浅析铁路桥梁钻孔灌注桩施工若干要点

摘 要：桩基础是目前桥梁工程中普遍采用的施工方法。基于此，本文概述了桩基础施工在桥梁工程中的重要作用，对铁路桥梁钻孔灌注桩施工中的若干环节与施工作业要点进行了较为系统的分析。本文结合铁路桥梁中工程实例按照钻孔灌注桩的施工工艺及着重论析钻孔灌注桩基础施工要点。

关键词：铁路桥梁；桩基础；钻孔；灌注混凝土桩

中图分类号：F284 文献标识码：A

一、工程概述

新建汉宜线上的祖师殿特大桥长1846.77米，共有472根钻孔灌注桩，设计桩径为1米，设计桩长21～24.5米，基础工程地质比较简单，从上往下主要为粘土、粉土、砂、粗圆砾土及卵石土层，变化幅度不大，钻孔灌注桩的一般施工工艺流程如下：施工准备钻机就位钻孔清孔下放安装钢筋笼水下混凝土灌注桩头处理。

二、施工要点

（一）钻孔设备选型

钻孔桩成孔方法可分为冲击钻孔、回转钻孔、旋挖钻孔，施工中常用的钻机为冲击钻机、回转钻机、旋挖钻机。冲击钻孔主要适用于卵石土、漂石土、岩层中，正循环回转钻孔适用于黏土，粉土，细、中、粗砂等。反循环回转钻孔适用于黏性土、砂性土、砂卵石和风化岩层。旋挖钻孔适用于砂性土、砂卵石、风化岩层。正确合理选择钻孔方法是能否成孔的关键，选定方法进行试桩工艺性试验，根据所得参数验证并改善施工方案。本文桥梁中根据现场实际地质情况综合使用了冲击、旋挖钻孔方法。

（二）钻孔顺序安排

不同的桥梁桩基础布置不尽相同，根据其自身特点合理制定钻孔顺序对桩基质量和施工进度影响重大，祖师殿特大桥每个桥墩基础由八根钻孔灌注桩组成共同支撑上部结构。在钻孔施工顺序安排上，采用跳桩法钻孔，如图1所示，尽量避免在灌注成桩的短时间内临近钻孔。需要在成桩临近钻孔时，特别注意要等到已灌钻孔桩混凝土强度达到2.5Mpa以上方可钻孔施工。以免临近钻孔扰动，影响成桩质量。

（三） 护筒埋设

护筒作用：（1）定位。（2）保护孔口以及防止地面石块掉入孔内。（3）保持泥浆水位并防止坍孔。（4）桩顶标高控制依据之一。（5）防止钻孔过程中的沉渣回流。护筒要求坚固耐用且不漏水，一般常用钢护筒，用6-14mm的钢板卷成，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm），每节长度约2～3m。利用十字形护桩校订桩的中心位置，护筒中心竖直线应与桩中心线重合，控制护筒中心位置与设计桩位偏差不超过50mm，护筒垂直度偏差不超1/100。旱地、筑岛处护筒可采用挖坑埋设法，护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实。水域护筒设置应严格注意平面位置、竖向倾斜和两节护筒的连接质量均需符合上述要求，沉人时可采用压重、振动、锤击并辅以筒内除土的方法。在埋入过程中应检查护筒是否垂直，若发现偏斜，应及时纠正。

（四）泥浆配制

泥浆的性能直接影响到钻孔质量，确保不塌孔。泥浆的主要性能有：相对密度、粘度、含砂率、胶体率、酸碱度等。泥浆的相对密度增大，对孔壁的侧压力也相应增大，孔壁越稳定，悬浮携带钻渣的能力也越大，但是相对密度过大又会增加泥浆原料的消耗并给清孔和灌注砼造成困难。所以合理选择泥浆性能指标至关重要。本文桩基冲击钻进施工时根据不同地层条件及时调整泥浆稠度和钻进冲程确保不塌孔。如通过砂、砂砾石、或含砂量较大的卵石层时，就适当加大泥浆稠度，采用1～2m中、小冲程。通过含砂率低粘土质层时，因土层本身可以造浆，就适当降低泥浆稠度，采用1-1.5小冲程。当然了不同的钻进方法有不同的泥浆性能指标，合理正确选用并根据不同地层随时调整泥浆性能参数是正常钻进的有利保障。泥浆的原材料应以水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土或接近地表经过冻融的粘土为好，但应尽量就地取材，就地取材原料因：（1）自然风干后用手不易掰开捏碎。（2）用刀切开时，切面光滑，颜色较深。（3）水浸润后有粘滑感，加水和成泥膏后，容易搓成1mm的细长泥条，用手搓感觉沙粒不多，浸水后大量膨胀。采用正反循环回转钻进时一般要求泥浆质量较高，应使用更为优质泥浆。

