铁路桥梁钻孔灌注桩施工质量控制策略

谢丹

（中国土木工程集团有限公司，北京100038）

1 工程概况

拉各斯-伊巴丹铁路项目（拉伊铁路项目），起讫里程CK0+000～CK156+800，全长156.8 km，为双线铁路工程。其中，拟建DK63桥梁起讫里程DK63+572～DK63+899.12，桥长327.12 m，跨越谷地。桥梁结构方面，孔跨类型为10～32 m简支梁，桩基采用的是钻孔灌注桩。

2 施工工艺流程

本工程钻孔灌注桩的施工流程为：现场整理（平整）→孔位测放→护筒埋设→钻机就位→钻进成孔→第一次清孔→钢筋笼下放→下导管→第二次清孔→水下混凝土浇筑→提拔导管成桩。

3 钻孔灌注桩施工的质量控制

3.1 护筒护设

护筒是钻孔灌注桩施工的关键装置，具有导向定位、防止孔口坍塌双重作用。在埋设护筒时，需高出地面0.5 m；同时，还要高出施工水位或地下水位1.5～2.0 m，以规避水损害。

护筒埋置深度视现场地质条件而定。其中，砂类土中埋置深度不少于2 m，粉土及黏性土中埋置深度不少于1 m。当在旱地施工时，为维持护筒的稳定性，需在其周边回填黏土，分层压实。

另外，护筒平面中心偏差不可超过5 cm，倾斜度小于1%，否则需调整护筒[1]。

3.2 钻孔施工

3.2.1 控制泥浆性能

泥浆性能取决于多个方面，主要包含相对密度、黏度、含砂率、胶体率、泥皮厚、静切力及失水率等。而具体的控制要求为：在成孔施工中需加强检测与控制，并合理应用泥浆，从而尽可能地规避孔底沉渣过量、缩径、扩径等质量问题。

3.2.2 控制孔底沉渣

钻孔灌注桩在水下施工中，桩底沉渣厚度不可超过100 mm。但具体至实际施工环境时，会出现桩底沉渣过量的情况。究其原因，则与泥浆性能不达标有关，而这主要体现在泥浆密度和黏度两个方面。

因此，要加强对泥浆密度和黏度的控制，具体需视现场地下水位以及地层稳定情况而定，并采取有效的控制措施：

1）第一次清孔时，应持续补充新鲜泥浆，通过该部分泥浆的注入，置换孔内原有的泥浆。

2）进入第二次清孔环节时，则采用泵吸循环的作业方法清孔。

3）此后，应对终孔做全面的验收，将孔底沉渣量控制在许可范围内。

3.2.3 控制孔壁坍塌

孔壁坍塌一般与泥浆黏度不足、护壁效果较差等原因有关。为有效规避该类问题，施工中需注重如下几点：

1）施工人员要熟悉工程地质报告，明确钻孔深度范围内的地质类型以及具体的特性。

2）有效埋设钢护筒，维持孔口排水的顺畅性。

3）安装钢筋笼要加强防护，避免钢筋笼与孔壁磕碰；同时，采取焊接措施，以确保钢筋笼可被精准置于孔的中心位置并维持稳定。

4）遇稳定性不足的地层时，需注重对换浆时间的控制，通常可在第二次清孔环节换浆，适时浇筑混凝土。

3.2.4 控制缩径

清孔效果差（沉渣厚度过大）、施工所用泥浆的含泥块数量较多、拔管速度过快等均会导致桩顶周边夹泥，进而影响保护层的厚度（存在实际厚度不足的情况）；另外，当孔中水头下降时，在此变化下孔壁的静水压力会明显不足，从而迫使局部孔壁土层因缺乏稳定性而脱落。诸如前述现象，均容易诱发缩颈现象。为避免这一问题，可采取如下3项措施：

1）在钻孔环节，适配合适尺寸的钻头。

2）钻孔过程中加强对地层地质特性的分析，并结合实际情况对泥浆密度做适当的调整。

3）成孔时加强清孔，且需要按照“清渣而不清泥”的方式操作。

3.3 混凝土浇筑施工的质量控制

3.3.1 控制混凝土坍落度

有效控制混凝土的坍落度可以有助于保证混凝土的浇筑性、连续性及密实性。通常来说，坍落度以18～20 cm为宜。此外，现场工作人员要加强与拌和站人员的联系，以生产出适量的混凝土，从而确保首批混凝土的数量可以满足埋深要求[2]。

3.3.2 控制导管埋深的控制

严格控制每次卸掉导管的长度，且该部分需要与新浇混凝土上升高度相对应。在混凝土浇筑施工全过程中，导管埋深需稳定在2～6 m。因此，每次下料后，均要及时测量以便确定混凝土面的上升高度，根据该数据计算导管埋深，进而确定应当拆除的管节长度。除此之外，全程要做好数据记录工作，从而为后续质量分析提供参考。

