鐵路橋梁鉆孔灌注樁基礎施工方法

摘要 鐵路線路國內已全面覆蓋，鐵路線路所穿越的地形地質愈發復雜，在建設鐵路橋梁時，橋梁樁基礎若存在問題，將影響到鐵路橋梁的穩定，為此提出鐵路橋梁鉆孔灌注樁基礎施工方法。首先施工前做好場地、樁位、設備、材料準備工作，在此基礎上，鉆機就位即可鉆進成孔，終孔檢驗及清孔，隨后進行鋼筋籠制作與安裝，經導管安裝和二次清孔后方可灌注混凝土，經最終樁身質量檢測可知，該鉆孔灌注樁基礎施工方法滿足復雜地質下的鐵路橋梁承載力質量要求，具有實用價值。

關鍵詞 鐵路橋梁；樁基礎；鉆孔灌注樁

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0118-03

0 引言

鐵路橋梁樁基礎建設在面對復雜地質條件時，樁基礎施工方法較多，如人工挖孔樁法、沖孔灌注樁法、鋼護筒跟進法、挖鉆結合法、鎖扣鋼管樁施工工法。因地質條件復雜，每種樁基礎都有各自地域優勢，但終究是要確保鐵路橋梁的穩定和安全，該文結合工程所在地點地質條件，針對當地鐵路橋梁樁基礎施工要求，使用鉆孔灌注樁基礎施工方法施工，提出施工技術要點，以此來進一步強化當前的施工效果，為相關復雜地質條件鐵路橋梁樁基礎施工提供有益參考。

1 工程概況

魯南高鐵RLTJ-4標項目經理部所承擔工程建設，線路起訖里程為D1K84+997.839～D1K95+183.676，涵蓋沂河特大橋D1K84+997.839至日臨段終點，工程正線長度為10.186 km，設有臨沂北動車走行線，長度為5.913 km。該工程管段坐落于山東省臨沂市蘭山區與河東區境內，東界鄭旺鎮，西迄白沙埠鎮，地理坐標清晰，區位優勢明顯，包括沂河特大橋D1K84+997.839～D1 K95+183.676，長度9.55 km，該區穿過沂河河谷及市區地區，地面高程64～92 m，地勢平坦開闊，沿線村莊、農田發育，有鄉村道路通達，交通便利。

2 鐵路橋梁鉆孔灌注樁基礎施工方法

2.1 施工準備

平整場地并在需要時做硬化處理，利用全站儀精確釋放每個樁位的中心，通過水準儀確定地面高程并確定鉆孔深度。做好設備、材料清點工作，旋挖鉆機可用于各類土質地層中粉質黏土、砂性土、細圓礫石層及軟弱基巖等，該工程為摩擦樁，可采用該設備。

鉆埋管口護筒作業時，護筒的埋設應做到精準無誤、穩固可靠，護筒中心偏離樁位中心不超過50 mm，護筒的選材與制作應嚴格遵循規范，采用厚度為4～8 mm的鋼板進行精細加工。其內徑設計需確保大于鉆頭直徑至少100 mm，護筒頂部配置1～2個溢漿孔，應根據土壤性質，對溢漿護筒埋設深度進行差異化處理，在黏性土壤中，埋設深度應大于1.0 m，在砂質土壤中，埋設深度則需大于1.5 m，保護筒高度應充分滿足孔內泥漿面高度的要求[1]。

設置泥漿池，開挖泥漿回流槽，做好周邊場的防排水，泥漿池應確保有足夠容量容納至少1根樁的泥漿，一般采用黏土制作，若無黏土資源，可用膨潤土材料，運用攪漿機對泥漿池中的泥漿進行充分攪拌，待其均勻后，抽入孔內。隨后，旋挖鉆機均勻且慢速鉆進，鉆進過程，精準控制進尺速度，持續密切關注孔內狀況，及時補充泥漿，維持液面的高度穩定，泥漿的比重需控制在1.05～1.15的范圍內，當施工穿越砂層時，為有效預防塌孔事故的發生，應適時并適度地提升泥漿的比重，如表1所示：

2.2 鉆機就位

將鉆機行駛到孔位，并安放在枕木上，鉆機必須平整、穩固，確保施工中不移位不傾斜，調整桅桿角度，運行卷揚機使鉆頭中心和鉆孔中心對齊，鋼絲繩中心偏離樁位中心的距離不超過10 mm，置于護筒中調節鉆機的垂直度參數，保持鉆桿豎直的同時將鉆具略微抬高以保證鉆頭環刀的自由上浮[2]。

2.3 鉆進成孔

在開始鉆進時，選擇低速鉆進方式，主卷揚機的鋼絲繩需要至少承擔鉆桿和鉆具總重量的20%，以確保鉆孔位置不會出現偏移。鉆進護筒下3 m以高速鉆進方式進行，鉆進速度隨壓力的變化而變化，利用鉆頭和鉆桿的自重對壓力進行摩擦，具體如表2所示：

