岩溶地段的高铁桥梁桩基施工技术要点

张志接

（北京铁研建设监理有限责任公司，北京 102600）

随着“八纵八横+城际铁路”高速铁路网的逐步完善，高铁成为现代交通网的重要组成部分，在促进区域经济一体化、提升城市间交通便捷性等方面发挥着重要作用。在岩溶地段进行桥梁桩基施工，常常会遇到空洞、软土层或者水流，影响桩基的承载能力。在遇到大的空洞时，常规的桩基设计无法提供足够的支持力，加上岩溶地段的水文地质条件复杂，施工时会面临地下水位变化，影响周边环境与施工安全。而科学合理的施工技术可以有效应对岩溶地段施工中的各种难题，保证桥梁工程的长期稳定，实现工程经济性、安全性双重优化，为社会经济的发展与人民生活的便捷提供坚实的基础。

1 施工准备

1.1 钻孔平台搭建施工

为保障岩溶地段高铁桥梁桩基施工顺利进行，搭建钻孔平台时，需综合考量多方面的技术细节。例如，地质勘探时，要利用先进设备深入探明岩性分布、地下水状况及地层结构，可采用地质钻探、钻孔电视、声波测井等技术详尽勘察地下情况，并保证勘察数据精确，为平台设计提供科学依据。同时，需确保钻孔平台的结构设计在不确定的地质条件下保持稳固。为此，需考量大型设备及作业负荷，合理布置操作区和安全通道，可借助重型机械设备彻底压实作业场地，依据地基情况选择适宜的局部地面处理技术，如注浆加固。另外，钢筋网架和支撑结构，需按设计图施工，应用钢材、木材等材质，稳定安装立柱和支撑框架。在材料配比和处理上，特别是混凝土和钢筋，要保证其适应岩溶环境需求，避免因环境的特殊性影响材料性能。在精度控制方面，应采用激光测距和全站仪，以免误差累积影响结构安全。在钻孔平台搭建过程中，应实时监控地下水位及其他环境变化，以适时采取降水或其他必要措施，防止水位上升影响施工。水钻作业的平台设计，应兼顾泥浆循环系统和污染物的有效排放。

1.2 测量放样

利用全站仪与电子水准仪确立控制网，并定位桥墩中心线，再沿此基准线精准放样每个空桩的中心线。使用全球定位系统辅以精确地面控制点，建立全面坐标系。在测量控制点和转折点时，要保证所有数据精确到毫米，以避免因岩溶地带地质复杂而产生误差。在地质异常区进行加密测量点布置时，需要密切监测地质变异，并迅速采取措施校正放样偏移。要选取地质稳定、不受周边施工活动影响的位置设置临时基点，以保证测量数据一致、可靠。同时，应实时更新测量数据，密切监测施工动态，确保空桩的中心线与设计吻合、桩位放样无误，为后续桩基施工打下坚实基础。

1.3 埋设护筒

在岩溶地段高铁桥梁桩基施工中埋设护筒是防止孔壁坍塌和地下水流入施工孔的重要措施。不同的钻机，其内、外径数据不同。例如，旋转钻机的常用护筒内径从1.5m 到2.5m 不等，外径需比内径大10～30cm，以保证稳固。而冲击钻常见的护筒内径范围为1.0～1.8m，外径通常比内径大10～25cm。在使用双护筒跟进时，内护筒直径设置为钻头直径加15～25cm，而外护筒直径则大于内护筒直径20～30cm。全套管回转钻机要求护筒内径至少为钻头直径加20cm，外径通常为内径加10～30cm，以保证钻进顺畅，以及岩土剪切。根据施工规范，护筒的垂直度偏差需控制在3‰以内，并借助高精度的水平仪和全站仪进行实时监测。若出现偏差，应立即调整，以保证后续施工的精确性。为保护护筒顶面和确保护筒安全，护筒顶面应高出施工地面50～100cm，以防止表面水和泥浆进入护筒，同时便于观测护筒的垂直度。因岩溶地区的地面存在不稳定性，所以，需要加固护筒底部，以确保钻孔过程中护筒不会倾斜或移位。

