客運專線鉆孔灌注樁基礎現場試驗研究

金 立 忠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

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客運專線鉆孔灌注樁基礎現場試驗研究

金 立 忠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

依托大同至西安客運專線渭洛河特大橋的鉆孔灌注樁工程，選擇有代表性的地段開展了鉆孔灌注樁施工現場試驗，合理優化了成孔、清孔、鋼筋籠加工制作、混凝土澆筑等工序的施工工藝，并根據優化成果提出了適用于客運專線鉆孔灌注樁的施工參數，為類似工程的樁基礎施工提供了參考依據。

客運專線，鉆孔灌注樁，混凝土，鋼筋籠

0 引言

大同至西安鐵路客運專線北起山西省大同市，自北向南貫穿山西省中部，在永濟市跨過黃河進入陜西省境內，終點至西安市。設計行車速度350 km/h以上，線路正線全長859 km。由十四標段承建的渭洛河特大橋施工里程為DK806+885.24～DK818+401.69,線路全長11.5 km,樁基共計2 858根，長度大于54 m的有703根，樁基總長度共計146 664 m，混凝土總量為202 000 m3。

針對客運專線中橋梁樁基礎數量大，工后沉降要求嚴格，施工質量要求高等特點[1]，為了充分利用現有設備、合理安排施工、保證施工質量、加快施工進度，在工程的地質資料和現場的實際情況基礎上，在進場初期根據選定標段進行樁基現場試驗，總結經驗以確定施工技術參數，并指導大面積施工。

DK811+600～DK811+900段位于第十四合同段的中部，沿線地勢平坦，地層為第四系全新統及中更新統沖積粘質黃土、粉質粘土、細砂、中砂、粗砂、礫砂等，具有代表性，且征地工作進展順利，確定選擇此段作為鉆孔灌注樁施工的試驗段。

1 鉆孔灌注樁成孔

1.1 試驗準備工作

現場試驗前組織技術人員熟悉、分析現場情況，并編制樁基施工專項技術方案。由測量班完成CP1，CP2的復核工作。施工機械設備按施工要求進場。實驗室對鋼筋、砂、水泥、碎石、施工用水進行了取樣檢測，結果符合施工要求。主要人員已按要求進場。施工便道已經貫通，實現了三通一平。鋼筋加工場、拌合站已經籌建完畢。施工用電所需變壓器安裝調試完畢，施工用水采用抽取的地下水，完全可以保證正常施工的需要。按計劃于2010年4月20日～2010年5月10日進行鉆孔灌注樁的現場試驗。

1.2 成孔方案設計

方案一：旋轉鉆成孔法。

該工藝適用于各種土質層和砂類土、碎(卵)石土或中等硬度以下基巖的成孔作業，能適應我國大部分地區的土壤地質條件。

方案二：反循環鉆成孔法。

該工藝適用于細粒土、粗粒土、含卵礫石量小于20%，粒徑小于鉆桿內徑2/3的卵礫石土、軟巖的土層鉆孔作業[2]。

兩種鉆孔方法均采用泥漿護壁，為控制泥漿的含砂量，配制時選用優質膨潤土并摻入適量的碳酸鈉、燒堿等配制成低比重的泥漿，不能使用孔內原土造漿。泥漿的性能指標應符合要求，并在施工中根據地質情況進行調整，以滿足施工需要為原則，泥漿性能指標如表1所示[3]。

表1 泥漿性能指標值

1.3 鉆孔施工工序

客運專線橋梁樁基礎需要承受較大的上部荷載，為保證地基的承載力，承臺下樁基的數量加大、樁間距較小，為避免施工過程中對已完成的相鄰樁基造成擾動，現場試驗要求下一個樁基的開挖須在已完成鉆孔灌注樁的混凝土強度達到2.5 MPa以上后方可施鉆。

方案一：旋轉鉆成孔法。

按既定的施工順序進行樁孔的施鉆工作，未經同意不可擅自改變施工順序。相鄰墩臺位的樁孔施工順序見鉆孔樁施工順序示意圖，樁孔的施工順序為1→1′→2→2′→3→3′→4→4′→5→5′→6→6′→7→7′→8→8′，鉆孔樁施工順序如圖1所示。