鉆進過程操作人員務必持續監測鉆桿是否維持垂直姿態，并依托測繩調控鉆孔深度，旋挖斗的鉆頭沿順時針軌跡旋轉掘進時，其底部切削板與筒體翻板后端緊密銜接。鉆屑入筒體，滿一斗后，鉆頭逆時針旋轉，底板由定位塊定位并封死底部的開口，提升鉆頭到地面卸土。挖出的土方由挖機直接裝車運至指定棄土場，或由裝載機進行打堆處理，再由棄土車輛外運至指定棄土場。

鉆孔時，孔內盡可能維持較高水位，且不應低于護筒底腳以上1 m。當提起鉆斗進行卸泥時，都應迅速向孔內注入水或泥漿，以確保孔內的水頭高度以及泥漿的密度和黏稠度保持穩定。鉆孔時，鉆頭的升降速度應保持一致，不能過于劇烈或突然改變速度，鉆孔內的出土物不應堆積在鉆孔的周圍，以防止孔口發生坍塌，特別是在提鉆過程中，鉆斗下方會形成一個負壓區域，這更易導致孔壁的坍塌[3]。

在遇到細砂層和容易液化的粉砂層時，鉆頭的提升速度需要減緩，同時鉆桿的轉速也需要降至低擋，協同聚丙醯胺穩定液，借助鉆頭運作時產生的離心力效應，促使此類高分子材料緊密貼合于孔壁之上，形成一層堅韌可靠的膠合薄膜層，阻隔孔內泥漿的外滲，并預防土層因液化作用及孔壁失穩而導致的崩塌現象。

鉆孔工作應當分多個班次連續執行，完成鉆孔施工的詳細記錄，并在交接班時仔細描述鉆進的具體情況以及下一個班次應當注意的事宜。

2.4 終孔及清孔

鉆孔達終孔高度，監理工程師確認終孔[4]，若不符合要求應及時返工重新鉆進。在終孔之后，停止鉆進，并將鉆頭提升距孔底200 mm～300 mm。使用換漿法，向孔內注入經過1.03～1.08比重沉淀的泥漿，保持鉆頭的旋轉和泥漿的循環，更換孔底的沉渣和較高濃度的泥漿，在孔內釋放的泥漿中，觸摸時不會發現2～3 mm的顆粒，泥漿的比重不超過1.1，含砂率低于2%，并且漏斗黏度在17～20 s，即視為清孔完成，清孔工作完成后，立即對成孔進行檢查，具體驗收標準如表3所示：

2.5 鋼筋籠制作

鋼筋籠按12 m分節將在鋼筋加工場集中加工成型，加工完畢進行成品檢驗，如表4所示：

鋼筋加工廠鋼筋籠場內運輸裝卸及場外運輸裝車采用人力滾動裝車，連同聲測管一起，用配有加長支架的專用炮車運至現場進行安裝。

鋼筋籠的現場連接采用機械連接的方式，現場安裝采用汽車起重機起吊安裝，起吊利用主鉤和副鉤同時上升到足夠高度后，放松副鉤轉為垂直狀態，放入孔中，根據聲測管的單節長度，在孔口臨時擱置，連接和固定聲測管，每個連接接頭均需灌水做閉水試驗。

鋼筋籠的上口通過吊筋固定在孔口支架上，吊筋長度應根據設計樁頂、護筒頂面標高、擱置圓管的高度準確計算出吊筋的長度，吊筋在混凝土澆筑到頂面時回收使用。

2.6 導管安裝

鉆孔樁通常用Ф300 mm鋼導管水下注入混凝土，導管在投入使用前要經過試拼、水密、承壓、接頭抗拉試驗，按照從下到上的次序進行編號并標注尺度，試壓壓力是孔底靜水壓力1.5倍。現場安裝采用汽車起重機起吊安裝，安裝好的導管在連接處卡在護筒，頂端安設單向活動支架，導管裝好后，導管底部與孔底之間留有300～500 mm空間，上口超距護筒500 mm以上，每段導管長度為200 cm，管端粗絲扣固定、法蘭螺栓連接、接頭橡膠圈封閉、導管水壓及接頭抗拉試驗均無滲漏現象[5]。

2.7 二次清孔

在灌注混凝土之前，再次對沉渣的累積厚度精確量測，若發現其厚度超出既定的允許范疇，應即刻啟動正循環的二次清孔程序，導管實施正循環，持續作業3～5 min，有效浮起并排出孔底累積的沉渣，清孔后應立即灌注混凝土。

2.8 灌注混凝土

攪拌車到達現場后，倒車開上坡道，通過攪拌車自帶的卸料溜槽卸灰到水下混凝土導管頂部的灰斗中，首次混凝土的數量必須保證導管的底部完全嵌入混凝土中，深度為1～1.5 m。每根樁都要進行持續灌注，并在8 h內完成灌注施工，灌注期間要經常測量混凝土頂面的深度并推算導管的埋深，嚴格控制導管埋深在2～6 m，起重機配合灌注過程，并配合拆管，每次拆管應做好記錄，復核管口埋深。接近孔口時，現場施工員應估算剩余方量，并將結果反饋拌和站，避免造成浪費。通常，混凝土的灌注高度應該超出設計樁的頂部0.8～1.0 m。當灌注接近尾聲時應檢查混凝土灌入數量，以便判斷所測定混凝土灌注高度的正確性。灌注時，將孔內溢出的水分或泥漿引到合適位置進行處理，灌注過程中出現的故障要找出原因并合理地制定處理方案加以治理。灌注結束后初凝前拔下護筒周轉，隨即回填孔，待混凝土樁基凝固后，進行樁基超聲波檢測、樁基小應變檢測、樁頭鑿除工作。

