铁路桥梁钻孔灌注桩基础施工方法

摘要 铁路线路国内已全面覆盖，铁路线路所穿越的地形地质愈发复杂，在建设铁路桥梁时，桥梁桩基础若存在问题，将影响到铁路桥梁的稳定，为此提出铁路桥梁钻孔灌注桩基础施工方法。首先施工前做好场地、桩位、设备、材料准备工作，在此基础上，钻机就位即可钻进成孔，终孔检验及清孔，随后进行钢筋笼制作与安装，经导管安装和二次清孔后方可灌注混凝土，经最终桩身质量检测可知，该钻孔灌注桩基础施工方法满足复杂地质下的铁路桥梁承载力质量要求，具有实用价值。

关键词 铁路桥梁；桩基础；钻孔灌注桩

中图分类号 U445.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）19-0118-03

0 引言

铁路桥梁桩基础建设在面对复杂地质条件时，桩基础施工方法较多，如人工挖孔桩法、冲孔灌注桩法、钢护筒跟进法、挖钻结合法、锁扣钢管桩施工工法。因地质条件复杂，每种桩基础都有各自地域优势，但终究是要确保铁路桥梁的稳定和安全，该文结合工程所在地点地质条件，针对当地铁路桥梁桩基础施工要求，使用钻孔灌注桩基础施工方法施工，提出施工技术要点，以此来进一步强化当前的施工效果，为相关复杂地质条件铁路桥梁桩基础施工提供有益参考。

1 工程概况

鲁南高铁RLTJ-4标项目经理部所承担工程建设，线路起讫里程为D1K84+997.839～D1K95+183.676，涵盖沂河特大桥D1K84+997.839至日临段终点，工程正线长度为10.186 km，设有临沂北动车走行线，长度为5.913 km。该工程管段坐落于山东省临沂市兰山区与河东区境内，东界郑旺镇，西迄白沙埠镇，地理坐标清晰，区位优势明显，包括沂河特大桥D1K84+997.839～D1 K95+183.676，长度9.55 km，该区穿过沂河河谷及市区地区，地面高程64～92 m，地势平坦开阔，沿线村庄、农田发育，有乡村道路通达，交通便利。

2 铁路桥梁钻孔灌注桩基础施工方法

2.1 施工准备

平整场地并在需要时做硬化处理，利用全站仪精确释放每个桩位的中心，通过水准仪确定地面高程并确定钻孔深度。做好设备、材料清点工作，旋挖钻机可用于各类土质地层中粉质黏土、砂性土、细圆砾石层及软弱基岩等，该工程为摩擦桩，可采用该设备。

钻埋管口护筒作业时，护筒的埋设应做到精准无误、稳固可靠，护筒中心偏离桩位中心不超过50 mm，护筒的选材与制作应严格遵循规范，采用厚度为4～8 mm的钢板进行精细加工。其内径设计需确保大于钻头直径至少100 mm，护筒顶部配置1～2个溢浆孔，应根据土壤性质，对溢浆护筒埋设深度进行差异化处理，在黏性土壤中，埋设深度应大于1.0 m，在砂质土壤中，埋设深度则需大于1.5 m，保护筒高度应充分满足孔内泥浆面高度的要求[1]。

设置泥浆池，开挖泥浆回流槽，做好周边场的防排水，泥浆池应确保有足够容量容纳至少1根桩的泥浆，一般采用黏土制作，若无黏土资源，可用膨润土材料，运用搅浆机对泥浆池中的泥浆进行充分搅拌，待其均匀后，抽入孔内。随后，旋挖钻机均匀且慢速钻进，钻进过程，精准控制进尺速度，持续密切关注孔内状况，及时补充泥浆，维持液面的高度稳定，泥浆的比重需控制在1.05～1.15的范围内，当施工穿越砂层时，为有效预防塌孔事故的发生，应适时并适度地提升泥浆的比重，如表1所示：

2.2 钻机就位

将钻机行驶到孔位，并安放在枕木上，钻机必须平整、稳固，确保施工中不移位不倾斜，调整桅杆角度，运行卷扬机使钻头中心和钻孔中心对齐，钢丝绳中心偏离桩位中心的距离不超过10 mm，置于护筒中调节钻机的垂直度参数，保持钻杆竖直的同时将钻具略微抬高以保证钻头环刀的自由上浮[2]。

2.3 钻进成孔

在开始钻进时，选择低速钻进方式，主卷扬机的钢丝绳需要至少承担钻杆和钻具总重量的20%，以确保钻孔位置不会出现偏移。钻进护筒下3 m以高速钻进方式进行，钻进速度随压力的变化而变化，利用钻头和钻杆的自重对压力进行摩擦，具体如表2所示：

