铁路特大桥桩基施工方法

庞传东

(中铁六局太原铁建有限公司，山西太原 030045)

铁路特大桥桩基施工方法

庞传东

(中铁六局太原铁建有限公司，山西太原 030045)

以某特大桥桩基施工为例，基于对工程地质条件的研究，选取了合理的施工方案，并介绍了各种灌注桩的工艺流程，总结了旋挖钻机与冲击反循环钻机的操作要点，为类似工程的施工积累经验。

灌注桩，桩基，旋挖机，回旋钻机

随着时代的进步，科学的发展，建筑物的上部结构形式越来越多，由此也引发了基础工程的不断更新。桩基础是一种应用较为广泛的深基础类型，按照成桩方法，分为预制桩和灌注桩，灌注桩相比预制桩有诸多优点，在工程中较多选用灌注桩。灌注桩的成孔方法比较多，如何合理选用成孔机械、成孔方法;如何合理配置资源、降低施工成本，成为施工单位选择的难点，所以本文提出如何从机械、成孔方法等选择上降低成本，提出建议及方法。

1 灌注桩基础的设备选择及适用范围

1)旋挖钻机：适用于粘性土、粉土、填土、砂土、碎石土及风化岩层;

2)冲击反循环钻机：适用于粘性土、粉土、填土、砂土、碎石土、风化岩层、岩层;

3)正反循环钻机：适用于粘性土、淤泥、淤泥质土及砂土;

4)人工挖孔灌注桩：地下水位以上的粘性土、黄土及人工填土。

2 优化施工方案，降低施工成本

2．1 同一地层采用旋挖钻机和回旋钻机

举例说明：高铁建设中的特大桥，每千米有10 000多米的钻孔灌注桩，如果合理选择成孔设备，就能降低施工成本。例如某一座特大桥，桥长5 km，共需基础桩1 240根，基底资料为粘性土、砂土、碎石土、黄土，桩长50 m，桩径为1 m，根据以上资料进行分析，旋挖钻机、冲击反循环钻机、正反循环钻机都能施工，并且成孔速度都很快。

如果全部采用旋挖钻机施工，5 h成孔，并且施工现场污染少，环保，单价为200元/m3，成桩费用合计为1 240根×50 m/根× 0．785 m3/m ×200元/m3=973．40万元。

如果采用另一种机械组合，旋挖钻机与反循环钻机配合施工，两种机械施工桩长比例各占一半，施工成本旋挖钻机为：620根 ×50 m/根 ×0．785 m3/m ×200元/m3=486．70万元;反 循环钻机施工成本：620根×50 m/根×0．785 m3/m×120元/m3= 292．02万元，合计成本为778．72万元。

通过以上的对比分析，同样的地层结构、同样的工期要求，合理选用不同的机械组合，选用不同的施工方法，能降低施工成本，实现项目盈利，提升项目管理水平。

2．2 根据地质合理选择施工工艺

根据施工地质情况变化、土层的情况、水位的高低等要合理选用施工工艺才能保证施工生产的顺利进行。例如在济南东二环桩基施工过程中，共有5家施工单位中标，地质资料基本一样，为粘土、砂土、强风化岩、弱风化岩，工期要求都一样，桩长35 m，局部有水，两年后开通。多数施工单位采用冲击反循环成孔，其中一家施工单位选用了人工挖孔灌注桩成孔方式，遇到风化岩后爆破施工。人工挖孔在26 m左右出现了地下水，而没有有效的防水堵水措施，施工无法继续进行，必须重新更换施工机械，后又选用冲击反循环钻机进行施工，导致工期延误、产值完不成、后续工作落后等一系列问题。

2．3 环环紧扣为施工设备配足资源

钻孔桩施工中需环环紧扣，保证施工顺利进行。某一工地，桥长5 km，1 240根钻孔桩，桩长50 m，桩径1 m，150个承台及墩身，施工单位采用旋挖钻成孔，现场建了混凝土拌合站，有10台混凝土运输车，根据任务安排及工期要求，计划配备10台旋挖钻机，每台钻机每天成孔4根，灌注3根，每天完成30根钻孔桩，桩基础40 d完成，然后开始施工承台、墩身。在实际施工过程中，由于征地拆迁、道路运输、施工场地等各种因素制约，工作面不能铺开，3台钻机没有工作面，并且每台钻机平均每天只能完成1．5根桩。分析原因，首先混凝土拌合站距离施工现场8 km，混凝土运输车辆不足，导致钻孔桩已成孔、钢筋笼已下，导管已安好，而混凝土不到位，其次混凝土拌合站的两台90机组，按计划应为每小时出混凝土180 m3，扣除其他不利因素影响每小时最少能出160 m3混凝土，而实际情况是混凝土为高性能混凝土，填加的各种减水剂、粉煤灰、铝粉等增加了搅拌时间，再加上机械整修、工人时间等因素只能达到130 m3/h。后期加上承台、墩身等施工，导致混凝土供应量严重不足，影响钻孔机械的利用效率，降低了劳动生产率，影响工期、影响成本。所以在施工过程中应综合考虑混凝土拌合站的位置、运输距离的远近、拌合站的实际供应能力、机械的利用效率、流水施工的流程等一系列问题进行有选择的上足配套设备，合理配置资源达到最大化的劳力生产率。

3 各种灌注桩的工艺流程

3．1 旋挖钻机

旋挖钻机成孔工艺：旋挖成孔主要是通过桶式钻头回转破碎土，并且把土直接装入钻筒内，然后再通过钻杆及钢丝绳将钻斗提出孔外，筒门打开，钻杆反转将土卸下，这样循环动作，不断地取土卸土，通过泥浆护壁，一直到钻至设计深度。

