巖溶地段的高鐵橋梁樁基施工技術要點

張志接

（北京鐵研建設監理有限責任公司，北京 102600）

隨著“八縱八橫+城際鐵路”高速鐵路網的逐步完善，高鐵成為現代交通網的重要組成部分，在促進區域經濟一體化、提升城市間交通便捷性等方面發揮著重要作用。在巖溶地段進行橋梁樁基施工，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，常規的樁基設計無法提供足夠的支持力，加上巖溶地段的水文地質條件復雜，施工時會面臨地下水位變化，影響周邊環境與施工安全。而科學合理的施工技術可以有效應對巖溶地段施工中的各種難題，保證橋梁工程的長期穩定，實現工程經濟性、安全性雙重優化，為社會經濟的發展與人民生活的便捷提供堅實的基礎。

1 施工準備

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行，搭建鉆孔平臺時，需綜合考量多方面的技術細節。例如，地質勘探時，要利用先進設備深入探明巖性分布、地下水狀況及地層結構，可采用地質鉆探、鉆孔電視、聲波測井等技術詳盡勘察地下情況，并保證勘察數據精確，為平臺設計提供科學依據。同時，需確保鉆孔平臺的結構設計在不確定的地質條件下保持穩固。為此，需考量大型設備及作業負荷，合理布置操作區和安全通道，可借助重型機械設備徹底壓實作業場地，依據地基情況選擇適宜的局部地面處理技術，如注漿加固。另外，鋼筋網架和支撐結構，需按設計圖施工，應用鋼材、木材等材質，穩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，要保證其適應巖溶環境需求，避免因環境的特殊性影響材料性能。在精度控制方面，應采用激光測距和全站儀，以免誤差累積影響結構安全。在鉆孔平臺搭建過程中，應實時監控地下水位及其他環境變化，以適時采取降水或其他必要措施，防止水位上升影響施工。水鉆作業的平臺設計，應兼顧泥漿循環系統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儀確立控制網，并定位橋墩中心線，再沿此基準線精準放樣每個空樁的中心線。使用全球定位系統輔以精確地面控制點，建立全面坐標系。在測量控制點和轉折點時，要保證所有數據精確到毫米，以避免因巖溶地帶地質復雜而產生誤差。在地質異常區進行加密測量點布置時，需要密切監測地質變異，并迅速采取措施校正放樣偏移。要選取地質穩定、不受周邊施工活動影響的位置設置臨時基點，以保證測量數據一致、可靠。同時，應實時更新測量數據，密切監測施工動態，確保空樁的中心線與設計吻合、樁位放樣無誤，為后續樁基施工打下堅實基礎。

1.3 埋設護筒

在巖溶地段高鐵橋梁樁基施工中埋設護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，其內、外徑數據不同。例如，旋轉鉆機的常用護筒內徑從1.5m 到2.5m 不等，外徑需比內徑大10～30cm，以保證穩固。而沖擊鉆常見的護筒內徑范圍為1.0～1.8m，外徑通常比內徑大10～25cm。在使用雙護筒跟進時，內護筒直徑設置為鉆頭直徑加15～25cm，而外護筒直徑則大于內護筒直徑20～30cm。全套管回轉鉆機要求護筒內徑至少為鉆頭直徑加20cm，外徑通常為內徑加10～30cm，以保證鉆進順暢，以及巖土剪切。根據施工規范，護筒的垂直度偏差需控制在3‰以內，并借助高精度的水平儀和全站儀進行實時監測。若出現偏差，應立即調整，以保證后續施工的精確性。為保護護筒頂面和確保護筒安全，護筒頂面應高出施工地面50～100cm，以防止表面水和泥漿進入護筒，同時便于觀測護筒的垂直度。因巖溶地區的地面存在不穩定性，所以，需要加固護筒底部，以確保鉆孔過程中護筒不會傾斜或移位。

1.4 制備泥漿

制備泥漿的過程中，需根據不同施工方法和地質條件調整泥漿配比和性能。在旋挖鉆（循環旋轉鉆機）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），以確保鉆進過程中有效攜帶切屑，并保持孔壁穩定。當沖擊鉆機施工采用加強護壁法時，需要保證制備的泥漿有較高的黏稠度和較強的承載能力。當泥漿密度調整至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。在采用雙護筒跟進法時，需要保證泥漿有足夠的稠度和抗剪切強度，以適應外護筒與內護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，以穩定護筒間隙，防止細小巖石侵入。全套管回轉鉆機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，使用泥漿攪拌機進行充分攪拌，打散粉碎黏土塊，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場，并根據實際情況現場調整泥漿性能。