（五）钻孔要点

（1）钻进过程要注意钻进速度。开始钻孔时，钻机钻进速度应先轻压、慢转并及时注浆，钻头钻至护筒底口时，保持低转速暂停进尺，使有无护筒临界处有较坚硬的泥皮护壁。钻进进入正常工作状态后，逐渐加大转速和钻压，均匀进尺。快终孔时，降低转速，加大注入泥浆量。（2）各种钻孔方法都会可能发生塌孔，施工工注意及时调整进尺速度和泥浆性能。注意孔内外水头差异，及时调整护筒高度以及孔内水头高度。避免钻机碰撞护筒造成孔口坍塌。（3）发现钻机底座产生不均匀沉降和位移，钻杆弯曲、接头不正应立即停止钻进，容易造成斜孔。（4）冲击钻进容易卡钻，应防止孔口坠落杂物、控制使用大冲程、高稠度泥浆，大绳松紧适度。旋挖钻卡钻主要是地层地质和人为操作因素，施工前因认真审核地质构造图，掌握地层情况，操作手动作应规范，应慢提慢放，尽量减少对孔壁的扰动，不要一味求快，造成卡钻。

（六）清孔

清孔主要有抽渣法、吸泥法、换浆法，合理选用，抽渣法适用于冲击成孔的摩擦桩和不稳定地层，吸泥法适用于岩层和密实不易坍塌的土层，换浆法适用正循环钻进。本文冲击钻孔选用抽渣法，旋挖钻孔选用换浆法清孔。重点说明换浆法，清孔指标主要包括泥浆比重、黏度及含砂率。三大指标可通过比重仪、黏度计、量砂杯检测。清孔必须保持孔内水头、严格控制输入的泥浆密度，刚开始时采用泥浆比重稍大些的泥浆，其包裹携渣能力强，有利于排渣。泥浆比重过大、过稠会降低泥浆流动性，泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用，导致塌孔，清孔一定时间后首先检测泥浆比重，比重检测合格后，再检测其他两个指标，直至泥浆中各项指标达到规范要求停止清孔。清孔后应在30分钟内灌注混凝土，若超过应从新测定孔底沉淤厚度。

（七）钢筋笼加工和安装

钢筋笼按照钢筋图纸下料加工，钢筋的数量规格型号与设计一致。钢筋接长采用闪光对焊，箍筋与主筋点焊加固，加强箍筋与主筋全部焊接。分节钢筋笼拖至现场吊装后单面焊接，焊缝长度不小于10d，d为钢筋直径，钢筋笼起吊点加一道加强箍筋。钢筋笼下放时，注意不要碰触孔壁。吊放受阻时，不能加压强行下放，观察和分析受阻原因，以免造成塌孔、钢筋笼变形等问题。下放到底钢筋笼容易倾向一侧，为此需将钢筋笼稍微提升悬空，保持对中，提高幅度控制在50mm内。

（八）水下混凝土灌注施工

水下混凝土灌注施工通常采用竖向导管法进行施工。导管是灌注水下砼的重要工具，适用前应认真检查并做拼接、承压、水密和接头抗拉试验，防止导管变形、漏水。导管下放以下端距孔底渣0.3～0.5m为 宜。砼坍落度以18～22mm为宜，坍落度太小流动性差易堵管，坍落度太大砼易离析。首批砼初凝时间不早于桩身全部砼灌注所需时间，且首批砼要保证导管埋入砼的深度至少不少于1m。首批砼根据需要可掺入缓凝剂。

灌注过程要连续不中断，中途任何原因不能中断30min， 导管埋深一般控制在2～4m，在无钢筋段灌注应尽量加快，当砼上升至钢筋笼底部的时候，应保持较深的埋管，放慢浇筑速度，防止砼顶托钢筋笼。当砼进入钢筋笼后，又要减少导管埋深。导管提升应保持轴线竖直位置居中。为预防埋管可在导管上端安装附着式振捣器。当导管中砼不满有空气时，后灌的砼不能整斗大量的灌入导管，应徐徐灌入，以免形成高压气囊。浇筑标高应高出桩顶设计标高1米。

（九）桩头处理

桩头破除一直是一个难题。现在工程施工中，基本还一直采用传统的人工破除或人工辅助小型机械破除，目前推广使用钻孔桩桩头整体破除法。简单介绍下：（1）钢筋绑扎完成后，在桩头钢筋安装PE保护管，桩头砼不与桩头钢筋握裹，起到桩头砼容易与桩头钢筋分离作用。浇筑桩身砼，达到设计强度，开挖桩头。（2）采用小型钻孔设备（风镐等），在设计桩顶高程沿桩基周长均匀钻取6个楔子孔插入楔子。（3）击打楔子，使桩头与桩基分离，同时，采用反铲将分离的桩头进行晃动，确保桩头与钢筋和桩基砼完全分离。（4）采用反铲或者装载机或者其他吊装设备将完全分离的桩头吊起。此法方便快捷性，极大地提高了桩头破除的效率，降低了施工成本使桩基钢筋不受损伤，确保了桩基钢筋质量，破除后桩基顶面平顺、美观。

结语

随着我国高速公路及高速铁路等基础设施项目的迅速发展，桥梁工程越来越多，钻孔灌注桩因其质量可靠，地层适应性强，被广泛地应用于桥梁工程中。钻孔灌注桩作为基础处理的主要措施之一，相对于预制桩有其自身优势，本文对其若干要点进行阐述，对技术人员指导现场实际施工意义较大。 鉴于作者经验水平，仅对关注到的施工中比较突出的问题做出阐述。

参考文献

[1]客运专线铁路桥涵工程施工技术指南（TZ213-2005）[Z].