1)工艺流程图见图1。

2)关键工序：a．确定桩位：采用全站仪放线，按“测量放线、复核、相互签认”进行单根桩放样。b．钻机就位：钻机就位时，要检查钻机的垂直度、水平度，并且要把钻筒中心与桩位中心相对应，并重合。

3)埋设护筒：旋挖钻机护筒埋设应高于地下水位3 m，在清孔过程中应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土。

图1 钻孔桩施工工艺流程图

4)泥浆制备：泥浆宜选用高塑性粘土或膨润土，采用钠基土和钙基土在钻孔泥浆上用的较为普遍，其理论用量为8%，即8 kg的膨润土可掺100 L的水，为了增强膨润土浆液的护壁效果就得配合外加剂来配制泥浆进行护壁，可在泥浆中掺入Na2OH3(俗称碱粉或纯碱)、NaOH(氢氧化钠)或膨润土粉末以提高泥浆性能指标。一般碳酸钠的掺入量约为孔中泥浆土量的0．1% ～0．4%。

5)成孔施工：旋挖钻机成孔灌注桩要根据不同的地质情况、软弱土层分布情况、地下水位情况、硬地层情况等，采用不同的成孔工艺，选用不同的钻具，如捞沙钻头、半合式粘土钻头、螺旋式旋挖钻头、直螺土层短螺旋钻头。

6)卵石层施工方法：施工的工法应该取较干燥的黄粘土，倒入孔中，最好用0．6 m3的挖掘机往孔内倒黄粘土3铲～4铲后，用旋挖钻机的钻头下到孔内反转(用带有通水孔的截齿捞沙斗)，这样黄粘土就被钻头强行抹到了孔壁上，钻头正转一圈，提钻2 m～3 m，完后再往下挖40 cm～50 cm，反复这样去做，直至挖过卵石层，后换直径小于1．5 m的钻头，最好是1．25 m的钻头，往下挖直至孔底，再用1．5 m的钻头扩孔直至成孔。采用这种工法的原因是：小直径的钻头对孔壁的冲刷量小，降低塌孔和灌注超方的概率。

3．2 冲击反循环钻机

1)泥浆的制作。

制浆前，先把粘土尽量打碎，使其在搅拌中容易成浆，缩短成浆时间，提高泥浆质量。制浆时，可将打碎的粘土直接投入护筒内，使用冲击锥冲击制浆，待粘土已冲搅成泥浆时，即可进行钻孔。多余的泥浆用管子导入钻孔外泥浆池贮存，以便随时补充孔内泥浆。

2)冲击反循环钻钻孔工艺。

冲击反循环钻开孔时，要先埋设护筒，并采用红土造浆，施工过程中要不停造浆，保持孔内泥浆面稳定，每钻进2 m左右，开起泥浆泵将孔底沉碴抽出，并从井口注入清水进行换浆，每钻进2 m～3 m检查桩的垂直度及桩径，以防止出现斜孔、缩径等情况，钻进、泥浆泵排渣、注入新泥浆，反复施工直到达到设计深度，达到后检测泥浆比重、沉碴厚度等指标，达到设计要求后进行混凝土的灌注。

3)正反循环钻机。

正反循环钻机施工前要先挖泥浆坑、沉淀池，并且提前一天进行造浆，泥浆比重、粘度、含砂率达到施工规范要求后，再进行钻孔施工，根据地层情况要适当控制钻进速度，保持泥浆面的平衡，在钻进一定深度后采用泥浆泵进行换浆，清碴，根据换浆情况再进行下一步施工，直到钻到设计深度。达到设计深度后进行泥浆的转换、桩底钻碴的清理，达到灌注混凝土后方可进行下钢筋笼、灌注混凝土。

4)人工挖孔桩。

人工挖孔桩在施工时必须采取通风措施，以保证施工安全。目前人工挖孔桩主要采用井口设立电动三脚架、正反开关、钢丝绳吊运土方进行施工，开孔前，准确地放桩位，并在桩位外设置十字线以控制桩位的准确性，第一节井圈混凝土必须比原地面高出150 mm～200 mm，以防止地面水流入，挖孔桩施工时宜安排同一班人同时施工两根桩，这样在浇筑完一根桩的混凝土护壁后，能转移到另一根桩施工，增加劳动生产率，减少窝工现象的发生。人工挖孔桩挖出的土方必须当天清运出场地，不得堆积在施工现场及周边，相邻挖孔桩不得同时开挖，必须采用隔桩开挖，相邻挖孔桩在灌注混凝土时不得在邻近孔内进行施工，以防止灌注中窜孔。

4 结语

根据旋挖钻机、冲击反循环钻机、正反循环钻机、人工挖孔桩等施工工艺找出各自的施工特点，有目的选择合理的施工方法，在工作中不断积累经验，从而大大提高施工效率，降低成本，缩短工期。

［1］JGJ 94-94，建筑桩基技术规范［S］．

［2］姚谨英．建筑施工技术［M］．第3版．北京：中国建筑工业出版社，2008．

Pile foundation construction methods of extra-large railway bridge

PANG Chuan-dong

(China Railway 6th Bureau Taiyuan Railway Cosntruction Co．，Ltd，Taiyuan 030045，China)

Taking the extra-large bridge pile foundation construction as an example，based on the research of the engineering geology conditions，the paper selects rational construction scheme，introduces various bored pile technologies，and summarizes the operation points of rotary driller and abrasion driller，which has accumulated some construction experience for similar engineering．

bored pile，pile foundation，rotary driller，abrasion driller

U445．551

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.053

1009-6825(2013)10-0154-02

2013-01-29

庞传东(1977-)，男，工程师