铁路桥梁特殊地质桩基础施工技术与安全管理探讨

王龙

摘 要：铁路桥梁施工环境较为特殊，跨越线路较长，在桩基础施工中会遇到各种不同的特殊地质，由此增大施工难度和安全事故发生率。基于此，选择合适的桩基础施工技术，加强安全管理力度，合理应对地质多变的环境，保障施工质量和安全性。并对铁路桥梁桩基础施工常见特殊地质进行分析，提出了施工技术要点和安全管理策略，以期为桩基础施工提供参考意见。

关键词：铁路桥梁；特殊地质；桩基础；施工技术；安全管理

中图分类号：TU475                                 文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2024）02-0064-03

0引言

桩基础是桥梁施工的基础，由于铁路桥梁所承受的荷载力以及冲击力较大，行车密度较高，为此对桩基础施工质量的要求较高。如果桩基础工程施工质量不达标，会严重影响桥梁工程的整体稳定性，缩短桥梁工程使用寿命。特殊地质是桩基础施工中的首要难题，与普通地质结构相比，处理难度更大，在施工时极易出现突发问题，给现场施工活动带来影响。相关人员需要对特殊地质类型进行分析，对施工技术和现场安全管理策略进行调整，做好地质处理，以此来减轻特殊地质给铁路桥梁工程带来的影响。

1 铁路桥梁桩基础施工常见特殊地质

铁路桥梁是为了在铁路工程中安全跨越河流、湖泊、海峡、山谷或其他障碍物，构建立体交叉铁路交通系统所修建的工程项目。

常见的桩基础施工特殊地质类型如下：①岩溶。西南部溶洞发达区域容易遇到岩溶地质，有一定概率同时伴有流沙、流泥等特殊地质条件，增加了施工难度。由于岩溶倾斜度变化较多，在施工时会诱发桩基偏位，突发情况会导致桩基出现塌孔、扩孔或者灌注夹层质量不高的问题，影响施工质量[1]。②流沙。流沙流动性较强，扩散速度快，在施工过程中难以及时进行清理，会影响泥浆护壁稳定，通常于老旧河道以及地下水流经区域出现。③流泥。流泥多数出现在地下水系发达区域，会给钻孔环节带来影响，施工时易引发坍塌或者缩径的问题。④涌水。涌水在临建河道、库区、河滩等区域经常出现，在施工时桩基础工程较深容易诱发涌水，因反压而导致其涌入桩体内，涌水速度快、水量大，会对泥浆进行稀释，从而使塌孔概率较高。⑤斜岩、孤石。多出现于地质构造运动和岩浆活动频繁的海相沉积平原区，受强烈的断裂、褶皱、岩浆侵入、火山喷发、热动力变质作用，造成花岗岩基岩面起伏较大、花岗岩球状风化，形成斜岩、孤石。

2 铁路桥梁特殊地质桩基础施工技术要点

2.1 特殊地质桩基础施工技术

2.1.1 施工准备

正式开工前，组织人员对设计文件进行现场核实，包括地形、地貌及与既有结构物平立面位置关系，论证施工组织设计的技术可行性及经济合理性。建立测量控制网，标记施工用地范围并清理场内各种杂物，如果发现施工区域有坑洼现象需要及时回填，将凸起的土堆挖除，提升施工区域的平整性及整洁性。对进场设备及时检修并报验。

2.1.2 测量定位

根据平面放线情况完成定位，明确桩位位置，并做好护桩。孔位偏差不大于5 cm，倾斜度不大于1%，钻进过程中利用护桩随时检查是否有偏移问题。

2.1.3 护筒埋设

根据地质及水文情况确定护筒埋设深度，在埋设完毕后利用黏土对护筒四周进行回填固定，并检查护筒的中心位置及垂直度。钢护筒厚度在6～12 mm，护筒内径根据选用钻机类型适当加大，选用旋挖钻机时，护筒内径比设计桩径大10 cm，选用旋挖钻机时大20 cm。

2.1.4 钻机就位

冲击钻机保持平稳，在底座处利用钢管支垫，通过水平尺检查摆放是否处于水平状态，利用吊线对垂直度核对，保证冲击锤和护筒二者中心处于对准状态，中心偏差控制在20 mm以内[2]。

2.1.5 冲击成孔

冲击钻机开孔过程中应按照“小冲程、勤松绳”原则进行，初始应低锤密击，锤高在0.4～0.6 m为宜，当钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常钻进。冲孔作业中重视清理孔底残渣，每冲击1～2 m清理一次以保证钻头能冲击新鲜地层，并对成孔垂直度实施检查，做好补浆，持续到达到施工要求深度，此时一旦有孔洞倾斜或者塌孔问题立即停止施工，观察是否有特殊地质变化。