钻进过程操作人员务必持续监测钻杆是否维持垂直姿态，并依托测绳调控钻孔深度，旋挖斗的钻头沿顺时针轨迹旋转掘进时，其底部切削板与筒体翻板后端紧密衔接。钻屑入筒体，满一斗后，钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封死底部的开口，提升钻头到地面卸土。挖出的土方由挖机直接装车运至指定弃土场，或由装载机进行打堆处理，再由弃土车辆外运至指定弃土场。

钻孔时，孔内尽可能维持较高水位，且不应低于护筒底脚以上1 m。当提起钻斗进行卸泥时，都应迅速向孔内注入水或泥浆，以确保孔内的水头高度以及泥浆的密度和黏稠度保持稳定。钻孔时，钻头的升降速度应保持一致，不能过于剧烈或突然改变速度，钻孔内的出土物不应堆积在钻孔的周围，以防止孔口发生坍塌，特别是在提钻过程中，钻斗下方会形成一个负压区域，这更易导致孔壁的坍塌[3]。

在遇到细砂层和容易液化的粉砂层时，钻头的提升速度需要减缓，同时钻杆的转速也需要降至低挡，协同聚丙醯胺稳定液，借助钻头运作时产生的离心力效应，促使此类高分子材料紧密贴合于孔壁之上，形成一层坚韧可靠的胶合薄膜层，阻隔孔内泥浆的外渗，并预防土层因液化作用及孔壁失稳而导致的崩塌现象。

钻孔工作应当分多个班次连续执行，完成钻孔施工的详细记录，并在交接班时仔细描述钻进的具体情况以及下一个班次应当注意的事宜。

2.4 终孔及清孔

钻孔达终孔高度，监理工程师确认终孔[4]，若不符合要求应及时返工重新钻进。在终孔之后，停止钻进，并将钻头提升距孔底200 mm～300 mm。使用换浆法，向孔内注入经过1.03～1.08比重沉淀的泥浆，保持钻头的旋转和泥浆的循环，更换孔底的沉渣和较高浓度的泥浆，在孔内释放的泥浆中，触摸时不会发现2～3 mm的颗粒，泥浆的比重不超过1.1，含砂率低于2%，并且漏斗黏度在17～20 s，即视为清孔完成，清孔工作完成后，立即对成孔进行检查，具体验收标准如表3所示：

2.5 钢筋笼制作

钢筋笼按12 m分节将在钢筋加工场集中加工成型，加工完毕进行成品检验，如表4所示：

钢筋加工厂钢筋笼场内运输装卸及场外运输装车采用人力滚动装车，连同声测管一起，用配有加长支架的专用炮车运至现场进行安装。

钢筋笼的现场连接采用机械连接的方式，现场安装采用汽车起重机起吊安装，起吊利用主钩和副钩同时上升到足够高度后，放松副钩转为垂直状态，放入孔中，根据声测管的单节长度，在孔口临时搁置，连接和固定声测管，每个连接接头均需灌水做闭水试验。

钢筋笼的上口通过吊筋固定在孔口支架上，吊筋长度应根据设计桩顶、护筒顶面标高、搁置圆管的高度准确计算出吊筋的长度，吊筋在混凝土浇筑到顶面时回收使用。

2.6 导管安装

钻孔桩通常用Ф300 mm钢导管水下注入混凝土，导管在投入使用前要经过试拼、水密、承压、接头抗拉试验，按照从下到上的次序进行编号并标注尺度，试压压力是孔底静水压力1.5倍。现场安装采用汽车起重机起吊安装，安装好的导管在连接处卡在护筒，顶端安设单向活动支架，导管装好后，导管底部与孔底之间留有300～500 mm空间，上口超距护筒500 mm以上，每段导管长度为200 cm，管端粗丝扣固定、法兰螺栓连接、接头橡胶圈封闭、导管水压及接头抗拉试验均无渗漏现象[5]。

2.7 二次清孔

在灌注混凝土之前，再次对沉渣的累积厚度精确量测，若发现其厚度超出既定的允许范畴，应即刻启动正循环的二次清孔程序，导管实施正循环，持续作业3～5 min，有效浮起并排出孔底累积的沉渣，清孔后应立即灌注混凝土。

2.8 灌注混凝土

搅拌车到达现场后，倒车开上坡道，通过搅拌车自带的卸料溜槽卸灰到水下混凝土导管顶部的灰斗中，首次混凝土的数量必须保证导管的底部完全嵌入混凝土中，深度为1～1.5 m。每根桩都要进行持续灌注，并在8 h内完成灌注施工，灌注期间要经常测量混凝土顶面的深度并推算导管的埋深，严格控制导管埋深在2～6 m，起重机配合灌注过程，并配合拆管，每次拆管应做好记录，复核管口埋深。接近孔口时，现场施工员应估算剩余方量，并将结果反馈拌和站，避免造成浪费。通常，混凝土的灌注高度应该超出设计桩的顶部0.8～1.0 m。当灌注接近尾声时应检查混凝土灌入数量，以便判断所测定混凝土灌注高度的正确性。灌注时，将孔内溢出的水分或泥浆引到合适位置进行处理，灌注过程中出现的故障要找出原因并合理地制定处理方案加以治理。灌注结束后初凝前拔下护筒周转，随即回填孔，待混凝土桩基凝固后，进行桩基超声波检测、桩基小应变检测、桩头凿除工作。

