浅谈山西中南部铁路通道汾河特大桥工程成桩工艺及方法

贾彦斌

中铁隧道集团二处有限公司

浅谈山西中南部铁路通道汾河特大桥工程成桩工艺及方法

贾彦斌

中铁隧道集团二处有限公司

山西中南部铁路通道汾河特大桥全长4729.676m，根据本桥结构受力特点及桥位处的地质情况，基础均采用钻孔摩擦桩，全桥总桩数1806根，其中Φ1.2m钻孔桩1552根，其中Φ1.5m钻孔桩254根。依据《铁路桥涵地基和基础设计规范》的要求，为了保证结构的安全可靠、施工的顺利进行，在工程正式实施前需进行必要的工程试桩，主要对桩基在各类土层中桩侧摩阻力、桩端承载力、桩基竖向位移、单桩极限承载力和成桩工艺等进行试验和验证。

铁路通道;汾河特大桥;试桩方案

1 成桩工艺

根据地质情况，第一组试桩采用冲击钻成孔工艺，第二组试桩采用旋挖钻施工工艺，成桩工艺见“钻孔桩施工工艺流程图”。

图1 钻孔桩施工工艺流程图

1.1 旋挖钻钻机选择及成孔原理

钻机型号拟采用上海金泰SD22型旋挖钻机，主机重量66T，功率为194KW，回转速度5r/min～25r/min，回转扭矩 250kn.m，最大钻孔深度为60m。

成孔原理：根据本工程地质情况选择取土筒钻头，当钻头钻进达到一定的装斗量时，即可提钻，钻头提出孔口打开斗门，倒出钻渣，而后操纵上车回转至桩位，继续钻进作业。如此循环操作，直至将桩孔钻至设计孔深。

1.2 冲击钻机选择及成孔原理

冲击钻机主机功率为45KW，钻头采用梅花型钻头，重量为4800kg。

成孔原理：利用钻头不断地提钻头、落钻反复冲击孔底土层，把土层中的泥砂、石块挤向四壁、打成碎渣，钻渣悬浮于泥浆中，利用泥浆泵将钻渣吸出孔外，重复上述过程冲击钻进成孔。

1.3 主要施工方法及措施

1）场地平整：将施工场地平整压实，做为施工用地。

桩位放样：测定桩位和地面高程。桩位放样时，桩的纵横向允许偏差满足验标要求，并在桩的前后左右距中心2m处分别设置护桩。

2）护筒埋设：护筒用8mm厚钢板制成，内径为140cm。护筒四周夯填黏土，护筒顶高出地面30cm以上，护筒长度为6m。

3）钻孔泥浆：泥浆由水、膨润土组成，并备足良好的造浆黏土，因表层为细圆砾土。

4）钻孔：对主要机具及配套设备进行检修后开始安装就位。

①旋挖钻施工：将钻头徐徐放入护筒内，开动钻机，当钻头钻进达到一定的装斗量时提钻，钻头提出孔口打开斗门，倒出钻渣，而后操纵上车回转至桩位，继续钻进作业。如此循环操作，直至将桩孔钻至设计孔深。

②冲击钻施工：钻机对位后，下入钻头，不断地提钻头、落钻反复冲击孔底土层，利用泥浆泵将钻渣吸出孔外，重复上述过程直至冲击成孔。

在钻进过程中应经常测量孔深，并对照地质柱状图随时调整钻进技术参数。钻进过程中必须核实地质情况。在钻进过程中对照地质勘探图纸对钻孔中所遇到的各种地层采取渣样，并填写地层的分层深度、取样时间等标签，标签填写好后装袋保留。每1m取个渣样，每一种地层中至少取一个样，当至设计图纸要求的孔深前1m时，每0.5m取一个渣样。在每个取样钻孔桩钻进完毕后清孔前找设计人员进行地质核对，并由设计地质人员签字确认，所取渣样由技术人员经监理工程师现场认证后进行拍照并留存。当其它没有取样的桩孔所处地层与设计图纸标识的地层不相符时，应通知现场监理工程师和设计地质人员到场，进行地质核对，确定终孔深度。

5）清孔：清孔采用正循环换浆法，以相对密度较低的泥浆逐步把钻孔内浮悬的钻渣和相对密度较大的泥浆换出，换至孔内泥浆比重低于1.1以下为止，且孔底沉渣厚度不得大于20cm。

6）钢筋骨架的制作和安装：钢筋笼加工在钢筋加工厂加工成型，自制平板车拉运。钢筋应力计和荷载箱在现场安装到钢筋笼上，成孔清孔验收合格后，利用吊车将钢筋骨架吊入桩孔内。骨架落到设计高程后，将其校正在桩中心位置并固定。

