铁路桥梁钻孔灌注桩施工典型事故及应对措施

秦海平

（北京铁城建设监理有限责任公司，北京 100855）

0 引言

铁路桥梁施工工程涉及诸多工艺和技术，其中钻孔灌注桩是常用的基础处理方法，其施工质量对整个桥梁工程的安全和稳定性具有举足轻重的作用。在铁路钻孔灌注桩施工工程中，容易发生的质量事故有：孔口高程和钻孔深度出现误差，开灌前孔内泥浆含砂量过大，水下混凝土灌注及桩身混凝土未达规范值，钢筋笼上浮。本文对这些事故产生的原因和可能带来的危害进行分析，并提出解决措施。

1 铁路桥梁施工中典型事故及成因

1.1 钻孔施工阶段的典型事故

1.1.1 孔口高程误差

孔口高程误差是铁路桥梁施工中的典型事故之一，具体表现为桩孔实际高程高于或低于设计高程[2]。施工过程中出现一个或多个桩孔的高程偏差，会导致桥梁结构的负荷分布不均匀，影响桥梁的稳定性和安全性。一般来讲，这种事故的主要成因是：

（1）地层的不均匀性和地下水位的变化可能导致钻孔过程中的抗扭力、抗剪力、抗压力发生变化，从而影响钻孔的高程精度；

（2）根据相关规范，工程测量的相对高程测量允许误差为±5mm，施工前的地形测量误差和施工过程中的高程测量误差均会导致孔口高程误差。

1.1.2 钻孔深度误差

钻孔深度误差主要体现为钻孔深度不足、或过深、或深度不均匀。钻孔深度不足，可能导致桥梁基础承载力不足；钻孔深度过深，可能导致资源浪费和施工成本增加；钻孔深度不均匀，若钻孔深度在不同位置出现较大的差异，可能导致桥梁基础受力不均，影响结构稳定性。一般来讲，这种事故的主要成因是：

（1）设备因素。钻机等设备故障可能导致钻孔深度不准确，故障率一般为5%～10%，同时，钻孔过程中扭矩和轴压力的突然变化可能导致钻孔深度误差，此种因素导致的钻孔深度误差概率约为10%～15%。

（2）测量因素。测量设备、方法或人员的误差可能导致钻孔深度测量不准确。一般而言，施工中测量误差导致钻孔深度误差的概率约为5%～10%。

1.2 灌注水下混凝土施工阶段的典型事故

1.2.1 开灌前孔内泥浆含砂量过大

铁路桥梁灌注水下混凝土施工涉及多个环节，施工开灌前孔内泥浆含砂量过大是此阶段的典型事故之一，具体体现为孔口处泥浆泥砂混杂，颜色混浊，不易流动；孔内泥浆循环不畅，压力升高。压力过高会导致孔口冲出较大的泥浆，过多的泥砂可能会堵塞注浆管道，使施工难度增加，且泥浆中砂含量过高会增加灌注孔的阻力，导致浆液难以充分注入，使得混凝土的密实性和均匀性受到影响，进而影响混凝土的强度和耐久性；过多的砂粒会使孔内压力增大，从而导致管道和孔壁的破裂或坍塌，危及施工人员的安全。一般来讲，这种事故的主要成因是：

（1）钻孔不规范。钻孔时，如果钻头不够锋利或钻孔过程中钻头过度磨损，就会导致孔壁不光滑，从而使得钻屑不易排出，积聚在孔底和孔壁中，随着泥浆注入孔内，可能会被卷入泥浆中。

（2）泥浆配比不合理。灌注水下混凝土施工中，灰水比过高（例如：C/W>0.7）时，可能会导致泥浆过于稠密，过于稠密的泥浆将导致泥浆的抽水性较差。灰水比过低（例如：C/W＜0.4）时，将导致泥浆过于稀薄，过于稀薄的泥浆可能导致孔内泥浆的承载能力降低，均会使得孔内泥浆含砂量过大，引发“缺陷桩”或“断桩”事故。