2.9 樁身質量檢測

鉆孔樁在正式動工前按設計要求試樁并校核承載力，選用適宜的成孔工藝及壓漿工藝來指導該標段的建設，保證橋梁鉆孔樁施工的質量。連續梁樁基和樁長大于40 m的樁基采用聲波透射法檢測樁基外，其余均采用瞬態激振時域頻域分析法進行檢測，各鉆孔樁的混凝土強度試件不小于規范要求。對于質量存在問題的樁體，鉆出樁體混凝土進行鑒定檢驗，對于大橋、特大橋或其他需要控制的結構中的柱樁，其樁底沉渣的厚度應按照柱樁總數的3%～5%進行鉆孔樣本檢測。

3 常見事故預防及處理

3.1 坍孔

原因：泥漿的比重以及多項其他性能指標均未滿足既定要求，孔壁未能形成穩固堅實的泥皮保護層；護筒埋設深度明顯不足，其下端孔口處存在漏水現象；掏渣作業后，未能及時補充水源或泥漿，或鉆孔過程中穿越沙礫等易造成泥漿流失的強渣水層，致使泥漿流失嚴重，進而造成水頭高度未能維持至規定標準；松散砂層中施工過快；存在提鉆頭5357b36eacdc410f5cac18ae228a6750及下放鋼筋籠與孔壁發生碰撞的情況。

預防和處理措施：松散砂層進行鉆進作業，務必對進尺實施嚴格掌控，需投加黏土膏、卵石等材料，緊密擠壓孔壁，發揮有效護壁功能。如遇孔口坍塌，應立即停止鉆進，迅速拔出護筒，并采用黏土進行回填處理，待回填穩固后，再重新埋設護筒并恢復鉆進作業。對于孔內發生的坍塌現象，應首先準確判斷其具體位置，隨后采用砂與黏土的混合物進行回填，回填高度需超出坍孔位置1～2 m，待沉淀物達到密實狀態后，方可繼續鉆進，清孔作業應指派專人負責補水工作，水位穩定，吊入鋼筋籠，精準對準鉆孔中心，保持豎直姿態進行插入操作。

3.2 鉆孔傾斜

原因：鉆孔過程中，遇較大孤立巖石阻礙；存在傾斜角度的軟硬巖層交界處，鉆頭承受力量分布不均；擴孔作業鉆頭運行軌跡發生偏移，偏向一側；鉆機基礎底座未保持水平狀態，鉆桿亦存在彎曲現象。

預防和處理措施：遇孤石或傾斜的軟硬地層鉆進作業時，應低速穩進，嚴格控制進尺，必要時改用沖擊鉆機進行施工。定期對鉆機底座的水平狀態及鉆桿接頭進行檢查，一旦發現異常，立即進行調整。

3.3 掉鉆落物

原因：卡鉆時強扭；鉆桿疲勞斷裂；操作不當，使不應反轉的鉆機反轉，鉆桿松脫。

預防和處理措施：開鉆之前，務必對孔內雜物進行全面清理，此過程應采用電磁鐵或其他經認可的技術手段實施。定期且細致地檢查鉆具、鉆桿、鋼絲繩及所有連接裝置，狀態良好、穩固可靠。如遇需要打撈的物件，應嚴格遵循操作規程，采用打撈鉤、打撈叉等專業工具進行安全、有效的吊出作業。

4 結束語

綜上所述：結合實際工程對鉆孔灌注樁基礎施工方法的深入探索與研究，在當前地質條件下施工，基于鐵路橋梁承載力要求，針對鐵路橋梁樁基礎施工過程技術，進行深度把控，并對鉆孔灌注樁基礎施工中、施工后成品進行質量檢測，進一步保證鐵路橋梁樁基礎的施工質量，推動鐵路交通行業與技術進一步發展。

參考文獻

[1]韓玉成.復雜地質條件下橋梁鉆孔灌注樁設計及施工關鍵技術研究[J].工程建設與設計，2024（9）：227-229.

[2]朱金永.復雜地質條件下鉆孔灌注樁質量控制[J].價值工程，2023（19）：46-48.

[3]王博宇.基于復雜地質條件下鉆孔灌注樁的施工技術及應用[J].中國建筑金屬結構，2024（4）：97-99.

[4]王義東.復雜地質條件下超長大直徑鉆孔灌注樁施工工法研究[J].建設科技，2022（Z1）：135-137.

[5]陳杰聲.喀斯特地質條件下的鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工技術研究[J].工程技術研究，2022（7）：87-89.

收稿日期：2024-08-22

作者簡介：易帥（1991—），男，本科，工程師，研究方向：高速鐵路工程。