检验，并且利用超声波对钻孔进行检测，确定有无塌方、斜孔等不良情况。

3.4 清理钻孔

当钻孔的深度满足设计要求时，要先通过工程师的确认，再对钻孔进行清理。利用换浆法投入已经得到净化和密度相对较低的泥浆，从而把大密度的泥浆挤出钻孔外部并且稳定孔内的液面，等钻孔内泥浆的各项指标达到设计要求为止。

3.5 下放钢筋笼

在吊装条件下，钢筋笼采用分段加工制作。分段制作过程中要求骨架不变形、接头相错。钢筋笼的主力筋利用闪光对焊进行搭接，箍筋和主力筋的连接采用点焊，并且保证主力筋和加筋牢固可靠。在钢筋笼的制作过程中，放置声测管，它的上下管口和钢板封口焊接。考虑到大直径桩的钢筋笼较重，在吊装过程中，需要选用二台履带一起施工，采用其中一台当作主吊，而另一台当作副吊。当钢筋笼竖直时卸掉副吊，再由主吊把钢筋笼送入钻孔中。

3.6 灌注混凝土

灌注混凝土之前，要先放置导管，导管选用直径300 mm、壁厚达6 mm、节长3 m，另外还要准备两节0.5 m 和1 m 的导管，利用法兰盘连接接头，并且采用橡胶圈进行密封。需要注意的是，导管在使用前，必须进行抗拉实验和水密度承压实验。当进行灌注混凝土，导管的底端和孔内的底部的间距约为40 ～60 cm。采用自卸方法进行混凝土灌注，如果在灌注过程中遇到一段时间的间隔，需要用吊钩拉起导管进行振捣，随着混凝土的增加，缓慢吊起导管。

4 铁路桥梁大直径桩施工的难点和解决办法

4.1 掌控外部因素

通过对铁路桥梁大直径桩施工的特点进行分析，大直径桩的可承载能力不仅和桩体本身的混凝土强度、桩体直径、桩身长度以及长径比等内在因素相关，而且还由桩体周围各个土层的力学特性和厚度，岩层带的力学特性等地基条件，孔壁泥浆、清理钻孔、水位以下灌注混凝土等相关的外部因素制约。因此，在铁路桥梁大直径桩施工过程中必须严格掌控这些外部因素。

4.2 塌孔

塌孔主要是因为钻孔内部护壁泥浆的黏稠度较小，钢护筒埋入深度较浅或者钻孔内部泥浆的水位较低造成的。在铁路桥梁大直径桩施工的过程中，成孔的直径越大，对钻孔内壁的影响也随之增大，孔壁环拱的效果越差，从而降低了孔壁的稳定性，因此造成孔壁不稳的因素随之增加，特别是地质条件较差的地段，塌孔更容易发生。当地质为松散的沙土，钻孔过程中，要严格限制钻孔速度，选用粘度较高，不易分散的高品质泥浆，泥浆的黏稠度和比重达到设计要求。与此同时，钢护筒应该埋设较深，从而确保钢护筒的底端穿过粉砂层、软土层。钻孔的过程中要根据实际情况随时调整泥浆的粘稠度，从而稳定钻孔内部的水头。

关于塌孔的问题，可以通过分段成孔，分级扩孔的施工工艺，从而避免施工器械扭矩不足。

4.3 斜孔

在钻孔施工过程中，常常会遇到倾斜的地层，坚硬的石层或者软硬不均的土层，这样就会导致斜孔。如果在钻孔过程中，遇到坚硬的石层，应该缓慢钻进，从而捣碎石层。遇到倾斜的地层，应该先填平再钻进。遇到软硬不均的土层，先向钻孔内部投入低标号的混凝土，直到混凝土达到一定的硬度再缓慢钻进。

4.4 沉渣厚度较大

铁路桥梁大直径桩通常采用泥浆护壁法进行钻孔，考虑到大直径桩的钻杆和孔壁的间距大，泥浆流动慢，携带沉渣的能力较弱，钻孔底部清理较难，制约成桩的质量。此外，如果泥浆的各项指标没能达到设计要求，钢筋笼下放过程中，如果放置时间较长或者碰触孔壁，导致孔壁滑塌，也是造成沉渣厚度较大的原因之一。

清理钻孔的时候应该考虑泥浆的各项指标，使之达到设计要求。完善施工管理措施，合理组织，减少钢筋笼的下放时间，吊放时应该缓慢下放，不得一下子放好，还要防止碰触孔壁。等到钢筋笼下放结束后，施工员工应该再次检测钻孔内底部泥浆的各项指标，如果不满足设计要求，就得重新清理钻孔，待泥浆的各项指标满足要求为止。

4.5 加大接桩钢筋工作量

接桩钢筋任务量的增大，也是铁路桥梁大直径桩施工过程中的一大难点。纯粹依靠焊机数量的增加，这又会产生施工平台偏小的问题。如今，随着螺纹钢筋冷轧链接接头的产生，上面的矛盾可以局部地实现缓和。然而，最根本的解决之道就是采取空心桩拼装。

4.6 控制泥浆质量

护壁泥浆用来稳定桩孔，铁路桥梁大直径桩施工的好坏关键在于泥浆的质量和控制。因此，在泥浆的使用过程中应该注意以下几个方面。第一，应该了解泥浆的使用状况和在大直径桩施工的地质条件下稳定性的分析，以及桩的尺寸计算和对应的施工措施。需要特别注意的问题是，构成泥浆的类型、源地和大直径桩施工时间，桩长计算，环境温度，土壤和地下水中化学成分。第二，通过实验室或者现场试验的校核，确保泥浆符合要求。第三，在工作过程中检测泥浆的测试内容和标准值。测试内容有泥浆密度，含砂量和流变性质以及PH 值的测定。在钻孔过程中药时刻注意护筒内的水头，保证水头超出施工水位2.0 m，并且检测地质变化状况和泥浆的各项指标。为了满足设计需求，如果采用自然循环的泥浆工艺，将出现处理流量偏大、占用面积偏多、泥浆处理效率偏低和控制泥浆质量较难等现实问题，与此同时，还会出现泥浆损耗偏大、处理废弃泥浆成本偏高等不良后果。

4.7 控制混凝土灌注设备

由于随着大直径桩体本身的直径的增大，灌注混凝土的工作量和要求相应的生产能力随之增大，所以，就必须严格控制混凝土灌注设备，从而达到设计需求。

4.8 运用电磁波层析CT 探测技术

电磁波层析CT 探测技术是根据不同介质吸收能力的差别，通过观测钻孔，并且结合分析数据建立介质吸收系数的二维图像，最后得出关于地下介质的结构分布。假如在铁路桥梁大直径桩施工的过程中检测出桩体本身的质量问题，可以通过注浆来弥补钻孔压力，使得大直径桩的承载能力得到恢复和加强。

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