黏土层施工钻进时，可以利用原有土体进行造浆，如果遇到沙层可以选择膨润土制备泥浆，或者于孔内加入适量黏土，提升泥浆性能。护筒底部以下2 m处选择小冲程，泥浆比重在1.1～1.4，如果遇到软弱土体加入黏土块、小片石。黏土层选择小冲程、中冲程，钻孔时适当泵入清水，清除钻头处泥块，避免影响后续钻进。粉砂、中粗砂层选择中冲程，加入黏土块，并及时做好清渣工作。

如果在施工时，遇到软弱土层或者有塌孔问题需要进行回填、重复钻进施工，应当选择小冲程进行持续冲击。成桩后进行孔位、孔深、孔径、垂直度检测，满足设计及规范要求后进入下道工序施工。

2.1.6 钢筋笼及导管安装

钢筋笼在加工场集中制作，分节运输、吊装。安装过程中注意钢筋及声测管接头连接质量，注意不能使其出现变形的问题，不可以强行插入，防止和孔壁出現碰撞。导管进场后先进行水密性试验检测并按顺序编号，安装过程中加强导管长度及接头质量控制。

2.1.7 混凝土灌注

在灌注前应当对桩孔进行检查，对沉渣厚度、桩孔深度参数进行分析和检测，在每项指标满足要求后灌注混凝土。混凝土到达现场后进行和易性检验，灌注时要做到连续灌注混凝土，并适当对导管埋深情况进行调整，埋深应当控制在2～6 m，桩顶混凝土超灌0.5～1 m。

2.2 特殊地质条件施工注意事项

2.2.1 岩溶地质条件下

岩溶地质经常会出现成桩质量差以及难度大的问题，在单一应用冲击钻实施桩基础施工时会因冲击力过大，将岩溶顶板钻透，且软弱层泥浆护壁的功能无法得到有效利用，卡钻、桩基偏位问题常见。一般溶洞采用抛填水泥、黏土、片石等混合料填堵，大规模溶洞采用钢护筒跟进法进行施工，避免软弱土层以及岩溶地质给施工活动带来严重影响，提升成桩效率，防止桩基位置变动[3]。

钢护筒应是以12 mm厚度钢板制作，护壁内径大于桩体直径，至少超过20 cm。关注相邻桩基结构是否因受力不均匀出现变化，在邻孔混凝土强度达5 MPa后方可施工。岩溶地质较为复杂，具有较多的安全隐患，不适合使用人工挖孔、旋挖钻机施工技术进行施工，适合采取冲击钻施工。

2.2.2 流沙、流泥、涌水地质条件下

这一类特殊地质条件均出现于水系发达区域，如果发现突发状况应当立即停止冲击钻进施工，避免由于地质变化导致护壁坍塌、塌孔、缩径。在施工时需要关注钻进情况，针对钻进速度进行随时调整，结合特殊地质表现改变泥浆稠度，确保护壁不会出现坍塌的问题。

清渣环节要求随时保持水头，使泥浆比重和施工质量要求保持一致。观察孔内地质是否有异常表现，在有涌水表现时及时采取降水措施，控制涌水量。在遇到流沙、流泥地质条件时需要改变护壁形式，选择护筒跟进法施工。

2.2.3 斜岩、孤石地质条件下

斜岩、孤石地质在海相沉积平原区出现较多，若冲击钻在钻进的过程中发现锤头偏位，应立即停锤。在孔内回填大块砾石或水下灌注低标号混凝土后，继续进行冲击作业，以便对桩基垂直度及时进行纠偏。纠偏钻进时，注意控制冲击的扬程，使锤头刚刚撞击斜岩面即收回，避免锤头沿着斜岩面滑出再次偏孔，逐渐将斜岩与桩身相交的斜面位置冲平后，再正常钻进施工。

若孤石本身强度较高或因为四周地质较软造成卸力而进尺较慢时，应采用旋挖钻机加装牙轮钻头，以取芯的方式钻进。也可采用旋挖钻机配合冲击钻的方式，进行斜岩、孤石地质地区的桩基施工作业。

3 铁路桥梁特殊地质桩基础施工安全管理策略

3.1 制定完善的安全管理制度

安全管理制度是约束安全管理活动开展的重要因素。在桥梁工程施工前，应当对本次铁路桥梁桩基础施工难点和风险点进行分析，由技术管理和安全管理人员综合评估特殊地质条件特点以及容易遇到的施工问题，对施工管理制度内容进行调整，明确安全管理要点，适当增加安全巡视次数，保证安全管理制度和工程建设安全需求保持一致。

明确现场不同人员的安全管理职责，将施工技术管理者以及施工人员纳入到安全管理体系中，要求全员参与到安全管理中，提升施工环节安全管控效果。对全员安全生产责任制进行细化，针对不同岗位，明确各岗位的安全管理职责，提出在遇到安全问题时需要采取的惩处措施，一旦发生安全事故，按照制度要求进行责任追究，强化现场人员的安全管理意识。

