繁忙鐵路干線旁長大樁基施工與安全防護技術

王玉珍

1 工程簡介

1)總體情況介紹:石武客專某大橋全長61．58 km，在482號～485號墩間以(60+100+60)m連續梁上跨既有京廣鐵路，跨線橋線路與既有京廣鐵路線路夾角為20．058°。

本連續梁四個橋墩基礎按摩擦群樁承臺設計，采用鉆孔灌注樁施工，其中兩個主墩均為10-φ2．00 m樁基，樁長分別為83．5 m，88 m。兩個主墩中，483號橋墩離京廣既有線更近，483號墩承臺實體西南側侵入鐵路護欄界內約2．6 m，離左線左側鋼軌僅4．1 m;483號墩離鐵路最近樁基為483-7號，中心侵入護欄0．38 m，離左線左側鋼軌僅6．32 m，離最外側電力回流線2．23 m。由于樁基離接觸網回流線太近，樁基直徑為2 m，鋼筋籠吊裝時鋼筋籠外側距接觸網回流線水平凈距離為123 cm，安全距離不滿足要求。

如果縮短每一節鋼筋籠的長度，以便確保在滿足安全距離的條件下在接觸網回流線下方安裝鋼筋籠，則每一節鋼筋籠長度為4 m左右，整個樁基鋼筋籠要分成22節，分節太多，鋼筋籠安裝時間太長，將影響到樁基施工質量，若考慮天窗時間下放鋼筋籠，時間太短，不能滿足施工需要。

2)地質情況:483號墩樁基從上到下地質情況為④-2粉土、②-2粉質黏土夾黏土、⑤-3中密飽和粉砂、④-3中密飽和粉土、②-3粉質黏土、⑤-4密實飽和粉砂、④-4密實飽和粉土;其中部分地層工程性質較差，鉆孔過程中容易發生塌孔現象。

3)京廣線的行車情況及對樁基施工的影響:京廣線為雙線電氣化鐵路，行車密度較大，平均每5 min左右就有一列火車通過，車速較快，每天都有多列動車組通過，動車組車速在250 km/h以上，對樁基孔壁振動較大，容易引起孔壁坍塌。

2 鐵路局設備管理單位的有關要求

1)連續梁施工時搭設全封閉安全防護棚架對既有線進行安全防護。

2)搭設安全防護棚架前必須對接觸網、承力索進行熱縮包裹絕緣防護，防護范圍為防護棚架范圍向兩側各延伸10 m(絕緣防護由設備管理單位施工)，正饋線及保護線改為高壓電纜，并改移出施工影響區域。

3)由于基礎所處位置設有信號、通訊地埋電纜，施工時需要進行遷改保護(遷改保護方案設計及施工由設備管理單位提供)。

4)京廣線上、下行同時封鎖時間一般不大于30 min，每年5月～9月為防洪、防汛期一般不給點。

3 樁基施工安全防護措施

1)將接觸網立柱外側回流線改移至承臺外側，并在承力索外側熱縮包裹絕緣防護。承力索絕緣帶防護長度為防護棚架長度加兩側各延長10 m，共計135 m。熱縮包裹絕緣防護由設備管理單位專業人員按照規范要求在回流線包裹絕緣膠帶，然后用電熱烤槍加熱膠帶使絕緣膠帶粘結牢固，要求采用絕緣膠帶耐擊穿電壓為33 kV。

2)接觸網正饋線、保護線改移后，鋼筋籠與接觸線之間的凈距為604 cm，鋼筋籠中心距線路中心線的距離為704 cm。

3)為減小京廣鐵路運營列車對鉆孔樁造成的擾動影響，距離既有線最近的樁基要在慢行點內施工，并且在承臺外側設防護樁，防護樁防護范圍為承臺邊緣距外側鋼軌1 000 cm以內。防護樁線路外側鋼軌最小凈距為265 cm，采用直徑100 cm圓樁，樁長為11 m，樁間距為150 cm，防護樁采用C30鋼筋混凝土結構，根據現場情況，共設31根防護樁。