7）二次清孔：钢筋笼安装好后，根据孔深安装导管，然后进行清孔作业，在浇注砼前进行二次清孔，使孔底沉渣厚度满足设计要求。经监理工程师检查合格并签证后进行水下砼的灌注。

8）浇筑水下混凝土：

①混凝土采用自动计量拌合站拌合。混凝土坍落度控制在18cm～22cm之间。导管吊装前先试拼，并进行水密性试验，试验压力不小于孔底静水压力的1.5倍。导管接口连接必须牢固，封闭严密。

②首批混凝土用剪球法进行。在漏斗下口隔水球，当漏斗内储足首批浇筑的混凝土量后，剪断球体的铁丝，使混凝土快速落下，迅速落至孔底并把导管裹住，首批初灌混凝土将导管埋深不小于1m，浇筑连续进行。边浇筑混凝土边提升导管和拆除上一节导管，使混凝土经常处于流动状态。

③为确保桩顶质量，浇筑砼比桩顶设计高程高0.5m左右。

2 试桩承载力测试

本桥试桩承载力测试采用自平衡测试法检测，自平衡测试法是利用试桩自身反力平衡的原则，在桩端附近或桩身某截面处预先埋设单层（或多层）荷载箱，加载时荷载箱以下将产生端阻和/或向上的侧阻以抵抗向下的位移，同时荷载箱以上将产生向下的侧阻以抵抗向上的位移，上下桩段的反力大小相等、方向相反，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力的增加，荷载箱伸长，上下桩段产生弹（塑）性变形，从而促使桩侧和桩端阻力逐步发挥。荷载箱施加的压力可通过预先标定的油泵压力表测得，荷载箱顶底板的位移可通过预先设置的位移棒，用位移传感器测得。由此可测得上下桩段两条Q～S曲线及相应的S～lgt曲线，采用合理的测试数据等效转换方法和承载力确定方法，即可确定基桩的极限承载力、桩侧、桩端阻力分担情况等。

3 成桩质量控制及检测

3.1 质量控制

钻孔桩钻孔质量控制点包括桩位、桩径、桩斜、桩长、桩底沉渣厚度、泥浆指标(包括密度、黏度、含砂量、胶体率和pH值)。

1）桩位控制

为确保桩位质量，采取精密测量方法，即用全站仪定位，护筒埋设完，再次进行复测。采用护桩“十”字交叉架校正护筒中心同桩位中心，保持一致。

2）桩斜控制

埋设护筒采用护筒内径上下两端“十”字交叉法定心，通过两中心点，能确保护筒垂直。钻进过程中利用旋挖钻机自有的斜度控制仪进行经常性的校核调整孔斜，保证孔斜率小于1%。发现孔斜过大，立即采取纠斜措施。

3）桩径控制

在软塑粘性土地层，为防止缩孔而造成缩径现象，以及在砂层、砾石等松散地层，为防止坍塌掉块，均使用较大比重和黏度的泥浆。

4）桩长控制

钻孔前对护筒口高程与设计桩底高程要正确换算，确定钻孔桩的桩长。同时根据钻孔取样会同监理工程师一起验证桩底地层情况，确定桩长。机具长度丈量要准确。

5）桩底沉渣控制

采用泥浆换浆方法清孔。合理选择泥浆性能指标，换浆时，返出钻孔的泥浆比重应小于1.10，才能保持孔底清洁。孔底淤积厚度，严格按清孔标准规定执行，防止沉渣过多而影响桩长和灌注混凝土质量。

3.2 质量检测

1）成孔质量检查

钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后、灌注混凝土前，由专职质量检查员对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。

A.孔位检查

钢护筒埋设完，在桩开孔前采用全站仪定位检查。孔位应符合表1的要求。

表1 钻孔检查项目及质量标准

B.孔径、孔形检查

孔径检测是在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行的，采用与桩孔直径一致的笼式检孔器进行检查。检测时，将笼式检孔器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径。所有桩孔孔径应符合设计要求。

C.孔深和孔底沉渣检查

孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。测锤采用锥形锤，锤底直径15cm，高20cm，质量6kg。测绳必须经检校过的钢尺进行校核。所有桩孔孔深和孔底沉渣厚度应分别符合表1和表2的要求。

表2 清孔检查项目及质量标准

D.成孔竖直度检查

加工检孔器检查，在检孔器圆心拴测线，用重力下放，测量测线距孔口中心点的距离。检孔器直径1.2m，长6m。

在圆心处拴一根测绳，利用自重边放，边测测线距孔口圆心的距离，既能测出偏测距离也能判断出倾斜的方位。

所有桩孔竖直度应符合表1的要求。

2）清孔泥浆检查

清孔完成1h后，在桩孔底部以上0.5m处取孔内泥浆，用比重称、黏度计和含砂量计测定泥浆的比重、黏度计和含砂量。所有桩孔在清孔后的泥浆比重、黏度计和含砂量均应符合表2的要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.027