2 鉆孔技術

2.1 旋挖鉆孔

在旋挖鉆孔施工起始，需注入預先配制的泥漿，填滿鉆孔至地面以上，形成泥漿柱，以平衡地層壓力，并穩定孔壁。泥漿注入后，啟動鉆桿，以規定的鉆速鉆入。常規土層鉆進速度為0.5～1m/min，鉆至一定距離后，根據地質情況調整速度，以確保鉆頭切削效率和孔壁穩定性。砂土層鉆進時，需使用高鉆桿，并將鉆進速度提高至1～2m/min，以提升鉆進效率。當高鉆桿增長孔深時，要相應提高泥漿柱壓力，以確保孔壁不坍塌。當遇到礫石層時，需選用高質量泥漿，形成較厚的泥餅來保護孔壁，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，即每下鉆100m，偏差不超過100mm，以確保鉆孔直徑符合設計要求。鉆桿的恒定鉆削力，應依據地質強度而定，通常為50～100kN，并保持鉆頭與巖石的有效切削。

2.2 沖擊鉆孔

在巖溶地段進行沖擊鉆孔時，面對鵝卵石等復雜地質，首先使用較小沖程的沖擊鉆進，沖程控制在300～400mm 之間，以避免沖程過大，導致孔壁崩塌。當寬度達到設計直徑時，調整為常規沖程，以保持效率和孔壁的穩定性。沖擊頭設計采用強化結構，耐磨性能強，以適應巖溶地帶硬度較高的地質條件。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，根據巖石硬度及鉆進深度，調整沖擊參數，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，泥漿液面至少應高出地下水位1.5～2m，從而形成穩定的液柱壓力，護筒頂面距離至少應高于施工場地1m。另外，要實時監測沖擊頻率和沖程，根據鉆孔深度及地質條件變化作出相應調整。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。及時補充泥漿并持續跟進其流變性。

2.3 全套管回轉鉆孔

應根據鉆進速度調整套管機械下放速度，并保持連續穩定，避免因速度過快，導致套管卡死，或因速度過慢，導致孔壁塌陷。實時監測套管的下壓力和扭矩，相關參數見表1。孔徑較大或深度較深時，需要采用分段套管技術，即先下第一節套管至一定深度后，再將第二節套管與螺紋連接，繼續下鉆。每次連接新套管都必須確保連接部位的密封性和強度滿足工程要求。達到設計孔深后，清理孔底，確保無殘余鉆屑。孔底清理徹底后，提取鉆具，保留套管作為永久孔壁支護。

表1 全套管回轉鉆機主要技術參數

3 制作與安裝鋼筋籠

3.1 制作鋼筋籠

準備符合設計要求的鋼筋，包括縱筋和箍筋。鋼筋的直徑、強度等級和抗拉性能必須滿足結構設計規范，通常采用HRB400 級或以上的鋼筋。縱筋的直徑在16～40mm 內，箍筋直徑小于縱筋，常用6～12mm。鋼筋制作前進行除銹處理，保持鋼筋表面清潔無油污，以提高混凝土與鋼筋間的粘結力。隨后進行鋼筋切割、彎曲，按設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，形成穩定的環形。制作鋼筋籠時，需采用保持架，以防止組裝或吊裝過程中發生位移。縱筋間距應按設計要求均勻分布，箍筋間距根據受力要求在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，箍筋與縱筋交點應采用點焊或捆綁的方式，保證連接牢固。焊接點均勻分布，每個交點至少兩處焊接點。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

吊裝作業開始前，檢查鋼絲繩、吊鉤等關鍵部件無損傷，同時，計算、布置鋼筋籠的吊點，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，需采用穩定吊點，確保吊點位于鋼筋籠的中心，防止吊裝時傾斜和旋轉。分段吊裝時，需在地面預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，應緩慢下降并對準孔位，過程中避免任何旋轉動作，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，及時查明孔內障礙物，如有障礙應清除干凈，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，用水準儀或全站儀檢測鋼筋籠的垂直度和位置，確認與設計規格一致后，使用預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 安裝導管與二次清孔

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

4.2 混凝土灌注

混凝土灌注作業中，需控制第一批保護層水平混凝土總量，避免底部過厚浪費材料，或過薄影響結構強度。根據具體工程要求，計算保護層厚度與灌注混凝土體積的比例關系，確保配比合理。將導絲埋入砂漿中，以固定導管位置，防止灌注時產生位移。計算導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備，以減少底部沉渣對混凝土質量的影響，保持樁底清潔，并連續澆筑，以防止混凝土層間出現冷縫。另外，需計算灌注速度與時間關系，確保混凝土在前一層尚未凝固前連續到達，并根據實際工況調整灌注速度，避免速度過快而材料分離，或速度過慢造成層間不結合。導管需埋入混凝土內一定深度，按設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。混凝土澆筑完成后，應立即進行養護，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過快，維持適宜濕度，保證混凝土的強度。

5 結語

巖溶地段高鐵橋梁樁基施工技術細節關乎整體工程的穩固與安全，要求施工過程嚴格遵循工程技術標準，精準控制準備工作到施工結束的各項指標，特別是在巖溶復雜地質條件下，樁基施工技術的選擇與應用，必須結合地質情況，采取相應的施工方法，以保證樁基質量與強度。全程監控施工過程，精確計算關鍵環節，以保證樁基的穩定性和高鐵橋梁的長期安全運營，為高速鐵路交通發展提供堅實基礎。