1.2.2 水下混凝土灌注及桩身混凝土未达规范值

水下混凝土灌注和桩身混凝土质量的达标情况对铁路桥梁的整体稳定和安全至关重要，水下混凝土灌注及桩身混凝土未达规范值是水下混凝土施工阶段的典型事故之一。主要体现在混凝土强度低于设计要求；混凝土抗渗性能不足；桩身混凝土的偏心率超过允许值等方面。混凝土的强度、韧性和耐久性等质量问题，水下混凝土施工灌注设备及方法，以及施工现场的水流速度、水深、温度等环境因素是导致水下混凝土灌注和桩身混凝土质量事故的主要因素。

1.2.3 钢筋笼上浮

一般来讲，钢筋笼上浮事故的主要成因是：

（1）浮力作用。水下混凝土施工时，钢筋笼被淹没在水中，受到浮力作用，钢筋笼的重量不足以抵消浮力，将导致钢筋笼上浮。

（2）锚固不牢。钢筋笼需要牢固地锚定在桥墩或桥台上，以防止在施工过程中上浮。锚固设施设计不合理或施工质量不过关，将导致钢筋笼在灌注过程中脱离锚固点，从而上浮。

（3）水下混凝土施工通常采用特殊的灌浆方式，例如泵送或流动法，灌浆方式选择不当将导致混凝土分层、气泡生成等问题，进而影响钢筋笼的稳定性，导致上浮。

2 应对措施

2.1 钻孔施工阶段事故应对措施

2.1.1 孔口高程误差事故的应对措施

（1）施工前，对钻孔设备进行检查，确保其准确性和稳定性，结合具体的工程环境及工程要求，参照《铁路桥涵工程施工质量及验收标准》（TB 10415-2018）等文件，明确孔口高程的误差范围和设定标准。

（2）施工中，在施工现场附近选择一个位置稳定的地方，建立临时基准点，测量该点的绝对高程，作为后续测量的基准。

（3）使用全站仪或水准仪，将临时基准点的高程转移到钻孔位置附近，设立一个中间点，确保中间点与钻孔位置在视线范围内，且距离适中；进而通过高程转移方法分别测量中间点和钻孔孔口的高差，将两个高差相加，得到孔口的高程，如式（1）：

式中：Ho——孔口的绝对高程；

Hp——临时基准点的绝对高程；

hc——中间点的相对高差；

ho——孔口的相对高差。

获取孔口绝对高程后，假设工程设计高程为Hd，高程误差为ΔH，高程误差计算公式如式（2）：

一般情况下施工的孔口高程误差范围为±10mm，施工中，若ΔH超过允许的误差范围，则需要采取纠正措施。误差较小时，采用局部修补或填充的方法进行修复，误差较大时，采用增加钢筋加固、改变桥墩结构措施或在评估调整桥面高程不影响桥梁安全性能的前提下，通过调整桥面高程解决孔口高程误差问题，保证桥梁的安全性能。

2.1.2 钻孔深度误差的预防及应对措施

（1）高程换算一致性。铁路桥梁施工过程中，应确保使用同一标准对施工中的所有高程数据进行换算，例如采用相同的基准面，以此避免施工中因为高程不一致引发钻孔深度误差事故。

（2）采用丈量钻杆的方法来测量孔深，而非使用测绳。以此提高孔深测量的准确性。在测量过程中，将钻头的2/3长度处作为孔底终孔界面，以获得更准确的数据。

（3）钻孔的终孔标准应以桩端进入持力层深度为准，设终孔深度为Df，应满足以下条件，如式（3）：

式中：Dd——设计深度；

Dp——桩端持力层的进入深度。

此种情况下能够确保桥梁桩基具有足够的承载能力。

（4）当钻孔到达桩端持力层后，应及时取样，通过鉴定确认钻孔是否成功进入桩端持力层。这一步骤可以确保桩基具有良好的承载性能。根据实际施工数据，可以计算深度误差ΔD，如式（4）：

式中：ΔD——深度误差；

Da——实际深度；

Dd——设计深度。

《铁路隧道设计规范》（TB 10003-2016）中要求钻孔深度的允许误差为±100mm，若钻孔深度误差较大，需要从以下两方面采取措施：

（1）对钻孔机进行检修和调整，清理孔口，确保孔口内部洁净，不受杂物影响。

（2）重新测量孔深，纠正误差，并加强对测量工具和方法的质量控制。若钻孔深度误差较小，需可继续进行施工，确保孔深符合要求，定期对孔深进行检查，及时发现和纠正误差。

2.2 灌注水下混凝土施工阶段事故应对措施

2.2.1 开灌前孔内泥浆含砂量过大事故的应对措施

（1）在含粗砂、砾砂和卵石的地层钻孔时，优先采用泵吸反循环清孔。

（2）清孔时，采用高黏度浓浆清孔，加大泥浆泵的流量，使砂石粒顺利地浮出孔口。当孔底沉渣厚度符合设计要求后，将孔内泥浆密度降至1.1～1.2g/cm3，避免含砂量过大的情况发生。