4 樁基施工工藝

1)施工工藝。由于本連續梁樁徑較大(2 m)，樁基較長(483號墩為83．5 m，484號墩為88 m)，故不能采用旋挖鉆施工，只能采用回旋鉆施工。考慮到反循環鉆與正循環鉆相比有以下兩個優點:

a．鉆進速度與成樁效率有大幅度提高;

b．泥漿(沖洗液)密度、濃度、粘度都較低，形成泥皮較薄和鉆渣清理較為徹底，因此灌注較為順暢，且樁頂泥漿少、密度小，使樁身混凝土質量明顯提高，所以現場采用反循環鉆的施工方法。施工工藝流程圖見圖1。

圖1 鉆孔樁施工工藝流程圖

2)機械就位、護筒埋設。埋設鋼護筒，護筒內徑比樁徑大20 cm，護筒頂面高出施工地面20 cm～30 cm。由于原地面地勢較低，地下水位較高，施工前先分層填筑基坑開挖土，并碾壓密實，一直填至比地下水位高2．5 m～3 m的位置。樁位確定后，利用十字線放出四個控制樁位，并以四個控制樁為基準進行埋設護筒。

3)泥漿調制。因鉆機施工中泥漿可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等作用，為此泥漿是保證孔壁穩定的重要因素。施工過程中隨時檢測清孔后灌注混凝土時泥漿的各項性能指標，確保泥漿對孔壁的撐護作用，避免發生施工事故。

泥漿應選用造漿能力強、粘度大的膨脹土造漿，以提高泥漿稠度，確保鉆進過程中不致塌孔、縮孔。鉆進時隨著土壤取出，水位下降，應不斷補充泥漿使其充滿整個孔段。泥漿面保持高出地下水位1．5 m ～2．0 m。

泥漿的配合比應根據地基土質情況、鉆機和工程條件確定，選用膨潤土，CMC，PHP，純堿等配制優質泥漿。根據地層情況及時調整泥漿性能，泥漿性能指標如下:泥漿比重:考慮到此地段的土質及樁基的深度，泥漿比重可為1．10～1．15。粘度:該地層選用16 s～22 s。含砂率:新制泥漿不大于4%。膠體率:不小于95%。pH 值:大于6．5。

4)鉆孔施工。開鉆時宜低擋慢速鉆進，鉆至護筒以下1 m后再以正常速度鉆進。應將鉆頭提離孔底20 cm，待泥漿循環通暢后方可開鉆。開始鉆進時，適當控制進尺，使初期成孔豎直、圓順，防止孔位偏心、孔口坍塌。

5)鋼筋籠骨架的起吊和就位。鋼筋籠現場制作完成后，骨架安裝采用汽車吊。為了保證骨架起吊時不變形，對于長骨架，起吊前應在加強骨架內焊接三角支撐，以加強其剛度。采用兩點吊裝時，第一吊點設在骨架的下部，第二點設在骨架長度的中點到上三分點之間。對于長骨架，起吊前應在骨架內部臨時綁扎兩根木桿以加強其剛度。起吊時，先提第一點，使骨架稍提起，再與第二吊點同時起吊。待骨架離開地面后，第一吊點停吊，繼續提升第二吊點。隨著第二吊點不斷上升，慢慢放松第一吊點，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊點，檢查骨架是否順直，如有彎曲應整直。當骨架進入孔口后，應將其扶正徐徐下降，嚴禁擺動碰撞孔壁。然后，由下而上地逐個解去綁扎杉木桿的綁扎點及鋼筋十字支撐。當骨架下降到第二吊點附近的加強箍接近孔口，可用木棍或型鋼(視骨架輕重而定)等穿過加強箍筋的下方，將骨架臨時支承于孔口，孔口臨時支撐應滿足強度要求。將吊鉤移到骨架上端，取出臨時支承，將骨架徐徐下降，骨架降至設計標高為止。將骨架臨時支撐于護筒口，再起吊第二節骨架，使上下兩節骨架位于同直線上進行焊接，全部接頭焊好后就可以下沉入孔，直至所有骨架安裝完畢。并在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土過程中發生浮籠現象。