方案二：反循環鉆成孔法。

樁孔開挖順序同旋挖鉆成孔法。

1.4 清孔

方案一：旋轉鉆成孔法。

鉆孔達到設計的鉆深后，采用掏渣法進行清孔，旋挖鉆機將筒式鉆頭下至孔底進行掏渣，并清除孔底散落松渣。

方案二：反循環鉆成孔法。

清孔采用的是抽渣法，即孔內鉆渣通過反循環鉆機桿孔被抽至地面沉淀池沉淀。

無論采用哪種清孔的方法，均應達到以下標準：孔內排出或抽出的泥漿手摸無2 mm～3 mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17 s～20 s；澆筑混凝土前孔底沉渣厚度不大于10 cm[4]。

1.5 成孔檢查

鉆孔樁成孔后檢查的內容主要包括以下幾個方面[5]：

1)孔徑檢測：檢孔器對中后，上吊點必須位置固定且在整個檢孔過程中不能變位，否則重新對中。檢孔器在孔內下落時，靠自重下沉，不得借助其他外力。如果能在自重作用下順利下至孔底(檢孔器系有測繩)，則表明孔徑能滿足設計樁徑要求。如果在自重作用下不能下至孔底，則表明孔徑小于設計樁徑，則應重新掃孔或重鉆至滿足設計樁徑要求。

2)豎直度檢測：當檢孔器在孔頂對中下落后，通過在護筒(壁)頂觀測吊繩相對于護樁放樣中心點偏移情況，樁孔傾斜度的計算見式(1)：

(1)

其中，K為樁孔豎直度，%；E為樁孔偏心距，m；H為檢孔器下落深度,m；e為護樁放樣中心點與吊繩偏差值，m;h為吊點到護筒頂高度，m。

根據式(1)進行樁孔豎直度的檢測，為保證檢測的精確性，可根據現場樁基礎的施工情況在樁長H/2，H/4等處進行檢測，得出相應孔深的豎直度。鉆孔允許的偏差值表如表2所示。

表2 鉆孔允許偏差值表

3)測錘法檢測孔深、孔底沉渣厚度：測錘頂端系上測繩，把測錘慢慢沉至沉渣頂面，此時，讀出測繩上的深度值，與終孔時的深度值相比較即可得出沉渣厚度。

2 鋼筋籠的制作與安裝

2.1 鋼筋籠的制作

為了方便鋼筋籠運輸，樁身鋼筋籠一般按9 m分段制作，并由最下的一節調整鋼筋籠總長度，孔口進行對接。加工成型的鋼筋籠分別擺放，分別掛牌編號標識，存放場地應平整，籠身下面平墊方木并在鋼筋籠兩側加木楔，以防鋼筋籠滾落及變形；儲存過程中下鋪滑道，以方便運輸，并注意做好防銹，并在使用前對銹蝕的鋼筋籠做好除銹處理。

2.2 鋼筋籠的安裝

鋼筋籠的水平運輸使用自制平板車，運輸過程中把鋼筋籠固定牢固。垂直運輸使用吊車進行裝車，采用型鋼加工制作橫擔，在吊裝過程中輕吊輕放，防止鋼筋籠變形。

由于本標段內所有樁長均大于40 m，需在鋼筋籠內周側等距布置3根聲測管。聲波管不得破漏，下端及接頭要嚴格密封，管頂在檢測前要加蓋，以免異物掉入堵塞通路。聲測管之間在全長范圍內要保持互相平行，垂直度偏差不大于1%,聲測管底部高于樁底不大于20 cm，頂部高于樁頂標高10 cm。

3 混凝土澆筑

3.1 導管的安裝

因樁長較長，為保證樁基混凝土的澆筑質量在澆筑前需安裝好導管。導管采用內徑30 cm內壁光滑、圓順、內徑一致的鋼導管，并用裝有墊圈的法蘭盤連接管節。導管使用前應進行水密、承壓和接頭抗拉試驗，導管組裝后軸線偏差不得超過鉆孔深的0.5%并不超過10 cm，水密試驗的水壓力不小于孔內水深1.5倍的水壓力；導管管節長度，中間節宜為2 m等長，底節宜為4 m，漏斗下節長宜用1 m。導管安裝過程中要記錄導管的拼接順序、每節的長度以及總節數及總長度，為后續拆卸導管提供計算的依據。

