鐵路橋梁樁基施工技術控制分析

權高峰

（中交二公局第六工程有限公司，陜西西安710075）

1 工程概況

該工程正線起訖里程為DK83+229.85～DK101+947.75，正線全長18.57km。主要施工任務包含橋梁站前工程、無砟道床鋪設、DK83+229.85～DK99+503范圍內預制、架梁工程（不含DK99+503～DK101+947.75 范圍架梁工程）、大臨設施（拌和站、鋼筋加工場、制梁場等）、進場便道、改移道路、改移溝渠、河道防護及地下管線遷改等工程，同步實施津九聯絡線、京港臺聯絡線橋梁工程（不含同步實施段制架梁）。

2 工程地質條件

該橋DK83+229.85～DK101+947.75 橋址區位于沖擊平原，地形平坦，地勢開闊，局部略有起伏，地面高程 2.80-13.42m，相對高差10.62m。地勢由西北向東南緩傾。全橋存在地面沉降、活動斷裂和砂土液化地質災害隱患，歷史地質災害不發育，災情輕。地表大多為耕地、村莊，地形起伏較小。

主要地層為全新人工堆積層（Q4ml）雜填土、素填土、沖積層（Q4ol）黏土、粉質黏土、粉土、粉砂、細沙，上更新統沖積層（Q3ol）黏土、粉質黏土、粉土、粉砂、細沙。

3 施工過程

3.1 物資及機械設備

根據地質鉆探資料，地層主要為黏土、粉質黏土及粉砂，因而選用旋挖鉆進行鉆孔。由于樁基的成孔質量直接影響成樁質量，所以樁基施工成孔后的檢測，擬采用鋼筋籠探孔器及成孔檢測儀。

使用探孔器“灌無憂”防超灌設備、超聲波成孔檢測儀，以確保樁基澆筑質量及樁頭齊整度，采用“灌無憂”設備，可以嚴格控制混凝土超灌高度[1]。

3.2 泥漿制備

超長、大直徑樁基的鉆孔泥漿應選用優質膨潤土泥漿。

對于樁長40～70m、直徑1.0～1.5m 的樁基，則使用Neptun 環境泥漿。

泥漿應由膨潤土制成，具有較強的制漿能力和較高的黏度。

用量可按下式（1）計算確定：

式（1）中：Q 為每m3泥漿所需的黏土質量；

P1——黏土的密度；

P2——要求的泥漿密度；

Pw——水的密度，取1t/m3。

根據施工經驗，黏土制漿率約為3m3/t，膨潤土制漿率約為12～15m3/t。在鉆孔施工過程中，根據鉆進速度和地質情況的不同，應不定時地檢查泥漿性能，調整泥漿指標[2]。

3.3 施工測量

測量隊放出樁位后，鉆機班組應在樁位周圍（距離樁位1.5m 左右）的位置設置4 個護樁。

3.4 樁基施工

3.4.1 護筒制作及埋設

鋼護筒統一在加工場制作，為長3m，厚6～12mm的鋼板卷制。鋼護筒的埋置深度：在黏土、粉土中應大于1m。護筒偏差小于5cm，傾斜度小于1%。

3.4.2 鉆進成孔

旋挖鉆機鉆桿的垂直度，可采用電子設備、人工用吊錘來觀察、控制。

鉆孔時，泥漿高于護筒底角0.5m 以上或高于地下水位1.5～2m 以上后，方可開始鉆進。鉆進時應輕壓慢進，正常后再逐步加速，進行正常鉆進[3]。

鉆孔過程中，應按照規范要求抽取渣樣，并與設計圖紙上對應樁位的地質資料相符，留樣并做好聲像資料及文字記錄。

3.4.3 鉆孔檢查及清孔

（1）成孔檢查

當鉆機顯示器上顯示孔底達到設計底部高度后，即停止鉆孔，并及時檢查頂面高度、孔中心偏差、孔直徑、垂直度和沉渣厚度。

（2）排渣、清孔

可以通過使用泥砂分離器結合泥漿循環來進行排渣。清孔應符合下列標準：

孔內排出泥漿無2～3mm 的顆粒；

泥漿比重不大于1.1；

含砂率小于2%；

黏度在17～20s 范圍內；

沉渣厚度符合標準要求。柱樁和特殊結構物的主墩樁基不得大于50mm；摩擦樁不得大于200mm。

3.4.4 鋼筋籠施工

鋼筋籠均在鋼筋加工場采用滾焊機加工而成。

（1）鋼筋籠分節及下料

鋼筋籠應按照12m 或9m 的標準節長度進行制作。主籠及副籠采用焊接或套筒方式連接。

鋼筋的長度應根據鋼筋彎曲后的中心長度計算，并考慮鋼筋鉤的增加長度和彎曲調整值。

（2）鋼筋的彎曲成型

加工加強箍筋前，應先進行胎架制作，胎架制作完成后，先試制作2 個加強箍筋，檢查各部尺寸，并對胎架進行修整，修整合格后方可進行加強箍筋的加工。鋼筋籠加強筋通過彎弧機進行精準加工，將加工后的曲筋放入定制的加強筋效驗模具中進行檢測微調，待尺寸確定好后，用三角撐固定在加強筋內，再焊接封閉成環，加工誤差控制在2mm 以內[4]。