骨架最上端定位，必須由測定的孔口標高來計算定位筋的長度，并反復核對無誤后再焊接定位。在鋼筋籠上拉上十字線，找出鋼筋籠中心，根據護樁找出樁位中心，鋼筋籠定位時使鋼筋籠中心與樁位中心重合。然后在定位鋼筋骨架頂端的頂吊圈下面插入兩根平行的工字鋼或槽鋼，在護筒兩側放兩根平行的枕木(高出護筒5 cm左右)，并將整個定位骨架支托于枕木上。

6)混凝土灌注。

a．安裝導管。導管的內徑為300 mm，長度為2 m，最下端一節導管長應為4．5 m～6 m，不得短于4 m，為了配備適合的導管柱長度，上部導管長為1 m或0．5 m。導管采用游輪螺母連接，橡膠“O”型密封圈密封，嚴防漏水。導管初次使用時應做水密承壓力試驗，進行水密試驗的水壓不小于井孔內水深1．5倍的壓力。以保證密封性能可靠和在水下作業時導管不滲漏，以后每次灌注前更換密封圈。導管吊放入孔時，應將橡膠圈或膠皮墊安放周正、嚴密，確保密封良好。導管在樁孔內的位置應保持居中，防止導管跑管，撞壞鋼筋籠并損壞導管;導管底部距孔底(或孔底沉碴面)高度，以能放出隔水塞和混凝土為度，一般為400 mm～500 mm。導管全部入孔后，計算導管柱總長和導管底部位置，并作好記錄。

b．二次清孔。澆筑水下混凝土前應檢查沉渣厚度，沉渣厚度摩擦樁不大于10 cm;如沉渣厚度超出10 cm，則利用導管進行二次清孔。嚴禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。

c．首批封底混凝土。計算和控制首批封底混凝土數量，下落時有一定的沖擊能量，能把泥漿從導管中排出，并能把導管下口埋入混凝土不小于1 m深。足夠的沖擊能量能夠把樁底沉渣盡可能地沖開，是控制樁底沉渣，減少工后沉降的重要環節。對孔底沉淀層厚度應再次測定。如厚度符合設計要求，然后立即灌注首批混凝土。首批灌注混凝土的數量應能滿足導管首次埋置深度(≥1．0 m)和填充導管底部的需要，見圖2，所需混凝土數量可參考公式:

其中，V為灌注首批混凝土所需數量，m3;D為樁孔直徑，m;H1為樁孔底至導管底端間距，一般為0．4 m;H2為導管初次埋置深度，m，取1．0 m;d為導管內徑，m;h1為樁孔內混凝土達到埋置深度H2時，導管內混凝土柱平衡導管外(或泥漿)壓力所需的高度，m，即 h1=Hwγw/γc，γc為混凝土拌和物的重度(取 24 kN/m3)，γw為井孔內水或泥漿的重度，kN/m3，Hw為井孔內水或泥漿的深度，m。

d．開閥。打開漏斗閥門，放下封底混凝土，首批混凝土灌入孔底后，立即探測孔內混凝土面高度，計算出導管內埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。如發現導管內大量進水，表明出現灌注事故。

7)樁孔質量控制。

a．鉆進成孔。在鉆進、清孔以及成孔待檢過程中應隨時檢查孔內泥漿高度，泥漿高度不足時應及時向孔內補充泥漿，以保持足夠的泥漿壓力。

b．清孔。清孔應選用不小于20 kW的泥漿泵進行清孔，清孔主要是對孔內泥漿進行稀釋置換，保證孔底沉渣厚度不大于10 cm，清孔后孔內泥漿指標應達到的要求:相對密度1．05～1．10，粘度 17 s～20 s，含砂率不大于 2%。

c．孔徑檢測。用探孔器對孔徑、孔形和傾斜度進行測定，既有線路基變形預警值和允許值見表1。測試檢查合格后，以書面形式報送監理工程師復查，并做好下放鋼筋籠的準備。探孔器尺寸見圖3。探孔器長度宜為4倍～6倍的設計樁直徑，探孔器直徑為設計樁直徑。鉆孔用探孔器檢測孔徑，探孔器順利下放到孔底，表明孔徑符合設計要求，可申請進行下道工序。

