巖溶地段的高鐵橋梁樁基施工技術(shù)要點(diǎn)

張志接

（北京鐵研建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 102600）

隨著“八縱八橫+城際鐵路”高速鐵路網(wǎng)的逐步完善，高鐵成為現(xiàn)代交通網(wǎng)的重要組成部分，在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化、提升城市間交通便捷性等方面發(fā)揮著重要作用。在巖溶地段進(jìn)行橋梁樁基施工，常常會遇到空洞、軟土層或者水流，影響樁基的承載能力。在遇到大的空洞時，常規(guī)的樁基設(shè)計無法提供足夠的支持力，加上巖溶地段的水文地質(zhì)條件復(fù)雜，施工時會面臨地下水位變化，影響周邊環(huán)境與施工安全。而科學(xué)合理的施工技術(shù)可以有效應(yīng)對巖溶地段施工中的各種難題，保證橋梁工程的長期穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)性、安全性雙重優(yōu)化，為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活的便捷提供堅實(shí)的基礎(chǔ)。

1 施工準(zhǔn)備

1.1 鉆孔平臺搭建施工

為保障巖溶地段高鐵橋梁樁基施工順利進(jìn)行，搭建鉆孔平臺時，需綜合考量多方面的技術(shù)細(xì)節(jié)。例如，地質(zhì)勘探時，要利用先進(jìn)設(shè)備深入探明巖性分布、地下水狀況及地層結(jié)構(gòu)，可采用地質(zhì)鉆探、鉆孔電視、聲波測井等技術(shù)詳盡勘察地下情況，并保證勘察數(shù)據(jù)精確，為平臺設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。同時，需確保鉆孔平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計在不確定的地質(zhì)條件下保持穩(wěn)固。為此，需考量大型設(shè)備及作業(yè)負(fù)荷，合理布置操作區(qū)和安全通道，可借助重型機(jī)械設(shè)備徹底壓實(shí)作業(yè)場地，依據(jù)地基情況選擇適宜的局部地面處理技術(shù)，如注漿加固。另外，鋼筋網(wǎng)架和支撐結(jié)構(gòu)，需按設(shè)計圖施工，應(yīng)用鋼材、木材等材質(zhì)，穩(wěn)定安裝立柱和支撐框架。在材料配比和處理上，特別是混凝土和鋼筋，要保證其適應(yīng)巖溶環(huán)境需求，避免因環(huán)境的特殊性影響材料性能。在精度控制方面，應(yīng)采用激光測距和全站儀，以免誤差累積影響結(jié)構(gòu)安全。在鉆孔平臺搭建過程中，應(yīng)實(shí)時監(jiān)控地下水位及其他環(huán)境變化，以適時采取降水或其他必要措施，防止水位上升影響施工。水鉆作業(yè)的平臺設(shè)計，應(yīng)兼顧泥漿循環(huán)系統(tǒng)和污染物的有效排放。

1.2 測量放樣

利用全站儀與電子水準(zhǔn)儀確立控制網(wǎng)，并定位橋墩中心線，再沿此基準(zhǔn)線精準(zhǔn)放樣每個空樁的中心線。使用全球定位系統(tǒng)輔以精確地面控制點(diǎn)，建立全面坐標(biāo)系。在測量控制點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)時，要保證所有數(shù)據(jù)精確到毫米，以避免因巖溶地帶地質(zhì)復(fù)雜而產(chǎn)生誤差。在地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行加密測量點(diǎn)布置時，需要密切監(jiān)測地質(zhì)變異，并迅速采取措施校正放樣偏移。要選取地質(zhì)穩(wěn)定、不受周邊施工活動影響的位置設(shè)置臨時基點(diǎn)，以保證測量數(shù)據(jù)一致、可靠。同時，應(yīng)實(shí)時更新測量數(shù)據(jù)，密切監(jiān)測施工動態(tài)，確?？諛兜闹行木€與設(shè)計吻合、樁位放樣無誤，為后續(xù)樁基施工打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