（3）鋼筋籠胎架制作

為保證超長、大直徑樁基鋼筋籠的加工精度和現場鋼筋連接的安裝精度，應采用鋼胎架長線法加工制作。

（4）鋼筋籠骨架的制作、安裝

鋼筋籠通過臺式成型或輥式焊接機在鋼筋加工廠生產。

對于超長、大直徑樁基，應采用鋼胎架長線法加工鋼保持架。

普通樁基采用滾焊機設備加工，即制作時在鋼胎架上一次性做成整個樁基的鋼筋籠，然后再拆分成若干個標準節以便運輸。

（5）聲測管制造和安裝

將聲測管綁扎在已成型的鋼筋籠上，聲測管上下管口用鋼板焊接封閉，管節連接處采用焊接方式，應確保連接處光滑、不漏水。

（6）綜合接地設施的安裝

綜合接地鋼筋：每根鉆孔樁要選擇1 根通長的主筋作為接地鋼筋，在加工鋼筋籠時應做好標記，以便與承臺接地鋼筋進行有效連接，連接時采用“L”型焊接方式。

（7）鋼筋籠箍筋綁扎控制

成型后采用數控滾焊機進行箍筋纏繞，這樣可以高效、緊固纏繞，并精準控制間距。而后，再對緊貼主筋表面的箍筋進行梅花形綁扎，在捆綁時應將所有線端置于籠內[5]。

（8）鋼筋籠下放與連接

在降低鋼筋籠時，應采用逐節沉放的方式進行，并可通過起重機懸架和下方鋼筋籠對接。對接調整完成后，進行套筒連接或焊接，焊接采用單面焊，焊縫長度為10d，樁基接地鋼筋接長標識為：鋼筋籠安裝時，必須對其中三根通長鋼筋的一根進行標識，并確保其后每一節鋼筋籠接地鋼筋有效連接，直至整個樁基鋼筋籠安裝完成后，在鋼筋籠頂端接地鋼筋深入承臺部分進行永久、有效的標識，便于樁基破除樁頭后，能正確、有效地對接地鋼筋進行連接并入接地網。

（9）鋼筋籠主筋隔離保護套

為保證環切法整體破樁頭的破除質量，按工藝工法要求，應對鋼筋籠深入承臺部分的鋼筋及聲測管采取隔離措施，這一措施同時還有保護成品鋼筋籠頂部鋼筋質量的效果。

3.5 導管水密性試驗及安裝

導管吊裝前應先試拼，試拼后及時檢測水密性，試驗壓力不小于孔底靜水壓力的1.5 倍。最大壓力按下式（2）計算：

式（2）中：Pw為管壁可能承受的最大壓力（kg/m2）；γc為混凝土容重（kg/m3）；hc為混凝土柱最大高度，導管全長（m）；γw為水或泥漿比重，取值范圍控制在1.0～1.25kg/m2；hw為鉆孔內水或泥漿深度（m）。

3.6 二次清孔

灌注混凝土的過程中，必須保證二次清孔滿足要求。如沉渣厚度超出規范要求，則需再次進行清孔，直至符合規范要求。

3.7 水下混凝土灌注

3.7.1 混凝土灌注前的準備

坍落度、擴展度、含氣量、入模溫度作為混凝土灌注前的必檢指標，需嚴格把控，否則不能進行灌注施工。

3.7.2 灌注采用自由塞隔水（即充氣球膽），直徑可以自由地通過導管。應嚴格控制導管的深度，并應與孔底保持0.3～0.5m 的距離。導管下入時及下入后必須居中。

3.7.3 首盤混凝土計算

封底混凝土施工后，導管埋置深度應為1～3m。首盤混凝土方量按下式（3）計算：

式（3）中：V 為混凝土的首灌量（m3）；d 為導管內徑（m），取d=0.3m；D 為成孔樁徑（m）；L 為樁孔深度（m），取L=樁長+4（m）；H1為澆筑前測量管底的高度（m），取H1=0.4m；H2為導管初次埋入混凝土的深度（m），取H=1.5m；h1為當孔中的混凝土深度達到H2時，管道中混凝土所需的高度（m），平衡管道外的壓力，即h1=Hwγw/γ/c；Hw為孔內水或泥漿的深度，取Hw=樁長+4m；γw為孔內泥漿重度，γw=11kN/m3；γc為混凝土拌和物重度，取γc=24kN/m3。

