鐵路橋梁大直徑樁施工探析

雷鋒華

(鐵道部工程質量安全監督總站廣州監督站)

1 工程概況

某鐵路橋梁采用直徑為2.5 m 的大直徑混凝土灌注樁，其中樁孔的傾斜度不大于0.80%，比規范稍微嚴格些。樁基礎采用行列式布置，鉆孔樁的施工采用吊箱圍堰作為鉆孔的施工平臺，承載結構為圍堰內的支架。為了使鐵路橋梁大直徑樁的質量和工期滿足要求，應該在施工前對主橋墩附近試樁，從而確定直徑為2.5 m 的大直徑灌注樁的施工流程。

圖1 大直徑灌注樁施工工藝流程

2 大直徑樁的施工工藝

2.1 確立定位標準

根據《鐵路橋涵施工規范》可知，吊箱圍堰定位的許可偏差:中線扭轉角不大于10，圍堰的最大傾斜度不大于H/50(其中H 為圍堰高度)，圍堰中心位置偏差不大于50 mm，鋼護筒最大傾斜度不大于1%。通過施工現場的條件進行分析計算，大直徑樁的位置和承臺的位置允許偏差將不小于750 mm，大大超出規范中的數據。所以，吊箱圍堰的定位標準要經過分析計算，從而擬定。最后得出的控制指標。(1)圍堰相對垂直度考慮工廠制造的情況，應該不大于1/500;(2)圍堰位置相對偏上游35 ～50 mm;(3)圍堰扭轉角按位置偏移差60 mm 進行計算，得出扭轉角不大于3;(4)鋼護筒的相對垂直度不大于1/500。

3.2 測量定位

在正式施工前，利用挖掘機平整施工的場地，并且達到“三通一平”，然后確立鐵路橋梁施工現場的導線控制網，最后根據定位標準，計算出樁基的位置和高程并進行放樣，利用全站儀確定鉆孔的位置。鐵路橋梁大直徑樁的位置確定后，為了保證孔不坍塌，應該利用挖坑埋設法埋入鋼護筒，并把鋼護筒四周、底部的粘質土分層夯實，鋼護筒由0.01 m 厚的鋼板制成，鋼護筒的高度超出水面2.0 m 或地面0.5 m。鋼護筒的埋設深度應該滿足設計要求和施工現場的地質條件，一般為3.0 m。

3.3 鉆孔、成孔

當完成施工場地的準備工作后，將進行鉆孔就業。鉆機鉆孔之前，應該墊平整，保持鉆機平穩，避免鉆機工作中出現移位、沉陷。鉆機到達指定位置，要再次校準樁位，確保成孔精確。鉆孔一般灌入膨潤土造漿，而為了確保樁孔的穩定性，需要護壁泥漿，因此，鐵路橋梁大直徑樁施工的好壞關鍵在于泥漿的質量和控制。所以，在泥漿的使用過程中應該注意以下幾個方面:第一，應該了解泥漿的使用狀況和在大直徑樁施工的地質條件下穩定性的分析，以及樁的尺寸計算和對應的施工措施。需要特別注意的問題是，構成泥漿的類型、源地和大直徑樁施工時間，樁長計算，環境溫度，土壤和地下水中化學成分。第二，通過實驗室或者現場試驗的校核，確保泥漿符合要求。第三，在工作過程中檢測泥漿的測試內容和標準值。測試內容有泥漿密度，含砂量和流變性質以及PH 值的測定。在鉆孔過程中藥時刻注意護筒內的水頭，保證水頭超出施工水位2.0 m，并且檢測地質變化狀況和泥漿的各項指標。成孔后，需要用測繩對鉆孔的深度和直徑進行檢驗，并且利用超聲波對鉆孔進行檢測，確定有無塌方、斜孔等不良情況。

3.4 清理鉆孔

當鉆孔的深度滿足設計要求時，要先通過工程師的確認，再對鉆孔進行清理。利用換漿法投入已經得到凈化和密度相對較低的泥漿，從而把大密度的泥漿擠出鉆孔外部并且穩定孔內的液面，等鉆孔內泥漿的各項指標達到設計要求為止。

3.5 下放鋼筋籠

在吊裝條件下，鋼筋籠采用分段加工制作。分段制作過程中要求骨架不變形、接頭相錯。鋼筋籠的主力筋利用閃光對焊進行搭接，箍筋和主力筋的連接采用點焊，并且保證主力筋和加筋牢固可靠。在鋼筋籠的制作過程中，放置聲測管，它的上下管口和鋼板封口焊接。考慮到大直徑樁的鋼筋籠較重，在吊裝過程中，需要選用二臺履帶一起施工，采用其中一臺當作主吊，而另一臺當作副吊。當鋼筋籠豎直時卸掉副吊，再由主吊把鋼筋籠送入鉆孔中。

3.6 灌注混凝土

灌注混凝土之前，要先放置導管，導管選用直徑300 mm、壁厚達6 mm、節長3 m，另外還要準備兩節0.5 m 和1 m 的導管，利用法蘭盤連接接頭，并且采用橡膠圈進行密封。需要注意的是，導管在使用前，必須進行抗拉實驗和水密度承壓實驗。當進行灌注混凝土，導管的底端和孔內的底部的間距約為40 ～60 cm。采用自卸方法進行混凝土灌注，如果在灌注過程中遇到一段時間的間隔，需要用吊鉤拉起導管進行振搗，隨著混凝土的增加，緩慢吊起導管。