1.3 埋設(shè)護(hù)筒

在巖溶地段高鐵橋梁樁基施工中埋設(shè)護(hù)筒是防止孔壁坍塌和地下水流入施工孔的重要措施。不同的鉆機(jī)，其內(nèi)、外徑數(shù)據(jù)不同。例如，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的常用護(hù)筒內(nèi)徑從1.5m 到2.5m 不等，外徑需比內(nèi)徑大10～30cm，以保證穩(wěn)固。而沖擊鉆常見的護(hù)筒內(nèi)徑范圍為1.0～1.8m，外徑通常比內(nèi)徑大10～25cm。在使用雙護(hù)筒跟進(jìn)時，內(nèi)護(hù)筒直徑設(shè)置為鉆頭直徑加15～25cm，而外護(hù)筒直徑則大于內(nèi)護(hù)筒直徑20～30cm。全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)要求護(hù)筒內(nèi)徑至少為鉆頭直徑加20cm，外徑通常為內(nèi)徑加10～30cm，以保證鉆進(jìn)順暢，以及巖土剪切。根據(jù)施工規(guī)范，護(hù)筒的垂直度偏差需控制在3‰以內(nèi)，并借助高精度的水平儀和全站儀進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。若出現(xiàn)偏差，應(yīng)立即調(diào)整，以保證后續(xù)施工的精確性。為保護(hù)護(hù)筒頂面和確保護(hù)筒安全，護(hù)筒頂面應(yīng)高出施工地面50～100cm，以防止表面水和泥漿進(jìn)入護(hù)筒，同時便于觀測護(hù)筒的垂直度。因巖溶地區(qū)的地面存在不穩(wěn)定性，所以，需要加固護(hù)筒底部，以確保鉆孔過程中護(hù)筒不會傾斜或移位。

1.4 制備泥漿

制備泥漿的過程中，需根據(jù)不同施工方法和地質(zhì)條件調(diào)整泥漿配比和性能。在旋挖鉆（循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)）施工中，采用混凝土超方回填法制備的泥漿具備良好的流動性和一定的承載力，泥漿密度控制在1.15～1.25g/cm3，黏度維持在15～25Pa.s（用4 號馬歇爾黏度計測試），以確保鉆進(jìn)過程中有效攜帶切屑，并保持孔壁穩(wěn)定。當(dāng)沖擊鉆機(jī)施工采用加強(qiáng)護(hù)壁法時，需要保證制備的泥漿有較高的黏稠度和較強(qiáng)的承載能力。當(dāng)泥漿密度調(diào)整至1.2～1.4g/cm3時，黏度提高到20～30Pa.s 時，泥漿能夠形成較厚的泥餅，從而有效支撐孔壁，防止巖溶地段坍塌。在采用雙護(hù)筒跟進(jìn)法時，需要保證泥漿有足夠的稠度和抗剪切強(qiáng)度，以適應(yīng)外護(hù)筒與內(nèi)護(hù)筒之間可能存在的空隙。制備的泥漿密度需要保持在1.3～1.5g/cm3，黏度需保持在30～40Pa.s 之間，以穩(wěn)定護(hù)筒間隙，防止細(xì)小巖石侵入。全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)法的泥漿需要更高的密度與黏度，以對抗較大的地層壓力。泥漿密度通常在1.5～1.7g/cm3，黏度保持在40～60Pa.s 之間，以確保鉆進(jìn)過程中孔壁不會坍塌，尤其是通過松散或含水層時。制備泥漿時，先將水注入攪拌池，然后加入適量的黏土粉或者專用泥漿材料，使用泥漿攪拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁蛏⒎鬯轲ね翂K，確保泥漿均勻。泥漿攪拌時間需維持30～60min，使用泥漿泵將泥漿送至鉆孔現(xiàn)場，并根據(jù)實(shí)際情況現(xiàn)場調(diào)整泥漿性能。

2 鉆孔技術(shù)

2.1 旋挖鉆孔

在旋挖鉆孔施工起始，需注入預(yù)先配制的泥漿，填滿鉆孔至地面以上，形成泥漿柱，以平衡地層壓力，并穩(wěn)定孔壁。泥漿注入后，啟動鉆桿，以規(guī)定的鉆速鉆入。常規(guī)土層鉆進(jìn)速度為0.5～1m/min，鉆至一定距離后，根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整速度，以確保鉆頭切削效率和孔壁穩(wěn)定性。砂土層鉆進(jìn)時，需使用高鉆桿，并將鉆進(jìn)速度提高至1～2m/min，以提升鉆進(jìn)效率。當(dāng)高鉆桿增長孔深時，要相應(yīng)提高泥漿柱壓力，以確?？妆诓惶?。當(dāng)遇到礫石層時，需選用高質(zhì)量泥漿，形成較厚的泥餅來保護(hù)孔壁，同時，使用增壓器提升泥漿壓力，抵抗礫石層的高滲透性，防止泥漿過量流失。另外，鉆桿需保持垂直于地面的拉力，且垂直度在0.1%以內(nèi)，即每下鉆100m，偏差不超過100mm，以確保鉆孔直徑符合設(shè)計要求。鉆桿的恒定鉆削力，應(yīng)依據(jù)地質(zhì)強(qiáng)度而定，通常為50～100kN，并保持鉆頭與巖石的有效切削。