d．在鉆孔施工過程中，嚴格遵守操作規程、鉆孔交接班制度，及時清理施工現場物件，做到文明施工，避免小鐵件、導管、桿件等金屬物品落入孔中。同時為保護現場良好的施工環境，樁基礎鉆孔的鉆渣、泥漿和廢機油在施工過程中用容器分別裝運放置，及時清理鉆渣并運至指定地點處理。

e．在整個鉆孔過程中，認真及時填寫鉆孔原始記錄，并在土層變化處撈取渣樣(并存放至固定地點)，判明土層，與地質剖面圖核對，遇到與地質資料不符時，及時報告四分部總工程師，盡早與設計部門取得聯系，以便修正設計;認真做好鉆孔柱狀圖，如實記錄樁位處的地質情況，為成橋后資料檔案管理提供可靠依據。

f．施工時應隔開一根樁交錯施工。相鄰兩個樁連續施工，應在確保樁間凈間距大于4 m，并且應待鄰孔混凝土抗壓強度達到2．5 MPa后方可開鉆。

g．根據《安全防護方案》中對鐵路路基因施工產生的變形的觀測要求，項目部組織專人在鉆孔樁、防護樁、棚架基礎及承臺施工期間對路基進行變形觀測、監測，范圍包括路基和臨近路基的區域。路基變形觀測樁在施工影響范圍內沿路肩及路堤坡腳布置，每10 m設置一個;觀測樁采用0．2 m×0．2 m深1．5 m的混凝土樁。施工期間觀測頻次一般情況下1次/2 h，路基有持續變形時，觀測頻次1次/1 h。當路基水平位移或垂直位移變化量大于2 mm/d，或累計變化量大于10 mm時應加強軌道養護，必要時暫停影響路基穩定的施工。若施工時發生異常情況，應立即啟動應急救援預案，施工結束后繼續觀測路基變形，觀測時間不少于3 d。觀測過程注意安全，不要進入安全行車限界。

表1 既有線路基變形預警值和允許值 mm

5 鉆孔樁施工安全注意事項

1)鉆孔樁鋼護筒長度不小于6 m，以防塌孔導致路基變形。

2)鉆孔樁鋼筋籠吊裝及混凝土灌注時，應避開速度大于160 km/h列車通行時段。

3)吊裝鋼筋籠或其他構件時，在構件頂部安裝安全繩，并派人牽拉安全繩，防止鋼筋籠或其他構件傾向線路一側。

4)防護人員要及時向吊裝指揮人員通報來車情況，在列車通過時禁止移動起吊設備。

圖2 首批灌注混凝土數量計算

圖3 探孔器尺寸示意圖（單位：m）

6 結語

京廣線旁φ2 m長樁基的施工因其難度較高、風險大而存在其特殊性的一面，但只要具體問題具體分析，做到早預防早處理，是能夠順利地保質保量完成施工任務的。通過嚴格控制泥漿指標、鉆進速度，合理控制水頭高度，是可以防止和避免塌孔事故的;經過周密部署及精心準備，本段樁基施工一直順利，最快可確保7 d以內完成一根樁基施工?，F在該橋已竣工，樁基均為Ⅰ類樁，取得了良好的技術經濟效果。

［1］ 鐵辦〔2008〕190號，《鐵路營業線施工及安全管理辦法》的通知［S］．

［2］ 鄭鐵辦〔2008〕237號，鄭州鐵路局營業線施工及安全管理實施細則［S］．

［3］ 鐵道部令第29號，鐵路技術管理規程［S］．

［4］ 鐵運〔2006〕177號，鐵路工務安全規則［S］．

［5］ TB 10002．1-2005，鐵路橋涵設計基本規范［S］．

［6］ TB 10025-2006，鐵路路基支擋結構設計規范［S］．

［7］ TZ 213-2005，客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南［S］．