3.2 樁基封底混凝土施工

灌注前，須對孔底沉渣厚度再進行一次測定。如厚度超過規定(10 cm)，必須進行二次清孔。灌注前先拌制0.1 m3～0.2 m3水泥砂漿，置于隔水栓上部，然后向漏斗內倒入混凝土，量滿足后打開閥門，將首批混凝土灌入孔中。混凝土的首次灌注應滿足使導管一次埋入混凝土面以下不小于1 m，并不大于3 m，以避免樁基夾泥或斷樁。首批灌注混凝土體積按式(2)計算:

V≥(H1+H2)×πR+πr×HW×βW÷βC

(2)

其中，V為灌注首批混凝土所需數量，m3；R為樁孔半徑，m；H1為樁孔底至導管底端間距，取0.3 m;H2為導管初次埋置深度，m;r為導管內徑;HW為井孔內水或泥漿的深度，m;βW為井孔內水或泥漿的重度，kN/m3;βC為混凝土拌和物的重度，取24 kN/m3。

3.3 樁基中部混凝土施工

首批混凝土灌注封底成功后即恢復正常灌注。灌注應緊湊、連續地進行，嚴禁中途停工。在灌注過程中，要防止混凝土拌和物從料斗頂溢出或從料斗外掉入孔底，使泥漿內含有水泥漿而變稠凝結，致使測深不準確。灌注過程中，應注意觀察管內混凝土下降和孔內水位升降情況，及時測量孔內混凝土面高度和導管的埋置深度，正確指揮導管的提升和拆除[6]。

3.4 樁基頂部混凝土施工

澆筑面接近預計高程時，應采取有效的測量方法確定混凝土的頂面位置，保證混凝土頂面澆筑到樁頂設計高程以上1.0 m左右。工地值班人員應根據實測的混凝土頂面標高計算出剩余混凝土數量，并通知拌和站按照實際需要的數量進行拌和。灌注結束后，在拔出最后一段長導管時，拔管速度一定要慢，防止樁頂沉渣卷入混凝土中形成空洞。

4 注意事項

1)現場需設專職安全員負責施工的安全工作，根據安全要求對現場的施工安全進行監督，發現安全隱患及時制止并予以糾正后方可正常施工。2)凡進入現場的人員，均要服從值班員指揮，遵守各項安全生產管理制度，正確使用個人防護用品。抓好現場管理，保持現場管線整齊。危險區要設標志，備齊消防器材。3)機械設備的布局要合理，操作者要嚴格遵守安全操作規程。操作前對設備進行安全檢查，機械設備嚴禁帶故障運行。4)用電線路埋設、架空高度必須符合要求，嚴防行走施工機械損壞輸電線路。5)灌注過程中做好泥漿外溢的處理措施，防止泥漿溢出孔外。剩余的混凝土拌和物應及時的定點處置，或進行硬化施工場地、便道，嚴禁隨意丟棄。6)施工中注意保護自然和生態，不得隨意拆堵水利設施，不污染水源，不損毀林木和地表植被，盡量不占或少占耕地，臨時用地在工程完畢后要恢復原貌。

[1] 冷伍明,楊 奇,聶如松,等.高速鐵路橋梁樁基工后沉降組合預測研究[J].巖土力學，2011，32(11):3341-3348.

[2] 田興樹.巖溶地質條件下鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工技術[J].鐵道建筑技術,2012(3):12-14.

[3] TZ213—2005，客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南[S].

[4] 張開營,劉慶豐.武廣客運專線巖溶地基鉆孔灌注樁施工技術[J].路基工程,2007,123(3):123-124.

[5] TB 10218—2008，鐵路工程基樁檢測技術規程[S].

[6] 于立麗.橋梁樁基施工質量控制的要點[J].價值工程，2011，30(6):135-136.

Field test study of bored piles foundation of passenger dedicated line

Jin Lizhong

(CCCCTunnelEngineeringCompanyLimited,Beijing100088,China)

Based on the bored piles of Datong to Xi’an passenger dedicated line Weiluo river extra large bridge, this article reports the field test of the pile foundation construction carried out in the choose typical section, optimized hole forming, hole cleaning, processing production of reinforcing cage, concrete pouring, and many other construction techniques suitably. The reasonable construction parameters of bored piles of passenger dedicated line was put forward on the basis of the preceding summing up and optimization, providing reference for similar projects of pile foundation construction.

passenger dedicated line, bored piles, concrete, reinforcing cage

1009-6825(2016)13-0172-03

2016-02-29

金立忠(1971- )，男，工程師

U443.145

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