1.4 制备泥浆

制备泥浆的过程中，需根据不同施工方法和地质条件调整泥浆配比和性能。在旋挖钻（循环旋转钻机）施工中，采用混凝土超方回填法制备的泥浆具备良好的流动性和一定的承载力，泥浆密度控制在1.15～1.25g/cm3，黏度维持在15～25Pa.s（用4 号马歇尔黏度计测试），以确保钻进过程中有效携带切屑，并保持孔壁稳定。当冲击钻机施工采用加强护壁法时，需要保证制备的泥浆有较高的黏稠度和较强的承载能力。当泥浆密度调整至1.2～1.4g/cm3时，黏度提高到20～30Pa.s 时，泥浆能够形成较厚的泥饼，从而有效支撑孔壁，防止岩溶地段坍塌。在采用双护筒跟进法时，需要保证泥浆有足够的稠度和抗剪切强度，以适应外护筒与内护筒之间可能存在的空隙。制备的泥浆密度需要保持在1.3～1.5g/cm3，黏度需保持在30～40Pa.s 之间，以稳定护筒间隙，防止细小岩石侵入。全套管回转钻机法的泥浆需要更高的密度与黏度，以对抗较大的地层压力。泥浆密度通常在1.5～1.7g/cm3，黏度保持在40～60Pa.s 之间，以确保钻进过程中孔壁不会坍塌，尤其是通过松散或含水层时。制备泥浆时，先将水注入搅拌池，然后加入适量的黏土粉或者专用泥浆材料，使用泥浆搅拌机进行充分搅拌，打散粉碎黏土块，确保泥浆均匀。泥浆搅拌时间需维持30～60min，使用泥浆泵将泥浆送至钻孔现场，并根据实际情况现场调整泥浆性能。

2 钻孔技术

2.1 旋挖钻孔

在旋挖钻孔施工起始，需注入预先配制的泥浆，填满钻孔至地面以上，形成泥浆柱，以平衡地层压力，并稳定孔壁。泥浆注入后，启动钻杆，以规定的钻速钻入。常规土层钻进速度为0.5～1m/min，钻至一定距离后，根据地质情况调整速度，以确保钻头切削效率和孔壁稳定性。砂土层钻进时，需使用高钻杆，并将钻进速度提高至1～2m/min，以提升钻进效率。当高钻杆增长孔深时，要相应提高泥浆柱压力，以确保孔壁不坍塌。当遇到砾石层时，需选用高质量泥浆，形成较厚的泥饼来保护孔壁，同时，使用增压器提升泥浆压力，抵抗砾石层的高渗透性，防止泥浆过量流失。另外，钻杆需保持垂直于地面的拉力，且垂直度在0.1%以内，即每下钻100m，偏差不超过100mm，以确保钻孔直径符合设计要求。钻杆的恒定钻削力，应依据地质强度而定，通常为50～100kN，并保持钻头与岩石的有效切削。

2.2 冲击钻孔

在岩溶地段进行冲击钻孔时，面对鹅卵石等复杂地质，首先使用较小冲程的冲击钻进，冲程控制在300～400mm 之间，以避免冲程过大，导致孔壁崩塌。当宽度达到设计直径时，调整为常规冲程，以保持效率和孔壁的稳定性。冲击头设计采用强化结构，耐磨性能强，以适应岩溶地带硬度较高的地质条件。钻孔时，控制冲击能量，使之能够粉碎岩石而不至于对孔壁造成损害。同时，根据岩石硬度及钻进深度，调整冲击参数，保证每一击能量都能有效传递至岩石上。在冲击钻孔过程中，需确保泥浆液面始终高于地下水位，以形成足够的压力对抗地下水渗透，防止孔壁坍塌及杂物回流，泥浆液面至少应高出地下水位1.5～2m，从而形成稳定的液柱压力，护筒顶面距离至少应高于施工场地1m。另外，要实时监测冲击频率和冲程，根据钻孔深度及地质条件变化作出相应调整。冲击频率一般控制在40～60 次/min，旨在有效破碎岩石壁，减少对钻杆的磨损。及时补充泥浆并持续跟进其流变性。

2.3 全套管回转钻孔

应根据钻进速度调整套管机械下放速度，并保持连续稳定，避免因速度过快，导致套管卡死，或因速度过慢，导致孔壁塌陷。实时监测套管的下压力和扭矩，相关参数见表1。孔径较大或深度较深时，需要采用分段套管技术，即先下第一节套管至一定深度后，再将第二节套管与螺纹连接，继续下钻。每次连接新套管都必须确保连接部位的密封性和强度满足工程要求。达到设计孔深后，清理孔底，确保无残余钻屑。孔底清理彻底后，提取钻具，保留套管作为永久孔壁支护。