（3）施工过程中，若出现清孔前期孔口泥浆含砂量过低，捞不到粗砂粒，或将孔内泥浆密度降低后，孔底沉渣厚度仍然增大时，必须进行二次清孔，以确保孔内泥浆的质量符合要求。

2.2.2 水下混凝土灌注及桩身混凝土未达规范值的应对措施

针对水下混凝土灌注及桩身混凝土未达规范值引发的质量事故，应采取准确计算混凝土初灌量，正确下达技术交底的措施进行预防及应对。

（1）综合考虑浇筑过程中损耗和收缩的基础上，计算混凝土初灌量V2，计算公式如式（5）：

式中：L1——损耗率；

L2——收缩率；

V1——净体积。常规情况下，施工中损耗率通常为2%～5%，收缩率为1%～3%。通过公式（5）可确定混凝土浇筑部位的净体积。

（2）采用合适的灌注方法。根据工程条件，选择Tremie 法、泵送法、滑动管法等灌注方法。对于桩身混凝土，可采用导管灌注法，导管底部距桩底不大于1.5倍导管直径，确保灌注时不引起混凝土的离析和空腔。

（3）选择合适的水下混凝土。水下混凝土应具有良好的抗水洗性、抗离析性和流动性。施工中，可将混凝土的离析率（ΔP）、流动度（ΔS）和保水性（ΔW）作为评估参数进行混凝土质量评估，混凝土评估参数及范围数据见表1。

表1 混凝土评估参数及范围

如表1 所示，选择混凝土时，应将离析率、流动度、保水性、灌注速度、混凝土流量、灌注中断时间等作为参考依据，保证所选混凝土在各参数参考范围内，以此保证施工质量。

（4）为避免混凝土与水接触过长时间导致性能下降，应保持连续灌注。当灌注中断时间超过规定值（如30min），应采取预留嵌套管、采用水下混凝土插板等措施。同时控制灌注速度，防止混凝土离析和空腔。最佳灌注速度的计算公式如式（6）：

式中：V——灌注速度，m/s；

Q——混凝土流量，m³/s；

A——灌注截面积，m²。

混凝土流动性较低时需要较慢的灌注速度以防止离析和空腔；较大的灌注截面积需要较快的灌注速度以保证混凝土的均匀流动；较小的灌注截面积需要较慢的灌注速度以防止离析和空腔。

2.2.3 钢筋笼上浮的预防及应对措施

（1）设计阶段，应确保钢筋笼的自重足够抵抗浮力，防止其上浮。计算钢筋笼自重的具体公式如式（7）：

式中：Gc——钢筋笼的自重，N；

Vc——钢筋笼的体积，m³；

ρc——钢筋材料的密度，kg/m³，约为7850kg/m³。

由于水下混凝土施工过程中，钢筋笼会受到水的浮力作用，需要计算浮力大小，计算公式如式（8）：

式中：Fb——浮力，N；

Vw——钢筋笼在水中所占体积，m³；

ρw——水的密度，kg/m³，约为1000kg/m³；

g——重力加速度，m/s²，约为9.81m/s²。

若Gc小于Fb，则需通过增加钢筋直径、加密钢筋间距或添加加重块等方式增加钢筋笼自重。

3 结束语

综上所述，铁路桥梁施工中的质量事故往往与工程地质条件、施工技术等多方面因素密切相关。因此，在施工过程中，应充分了解和掌握工程地质条件，选择合适的施工方法和设备；应严格遵守国家和行业相关规范，确保施工过程的规范化和标准化；针对施工过程中出现的问题，应及时采取有效的治理措施。在未来的铁路桥梁建设中，应继续深入研究和探讨相关问题，进一步提升工程质量，减少质量事故的发生，降低铁路桥梁施工工程风险，为我国铁路事业的可持续发展做出贡献。