2.2 沖擊鉆孔

在巖溶地段進(jìn)行沖擊鉆孔時，面對鵝卵石等復(fù)雜地質(zhì)，首先使用較小沖程的沖擊鉆進(jìn)，沖程控制在300～400mm 之間，以避免沖程過大，導(dǎo)致孔壁崩塌。當(dāng)寬度達(dá)到設(shè)計直徑時，調(diào)整為常規(guī)沖程，以保持效率和孔壁的穩(wěn)定性。沖擊頭設(shè)計采用強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，耐磨性能強(qiáng)，以適應(yīng)巖溶地帶硬度較高的地質(zhì)條件。鉆孔時，控制沖擊能量，使之能夠粉碎巖石而不至于對孔壁造成損害。同時，根據(jù)巖石硬度及鉆進(jìn)深度，調(diào)整沖擊參數(shù)，保證每一擊能量都能有效傳遞至巖石上。在沖擊鉆孔過程中，需確保泥漿液面始終高于地下水位，以形成足夠的壓力對抗地下水滲透，防止孔壁坍塌及雜物回流，泥漿液面至少應(yīng)高出地下水位1.5～2m，從而形成穩(wěn)定的液柱壓力，護(hù)筒頂面距離至少應(yīng)高于施工場地1m。另外，要實(shí)時監(jiān)測沖擊頻率和沖程，根據(jù)鉆孔深度及地質(zhì)條件變化作出相應(yīng)調(diào)整。沖擊頻率一般控制在40～60 次/min，旨在有效破碎巖石壁，減少對鉆桿的磨損。及時補(bǔ)充泥漿并持續(xù)跟進(jìn)其流變性。

2.3 全套管回轉(zhuǎn)鉆孔

應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)速度調(diào)整套管機(jī)械下放速度，并保持連續(xù)穩(wěn)定，避免因速度過快，導(dǎo)致套管卡死，或因速度過慢，導(dǎo)致孔壁塌陷。實(shí)時監(jiān)測套管的下壓力和扭矩，相關(guān)參數(shù)見表1。孔徑較大或深度較深時，需要采用分段套管技術(shù)，即先下第一節(jié)套管至一定深度后，再將第二節(jié)套管與螺紋連接，繼續(xù)下鉆。每次連接新套管都必須確保連接部位的密封性和強(qiáng)度滿足工程要求。達(dá)到設(shè)計孔深后，清理孔底，確保無殘余鉆屑?？椎浊謇韽氐缀?，提取鉆具，保留套管作為永久孔壁支護(hù)。

表1 全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 制作與安裝鋼筋籠

3.1 制作鋼筋籠

準(zhǔn)備符合設(shè)計要求的鋼筋，包括縱筋和箍筋。鋼筋的直徑、強(qiáng)度等級和抗拉性能必須滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，通常采用HRB400 級或以上的鋼筋?？v筋的直徑在16～40mm 內(nèi)，箍筋直徑小于縱筋，常用6～12mm。鋼筋制作前進(jìn)行除銹處理，保持鋼筋表面清潔無油污，以提高混凝土與鋼筋間的粘結(jié)力。隨后進(jìn)行鋼筋切割、彎曲，按設(shè)計圖紙要求加工成形。制作箍筋時，需確保箍筋閉合部位焊接牢固或捆扎緊實(shí)，形成穩(wěn)定的環(huán)形。制作鋼筋籠時，需采用保持架，以防止組裝或吊裝過程中發(fā)生位移?？v筋間距應(yīng)按設(shè)計要求均勻分布，箍筋間距根據(jù)受力要求在100～300mm 間變化，通常保持架間距不大于2m，以保證鋼筋籠在吊裝、下放過程中的整體性。鋼筋籠組裝過程中，箍筋與縱筋交點(diǎn)應(yīng)采用點(diǎn)焊或捆綁的方式，保證連接牢固。焊接點(diǎn)均勻分布，每個交點(diǎn)至少兩處焊接點(diǎn)。焊縫長度一般不少于箍筋直徑的5 倍，且不小于20mm。