3.3.3 钢筋笼上浮的控制

混凝土在浇筑时将产生顶托力，其会迫使钢筋笼上浮，从而影响混凝土浇筑施工效果。对此，可通过如下方法规避钢筋笼上浮问题：

1）将钢筋骨架上端在孔口处与护筒稳定连接，同时适当加大导管底口与钢筋笼底端的间距，通过此方法可以减小钢筋笼所受的顶托力。

2）随混凝土浇筑工作的持续开展，待混凝土面进入钢筋笼一定深度后，开始向上提升导管，并全程控制导管的埋深，使其稳定在2～6 m。由于导管埋深过大会易导致钢筋笼向上浮起，因此施工人员在发现该问题后需及时拆除部分导管，再小幅度地上下活动导管；在该方式下，每向上提升一次导管后，导管均有一定的抽吸作用，从而使钢筋笼回落；按照此方法操作多次后，可以使钢筋笼有效回落至指定位置，从而恢复正常浇筑施工状态。

3.3.4 桩顶质量的控制

要有效地控制桩顶质量，可采取以下两项措施：

1）做全面的清孔处理，要求孔口无泥块返出；对于长度较大的桩体，需要测量重锤的质量。

2）在混凝土浇筑施工环节，若孔口流出浓度较大的泥浆或是泥块，则向其中插入自来水管并注水，目的在于通过水的注入稀释泥浆或是冲散泥块，由此减小孔口的压力。该项工作不仅可以使混凝土更易上翻，还可以便于混凝土面测量工作的开展。

4 钻孔灌注桩施工中常见问题的处理方法

钻孔施工条件复杂，存在诸多干扰因素，易出现卡管、导管进水、串孔等问题，因此需要采取有效的处理方法[3]。

4.1 卡管的处理方法

一般情况下，卡管的主要原因包括：（1）混凝土的性能较差；（2）缺乏足够的和易性和流动性，难以在施工中离析；（3）导管进水，而在外部水体的作用下，导致混凝土离析；（4）施工期间机械设备异常，难以连续浇筑混凝土，部分混凝土在管中停留时间较长。对此，处理方法主要有3种：

1）若卡管位置接近地面，利用钢筋直接冲捣即可。

2）在导管外以焊接的方式增设铁板，随着导管的下落，设置在该处的铁板将与其他卡座发生撞击，此时也可以起到疏通的作用。

3）适度锤击导管法兰。

4.2 导管进水的处理方法

发生首次浇筑时混凝土用量不足、导管提升量过大等情况时，均会出现导管进水问题。对此，主要可采取如下处理方法：

1）用导管作为吸管，采用空管吸泥的方法将内部已经浇筑的混凝土有效吸出，此后再次浇筑施工。

2）对于表面混凝土未初凝的情况，需要将导管重新插入混凝土中，启用泥浆泵，利用该装置将聚积在管内的泥浆抽出，此后再次浇筑；而对于表面混凝土已经初凝的，则需视为废桩处理。

4.3 串孔的处理方法

串孔的主要原因在于：相邻孔混凝土浇筑结束后，混凝土的强度不足，引发串孔；邻孔正处于钻进施工状态（若已成孔但尚未开展浇筑作业，此时也会串孔）。而串孔的处理方法有：

1）合理协调工序，邻孔混凝土浇筑结束且其具有足够的抗压强度后，才可组织下一孔的钻进作业。

2）存在待浇筑的孔时，不可在其周边钻孔，若有则需随即停止。

3）因工期安排或是其他原因必须同时浇筑混凝土和钻孔时，则需保证两孔相距达到5 m及以上，以减小干扰。

4.4 桩顶冒水的处理方法

在水下浇筑混凝土的过程中，如果混凝土浇筑导管速度过快，就会很容易把空气堵在导管中，并在混凝土内形成液体。而液体所形成的气泡在其自身浮力的作用下，会在混凝土内缓慢上升：一部分液体上升时只形成通道，能够最终消失；另一部分液体会在上升到一定高度时，由于液体浮力与阻力接近，因此气泡便滞留在桩身内，最终形成桩身孔洞及通道。在截桩后，桩身内残余的高压气体会因阻力释放而沿桩身的通道释放出来，此时便会出现桩顶冒水的现象。

针对这一现象，可采取的处理方法有3种：

1）对所有存在冒泡桩的桩顶部钻一个直径约10 mm的孔，孔的深度约为100 mm，内埋一根直径约为5 mm的引流管，引流管长度为70 mm左右。

2）引流管外壁与混凝土之间用专用的胶水填充，且需不透水，从而让冒出的液体从引流管流出。

3）在浇筑底板混凝土前，用专用的塞子堵塞引流管出口后，浇筑底板混凝土。以防混凝土底板渗水。当出现可能性情况时(如渗水部分小于1 m)，也可将桩顶渗水部分混凝土凿去，再用混凝土重新浇筑，但混凝土抗压强度等级应比原桩混凝土强度等级高一级（通常应大于C40）。

5 结语

钻孔灌注桩的施工质量关系到铁路桥梁的全部工程，因此采取有效的质量控制措施极具必要性。因此，在实际操作过程中，要针对具体的工程特点采取不同的钻孔灌注桩施工质量控制措施，从而有效保障施工安全与施工质量。