3.2 加强施工现场人员的安全教育

制定完善的安全教育体系，使安全意识深入人心，对施工现场存在的安全隐患进行管控，尽可能规避安全事故。

对所有新进场的人员进行进场三级安全教育培训，培训时长不少于24学时，所有进场人员必须经过三级教育培训并考试合格后方可上岗作业；每日上班前开展班前安全教育，根据本日工作内容提出相应的施工要求和安全注意事项；定期或不定期开展安全警示教育，通过播放安全事故视频的方式警示施工人员遵章守纪，遵守操作规程，提醒在施工时容易出现哪些安全事故以及常用的安全防护措施。

分析安全事故出现原因和预防策略，使施工人员可以主动落实施工技术要点和安全要求，降低安全事故发生率。提出在遇到会威胁人身安全的问题时，采取哪些措施进行防护和自救，减少因安全事故所导致的人员伤亡和财产损失。

合理利用微信群实施安全教育宣传，在微信群内发送有关于安全教育的文件，将不同施工队伍分别放在不同的微信群内，实现针对性安全教育，切实提升施工安全效果。要求现场管理人员、施工班组现场负责人、班组长以及作业人员仔细阅读文件，在文件中特别注明安全事故责任划分，加强安全教育学习重视度。

3.3 建立信息化安全防控网络

铁路桥梁项目大多结构较为复杂，涉及的施工空间相对较大，如果只是利用人工巡视的方式实施安全管理会降低管理工作开展效率，容易导致部分安全隐患被遗漏。在施工现场需要安装视频监控系统，可以做到24 h不间断巡视，管理人员通过观察屏幕即可了解不同区域的施工情况。

视频监控系统可以智能识别进入到视频内的人员或者设备，如果发生安全事故，能够第一时间进行报警和提示，有效减轻安全事故带来的影响，同时也缓解了安全管理人员的工作压力，提升了管理工作有效性。运用信息化系统也可以对施工活动中存在的问题进行分析，了解各类数据的异常变化，在遇到紧急突发情况时，能够及时采取策略进行应对。

3.4 提前制定事故应急预案

安全管理的要点在于提前做好预防措施，然而铁路桥梁工程在施工过程中难免不会出现突发情况，此时一定要做好应急预案。应急预案有助于在发生安全事故后有效采取应急措施，减轻安全事故给现场施工带来的不利影响。

除去考虑特殊地质条件外，也需要分析当地的自然环境变化情况。了解施工现场气象变化情况，评估是否有暴雨、大风、暴雪等严重恶劣天气，根据不同天气下的安全应对措施进行适当调整。铁路桥梁工程的建设环境普遍较为特殊，需要跨越不同类型的障碍物，地质环境复杂，在安全事故应急预案制定时，应当考虑到是否有地震、泥石流等自然因素的影响，明确在地质灾害出现时相关人员的撤离线路。

3.5 加强机械设备隐患管理

机械设备的隐患是导致安全事故出现的主要因素之一，特别是在铁路桥梁工程建设中所使用的机械设备数量较多、规模较大，一旦出现安全事故不仅会影响施工活动的开展，也会造成严重的财产损失。要定期对机械设备进行维护管理，检查机械设备内部是否存在故障隐患，安排专门人员负责实施维护工作，提升机械设备检查维护工作的专业化水平。通过专人负责的模式可以进一步提升机械设备管理质量，避免内部零件出现老化磨损的现象，可以及时对机械设备存在的安全隐患进行排查和处理，更换老化零件。要求负责操作机械设备的人员持证上岗并拥有专业能力和水平，了解机械设备的使用方式和流程，在实际工作中遵守操作规程和安全要求，避免因操作不当而引发安全事故。

4 结束语

桩基础施工中经常出现各种意外事件，影响了施工活动的有序推进。在铁路桥梁桩基础施工中，应当对常见的特殊地质特点进行分析，主要包括岩溶、流沙、流泥、涌水、斜岩孤石，在分析过后选择合适的施工工艺。在安全管理方面需要制定完善的管理制度，积极开展安全培训教育，加强重点环节安全防护，并利用信息化技術构建全面的安全管理网络体系，切实提升安全管理质量水平，规避安全问题的出现。

参考文献

[1] 陈杰声.喀斯特地质条件下的铁路桥梁钻孔灌注桩施工技术研究[J].工程技术研究，2022，7（7）：87-89.

[2] 杜伟光.公路桥梁冲孔桩施工及特殊地质条件下的施工方法[J].交通世界，2020（33）：88-89+149.

[3] 张浩.公路桥梁冲孔桩施工及遇特殊地质条件的施工方法[J].四川水泥，2019（2）：28.