3.2 安裝鋼筋籠

吊裝作業(yè)開始前，檢查鋼絲繩、吊鉤等關(guān)鍵部件無損傷，同時，計算、布置鋼筋籠的吊點(diǎn)，使其分布均勻，避免在吊裝過程中鋼筋籠形變。吊裝鋼筋籠時，需采用穩(wěn)定吊點(diǎn)，確保吊點(diǎn)位于鋼筋籠的中心，防止吊裝時傾斜和旋轉(zhuǎn)。分段吊裝時，需在地面預(yù)先對接好各段鋼筋籠，對接部位需使用搭接、焊接或者螺栓連接方式。鋼筋籠吊至孔位上方時，應(yīng)緩慢下降并對準(zhǔn)孔位，過程中避免任何旋轉(zhuǎn)動作，以防止損壞孔壁或底部混凝土。鋼筋籠下放至接近孔口時，需進(jìn)一步減速，以確保上下部主桿對齊，縱向保持垂直。鋼筋籠下放過程中，及時查明孔內(nèi)障礙物，如有障礙應(yīng)清除干凈，防止鋼筋籠受阻或變形。下放到位后，使用支架固定鋼筋籠位置。固定鋼筋籠前，用水準(zhǔn)儀或全站儀檢測鋼筋籠的垂直度和位置，確認(rèn)與設(shè)計規(guī)格一致后，使用預(yù)留的固定裝置或混凝土澆筑前的暫固措施固定鋼筋籠。

4 混凝土灌注

4.1 安裝導(dǎo)管與二次清孔

安裝導(dǎo)管前，需確保導(dǎo)管內(nèi)、外清潔無異物，依據(jù)設(shè)計要求和灌注混凝土的速率選擇導(dǎo)管直徑。導(dǎo)管安裝時，要垂直下放至樁底，避免因傾斜導(dǎo)致灌注混凝土不均勻。導(dǎo)管安裝后，進(jìn)行水密性測試，保證混凝土灌注過程中不會有水泥漿體外泄，導(dǎo)管接口處應(yīng)用密封圈進(jìn)行密封，以確保接口處無泄漏。灌注前預(yù)留足夠的導(dǎo)線間隙，可根據(jù)混凝土漿體的流動性和顆粒級配設(shè)計間隙大小，以保證混凝土順暢通過。同時，進(jìn)行二次清孔，檢查孔內(nèi)是否有過多的沉積物，可使用清孔工具，清除鉆孔底部和側(cè)壁的松散物、泥漿等殘留物，沉積物總厚度應(yīng)符合設(shè)計與施工規(guī)范要求，以避免影響混凝土質(zhì)量和樁基承載力。用清潔的水或氣體沖洗孔內(nèi)，使樁底沒有明顯的泥漿和松動土。

4.2 混凝土灌注

混凝土灌注作業(yè)中，需控制第一批保護(hù)層水平混凝土總量，避免底部過厚浪費(fèi)材料，或過薄影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。根據(jù)具體工程要求，計算保護(hù)層厚度與灌注混凝土體積的比例關(guān)系，確保配比合理。將導(dǎo)絲埋入砂漿中，以固定導(dǎo)管位置，防止灌注時產(chǎn)生位移。計算導(dǎo)絲長度與砂漿深度比，以保證足夠的固定力度。及時處理沉渣，使用抽沉的方法和設(shè)備，以減少底部沉渣對混凝土質(zhì)量的影響，保持樁底清潔，并連續(xù)澆筑，以防止混凝土層間出現(xiàn)冷縫。另外，需計算灌注速度與時間關(guān)系，確?；炷猎谇耙粚由形茨糖斑B續(xù)到達(dá)，并根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整灌注速度，避免速度過快而材料分離，或速度過慢造成層間不結(jié)合。導(dǎo)管需埋入混凝土內(nèi)一定深度，按設(shè)計要求控制下端與樁底混凝土表面的距離，通常為灌注混凝土高度的1/4 左右?；炷翝仓瓿珊?，應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，采用覆蓋塑料薄膜、濕麻袋或定時噴水等方式，防止混凝土表面水分蒸發(fā)過快，維持適宜濕度，保證混凝土的強(qiáng)度。

5 結(jié)語

巖溶地段高鐵橋梁樁基施工技術(shù)細(xì)節(jié)關(guān)乎整體工程的穩(wěn)固與安全，要求施工過程嚴(yán)格遵循工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，精準(zhǔn)控制準(zhǔn)備工作到施工結(jié)束的各項指標(biāo)，特別是在巖溶復(fù)雜地質(zhì)條件下，樁基施工技術(shù)的選擇與應(yīng)用，必須結(jié)合地質(zhì)情況，采取相應(yīng)的施工方法，以保證樁基質(zhì)量與強(qiáng)度。全程監(jiān)控施工過程，精確計算關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以保證樁基的穩(wěn)定性和高鐵橋梁的長期安全運(yùn)營，為高速鐵路交通發(fā)展提供堅實(shí)基礎(chǔ)。