2.9 桩身质量检测

钻孔桩在正式动工前按设计要求试桩并校核承载力，选用适宜的成孔工艺及压浆工艺来指导该标段的建设，保证桥梁钻孔桩施工的质量。连续梁桩基和桩长大于40 m的桩基采用声波透射法检测桩基外，其余均采用瞬态激振时域频域分析法进行检测，各钻孔桩的混凝土强度试件不小于规范要求。对于质量存在问题的桩体，钻出桩体混凝土进行鉴定检验，对于大桥、特大桥或其他需要控制的结构中的柱桩，其桩底沉渣的厚度应按照柱桩总数的3%～5%进行钻孔样本检测。

3 常见事故预防及处理

3.1 坍孔

原因：泥浆的比重以及多项其他性能指标均未满足既定要求，孔壁未能形成稳固坚实的泥皮保护层；护筒埋设深度明显不足，其下端孔口处存在漏水现象；掏渣作业后，未能及时补充水源或泥浆，或钻孔过程中穿越沙砾等易造成泥浆流失的强渣水层，致使泥浆流失严重，进而造成水头高度未能维持至规定标准；松散砂层中施工过快；存在提钻头5357b36eacdc410f5cac18ae228a6750及下放钢筋笼与孔壁发生碰撞的情况。

预防和处理措施：松散砂层进行钻进作业，务必对进尺实施严格掌控，需投加黏土膏、卵石等材料，紧密挤压孔壁，发挥有效护壁功能。如遇孔口坍塌，应立即停止钻进，迅速拔出护筒，并采用黏土进行回填处理，待回填稳固后，再重新埋设护筒并恢复钻进作业。对于孔内发生的坍塌现象，应首先准确判断其具体位置，随后采用砂与黏土的混合物进行回填，回填高度需超出坍孔位置1～2 m，待沉淀物达到密实状态后，方可继续钻进，清孔作业应指派专人负责补水工作，水位稳定，吊入钢筋笼，精准对准钻孔中心，保持竖直姿态进行插入操作。

3.2 钻孔倾斜

原因：钻孔过程中，遇较大孤立岩石阻碍；存在倾斜角度的软硬岩层交界处，钻头承受力量分布不均；扩孔作业钻头运行轨迹发生偏移，偏向一侧；钻机基础底座未保持水平状态，钻杆亦存在弯曲现象。

预防和处理措施：遇孤石或倾斜的软硬地层钻进作业时，应低速稳进，严格控制进尺，必要时改用冲击钻机进行施工。定期对钻机底座的水平状态及钻杆接头进行检查，一旦发现异常，立即进行调整。

3.3 掉钻落物

原因：卡钻时强扭；钻杆疲劳断裂；操作不当，使不应反转的钻机反转，钻杆松脱。

预防和处理措施：开钻之前，务必对孔内杂物进行全面清理，此过程应采用电磁铁或其他经认可的技术手段实施。定期且细致地检查钻具、钻杆、钢丝绳及所有连接装置，状态良好、稳固可靠。如遇需要打捞的物件，应严格遵循操作规程，采用打捞钩、打捞叉等专业工具进行安全、有效的吊出作业。

4 结束语

综上所述：结合实际工程对钻孔灌注桩基础施工方法的深入探索与研究，在当前地质条件下施工，基于铁路桥梁承载力要求，针对铁路桥梁桩基础施工过程技术，进行深度把控，并对钻孔灌注桩基础施工中、施工后成品进行质量检测，进一步保证铁路桥梁桩基础的施工质量，推动铁路交通行业与技术进一步发展。

参考文献

[1]韩玉成.复杂地质条件下桥梁钻孔灌注桩设计及施工关键技术研究[J].工程建设与设计，2024（9）：227-229.

[2]朱金永.复杂地质条件下钻孔灌注桩质量控制[J].价值工程，2023（19）：46-48.

[3]王博宇.基于复杂地质条件下钻孔灌注桩的施工技术及应用[J].中国建筑金属结构，2024（4）：97-99.

[4]王义东.复杂地质条件下超长大直径钻孔灌注桩施工工法研究[J].建设科技，2022（Z1）：135-137.

[5]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）：87-89.

收稿日期：2024-08-22

作者简介：易帅（1991—），男，本科，工程师，研究方向：高速铁路工程。