開始灌注首盤混凝土時，導管底口與孔底應控制在40cm 左右，且導管埋入混凝土的深度應大于1m。

3.7.4 混凝土灌注

首盤混凝土澆筑時，應計算和控制首盤封底混凝土數量，嚴格控制吹球時間，當導管內混凝土面不再顯著下降，孔內泥漿正常排出時，測定灌注混凝土面的高程。

首盤混凝土澆筑后，應將導管深度控制在1～3m之間。

灌注過程應連續進行，連續灌注時間不應大于混凝土的初凝時間。

灌注過程中，應及時測量管內混凝土下降情況和孔內水位，為導管的提升和拆除提供依據。

導管的埋置深度應控制在2～6m 之間。

導管提升過程中應保持導管軸線位置準確，勻速提升。

拆除導管動作要快且連續，拆除時間最長不能超過15min，以防堵管。

4 樁基施工出現異常時的處理措施

4.1 坍孔處理

發生坍孔后，應查明原因并進行分析處理，不嚴重時可增大泥漿比重，加高水頭繼續鉆進；嚴重時，必須重新鉆孔。

4.1.1 防塌孔措施

（1）施工前應要做好物料儲存，確保物料質量。

（2）施工過程中，應加強泥漿指標的控制，確保泥漿的相對密度。

（3）施工過程中，應根據不同的地面條件選擇合理的鉆井參數。

（4）施工中，如果發現泥漿表面下落，出現泥漿泄漏問題，建議立即補充泥漿。

（5）鋼筋籠及導管安裝過程中，應安排專人觀察孔內泥漿面，如發現泥漿面下降，出現漏漿問題，應立即向孔內補漿。

4.2 彎孔和縮孔處理

4.2.1 情況允許時，可將鉆頭提到偏孔處進行反復掃孔。

4.2.2 彎孔情況嚴重時，應回填至偏孔處，待填料夯實后再重新修孔。

4.3 卡鉆和掉鉆處理

4.3.1 遇到卡鉆情況時，應及時找出原因，先松開鉆頭，然后再抬起鉆頭。

4.3.2 處理卡住和掉落的鉆頭時，施工人員嚴禁在沒有防護設備的情況下進入鉆孔。

4.4 防止聲測管堵塞措施

4.4.1 在使用聲測管前，必須進行檢查，損壞的聲管不得用于施工。

4.4.2 嚴格控制焊接工藝。

4.4.3 將聲測管安裝在鋼筋籠上時，應牢固固定。

4.5 防止混凝土堵管措施

4.5.1 嚴格按照試驗數據進行配合比優化。

4.5.2 灌注時，罐車下料口應設置篩網，防止超粒徑骨料進入導管造成堵管。

4.5.3 澆筑混凝土前，應對管道進行全面檢查，必要時需進行水密試驗，確保管道在混凝土澆筑過程中不會因為泄漏而堵塞管道。

4.5.4 導管不宜埋置過深，在混凝土澆筑過程中，應將導管埋深控制在2m～6m 范圍內，拆除導管時應迅速、及時，同時還應檢查導管連接處密封圈的密封性。

4.6 防斷樁措施

4.6.1 做好混凝土坍落度的控制及檢測。

4.6.2 做到連續作業，一氣呵成。

4.6.3 鋼筋籠主筋接頭焊縫要飽滿，且滿足施工設計要求。

4.6.4 澆筑首封混凝土時，為使隔水塞順利排出，導管底部至孔底的距離應保持在30cm～50cm。

4.7 防止鋼筋籠上浮措施

4.7.1 控制混凝土的總灌注時間。當混凝土表面接近或進入鋼筋籠底部時，應將管道的埋深控制在小于3m、距離井底超過1m 的范圍內，以減小混凝土底部的反沖力。

4.7.2 控制和調整混凝土的坍落度、可加工性和流動性，以確保混凝土在澆筑過程中能夠產生良好的“溢流”。

4.7.3 在混凝土輸注的初始階段，施工人員需要減慢灌注的速度。

4.7.4 用鋼管套入鋼筋籠主筋后，鋼管應固定在灌注平臺上。

5 環保、水保的具體措施

5.1 泥漿無公害處理

在進行樁基施工時，為減少鉆孔泥漿對水源造成污染，應對鉆孔泥漿進行無公害處理。可采用鉆孔灌注樁泥漿的處理裝置，能夠有效地將孔內泥漿和水分離，泥漿分離后的固體含水率低，可用車運走及時回填，分離后的水也能達到排放標準，既不會污染環境，又可以將水回收用于施工用水。該裝置還配備車載系統，可轉場運輸，確保樁基施工中的護壁泥漿得到100%處理，保證污水“零排放”，避免污染[6]。

5.2 水土保持措施

鉆進過程中，不允許排出未凈化的泥水，以防止污染水源或破壞環境，鉆進中產生的泥水應進行處理和排放。

6 結語

隨著鐵路機車自重的增加以及速動的提高，對鐵路橋梁的設計要更加先進，質量要更加可靠，尤其是樁基礎，本文通過高速鐵路樁基施工技術控制的介紹，從工序控制著手，以點帶面，全面闡述了樁基施工技術過程中的控制要點，對于提高鐵路橋梁施工質量和縮短工期都具有十分重要的作用。