4 鐵路橋梁大直徑樁施工的難點和解決辦法

4.1 掌控外部因素

通過對鐵路橋梁大直徑樁施工的特點進行分析，大直徑樁的可承載能力不僅和樁體本身的混凝土強度、樁體直徑、樁身長度以及長徑比等內在因素相關，而且還由樁體周圍各個土層的力學特性和厚度，巖層帶的力學特性等地基條件，孔壁泥漿、清理鉆孔、水位以下灌注混凝土等相關的外部因素制約。因此，在鐵路橋梁大直徑樁施工過程中必須嚴格掌控這些外部因素。

4.2 塌孔

塌孔主要是因為鉆孔內部護壁泥漿的黏稠度較小，鋼護筒埋入深度較淺或者鉆孔內部泥漿的水位較低造成的。在鐵路橋梁大直徑樁施工的過程中，成孔的直徑越大，對鉆孔內壁的影響也隨之增大，孔壁環拱的效果越差，從而降低了孔壁的穩定性，因此造成孔壁不穩的因素隨之增加，特別是地質條件較差的地段，塌孔更容易發生。當地質為松散的沙土，鉆孔過程中，要嚴格限制鉆孔速度，選用粘度較高，不易分散的高品質泥漿，泥漿的黏稠度和比重達到設計要求。與此同時，鋼護筒應該埋設較深，從而確保鋼護筒的底端穿過粉砂層、軟土層。鉆孔的過程中要根據實際情況隨時調整泥漿的粘稠度，從而穩定鉆孔內部的水頭。

關于塌孔的問題，可以通過分段成孔，分級擴孔的施工工藝，從而避免施工器械扭矩不足。

4.3 斜孔

在鉆孔施工過程中，常常會遇到傾斜的地層，堅硬的石層或者軟硬不均的土層，這樣就會導致斜孔。如果在鉆孔過程中，遇到堅硬的石層，應該緩慢鉆進，從而搗碎石層。遇到傾斜的地層，應該先填平再鉆進。遇到軟硬不均的土層，先向鉆孔內部投入低標號的混凝土，直到混凝土達到一定的硬度再緩慢鉆進。

4.4 沉渣厚度較大

鐵路橋梁大直徑樁通常采用泥漿護壁法進行鉆孔，考慮到大直徑樁的鉆桿和孔壁的間距大，泥漿流動慢，攜帶沉渣的能力較弱，鉆孔底部清理較難，制約成樁的質量。此外，如果泥漿的各項指標沒能達到設計要求，鋼筋籠下放過程中，如果放置時間較長或者碰觸孔壁，導致孔壁滑塌，也是造成沉渣厚度較大的原因之一。

清理鉆孔的時候應該考慮泥漿的各項指標，使之達到設計要求。完善施工管理措施，合理組織，減少鋼筋籠的下放時間，吊放時應該緩慢下放，不得一下子放好，還要防止碰觸孔壁。等到鋼筋籠下放結束后，施工員工應該再次檢測鉆孔內底部泥漿的各項指標，如果不滿足設計要求，就得重新清理鉆孔，待泥漿的各項指標滿足要求為止。

4.5 加大接樁鋼筋工作量

接樁鋼筋任務量的增大，也是鐵路橋梁大直徑樁施工過程中的一大難點。純粹依靠焊機數量的增加，這又會產生施工平臺偏小的問題。如今，隨著螺紋鋼筋冷軋鏈接接頭的產生，上面的矛盾可以局部地實現緩和。然而，最根本的解決之道就是采取空心樁拼裝。

4.6 控制泥漿質量

護壁泥漿用來穩定樁孔，鐵路橋梁大直徑樁施工的好壞關鍵在于泥漿的質量和控制。因此，在泥漿的使用過程中應該注意以下幾個方面。第一，應該了解泥漿的使用狀況和在大直徑樁施工的地質條件下穩定性的分析，以及樁的尺寸計算和對應的施工措施。需要特別注意的問題是，構成泥漿的類型、源地和大直徑樁施工時間，樁長計算，環境溫度，土壤和地下水中化學成分。第二，通過實驗室或者現場試驗的校核，確保泥漿符合要求。第三，在工作過程中檢測泥漿的測試內容和標準值。測試內容有泥漿密度，含砂量和流變性質以及PH 值的測定。在鉆孔過程中藥時刻注意護筒內的水頭，保證水頭超出施工水位2.0 m，并且檢測地質變化狀況和泥漿的各項指標。為了滿足設計需求，如果采用自然循環的泥漿工藝，將出現處理流量偏大、占用面積偏多、泥漿處理效率偏低和控制泥漿質量較難等現實問題，與此同時，還會出現泥漿損耗偏大、處理廢棄泥漿成本偏高等不良后果。

4.7 控制混凝土灌注設備

由于隨著大直徑樁體本身的直徑的增大，灌注混凝土的工作量和要求相應的生產能力隨之增大，所以，就必須嚴格控制混凝土灌注設備，從而達到設計需求。

4.8 運用電磁波層析CT 探測技術

電磁波層析CT 探測技術是根據不同介質吸收能力的差別，通過觀測鉆孔，并且結合分析數據建立介質吸收系數的二維圖像，最后得出關于地下介質的結構分布。假如在鐵路橋梁大直徑樁施工的過程中檢測出樁體本身的質量問題，可以通過注漿來彌補鉆孔壓力，使得大直徑樁的承載能力得到恢復和加強。

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