表1 全套管回转钻机主要技术参数

3 制作与安装钢筋笼

3.1 制作钢筋笼

准备符合设计要求的钢筋，包括纵筋和箍筋。钢筋的直径、强度等级和抗拉性能必须满足结构设计规范，通常采用HRB400 级或以上的钢筋。纵筋的直径在16～40mm 内，箍筋直径小于纵筋，常用6～12mm。钢筋制作前进行除锈处理，保持钢筋表面清洁无油污，以提高混凝土与钢筋间的粘结力。随后进行钢筋切割、弯曲，按设计图纸要求加工成形。制作箍筋时，需确保箍筋闭合部位焊接牢固或捆扎紧实，形成稳定的环形。制作钢筋笼时，需采用保持架，以防止组装或吊装过程中发生位移。纵筋间距应按设计要求均匀分布，箍筋间距根据受力要求在100～300mm 间变化，通常保持架间距不大于2m，以保证钢筋笼在吊装、下放过程中的整体性。钢筋笼组装过程中，箍筋与纵筋交点应采用点焊或捆绑的方式，保证连接牢固。焊接点均匀分布，每个交点至少两处焊接点。焊缝长度一般不少于箍筋直径的5 倍，且不小于20mm。

3.2 安装钢筋笼

吊装作业开始前，检查钢丝绳、吊钩等关键部件无损伤，同时，计算、布置钢筋笼的吊点，使其分布均匀，避免在吊装过程中钢筋笼形变。吊装钢筋笼时，需采用稳定吊点，确保吊点位于钢筋笼的中心，防止吊装时倾斜和旋转。分段吊装时，需在地面预先对接好各段钢筋笼，对接部位需使用搭接、焊接或者螺栓连接方式。钢筋笼吊至孔位上方时，应缓慢下降并对准孔位，过程中避免任何旋转动作，以防止损坏孔壁或底部混凝土。钢筋笼下放至接近孔口时，需进一步减速，以确保上下部主杆对齐，纵向保持垂直。钢筋笼下放过程中，及时查明孔内障碍物，如有障碍应清除干净，防止钢筋笼受阻或变形。下放到位后，使用支架固定钢筋笼位置。固定钢筋笼前，用水准仪或全站仪检测钢筋笼的垂直度和位置，确认与设计规格一致后，使用预留的固定装置或混凝土浇筑前的暂固措施固定钢筋笼。

4 混凝土灌注

4.1 安装导管与二次清孔

安装导管前，需确保导管内、外清洁无异物，依据设计要求和灌注混凝土的速率选择导管直径。导管安装时，要垂直下放至桩底，避免因倾斜导致灌注混凝土不均匀。导管安装后，进行水密性测试，保证混凝土灌注过程中不会有水泥浆体外泄，导管接口处应用密封圈进行密封，以确保接口处无泄漏。灌注前预留足够的导线间隙，可根据混凝土浆体的流动性和颗粒级配设计间隙大小，以保证混凝土顺畅通过。同时，进行二次清孔，检查孔内是否有过多的沉积物，可使用清孔工具，清除钻孔底部和侧壁的松散物、泥浆等残留物，沉积物总厚度应符合设计与施工规范要求，以避免影响混凝土质量和桩基承载力。用清洁的水或气体冲洗孔内，使桩底没有明显的泥浆和松动土。

4.2 混凝土灌注

混凝土灌注作业中，需控制第一批保护层水平混凝土总量，避免底部过厚浪费材料，或过薄影响结构强度。根据具体工程要求，计算保护层厚度与灌注混凝土体积的比例关系，确保配比合理。将导丝埋入砂浆中，以固定导管位置，防止灌注时产生位移。计算导丝长度与砂浆深度比，以保证足够的固定力度。及时处理沉渣，使用抽沉的方法和设备，以减少底部沉渣对混凝土质量的影响，保持桩底清洁，并连续浇筑，以防止混凝土层间出现冷缝。另外，需计算灌注速度与时间关系，确保混凝土在前一层尚未凝固前连续到达，并根据实际工况调整灌注速度，避免速度过快而材料分离，或速度过慢造成层间不结合。导管需埋入混凝土内一定深度，按设计要求控制下端与桩底混凝土表面的距离，通常为灌注混凝土高度的1/4 左右。混凝土浇筑完成后，应立即进行养护，采用覆盖塑料薄膜、湿麻袋或定时喷水等方式，防止混凝土表面水分蒸发过快，维持适宜湿度，保证混凝土的强度。

5 结语

岩溶地段高铁桥梁桩基施工技术细节关乎整体工程的稳固与安全，要求施工过程严格遵循工程技术标准，精准控制准备工作到施工结束的各项指标，特别是在岩溶复杂地质条件下，桩基施工技术的选择与应用，必须结合地质情况，采取相应的施工方法，以保证桩基质量与强度。全程监控施工过程，精确计算关键环节，以保证桩基的稳定性和高铁桥梁的长期安全运营，为高速铁路交通发展提供坚实基础。