客运专线钻孔灌注桩基础现场试验研究

金 立 忠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)



客运专线钻孔灌注桩基础现场试验研究

金 立 忠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

依托大同至西安客运专线渭洛河特大桥的钻孔灌注桩工程，选择有代表性的地段开展了钻孔灌注桩施工现场试验，合理优化了成孔、清孔、钢筋笼加工制作、混凝土浇筑等工序的施工工艺，并根据优化成果提出了适用于客运专线钻孔灌注桩的施工参数，为类似工程的桩基础施工提供了参考依据。

客运专线，钻孔灌注桩，混凝土，钢筋笼

0 引言

大同至西安铁路客运专线北起山西省大同市，自北向南贯穿山西省中部，在永济市跨过黄河进入陕西省境内，终点至西安市。设计行车速度350 km/h以上，线路正线全长859 km。由十四标段承建的渭洛河特大桥施工里程为DK806+885.24～DK818+401.69,线路全长11.5 km,桩基共计2 858根，长度大于54 m的有703根，桩基总长度共计146 664 m，混凝土总量为202 000 m3。

针对客运专线中桥梁桩基础数量大，工后沉降要求严格，施工质量要求高等特点[1]，为了充分利用现有设备、合理安排施工、保证施工质量、加快施工进度，在工程的地质资料和现场的实际情况基础上，在进场初期根据选定标段进行桩基现场试验，总结经验以确定施工技术参数，并指导大面积施工。

DK811+600～DK811+900段位于第十四合同段的中部，沿线地势平坦，地层为第四系全新统及中更新统冲积粘质黄土、粉质粘土、细砂、中砂、粗砂、砾砂等，具有代表性，且征地工作进展顺利，确定选择此段作为钻孔灌注桩施工的试验段。

1 钻孔灌注桩成孔

1.1 试验准备工作

现场试验前组织技术人员熟悉、分析现场情况，并编制桩基施工专项技术方案。由测量班完成CP1，CP2的复核工作。施工机械设备按施工要求进场。实验室对钢筋、砂、水泥、碎石、施工用水进行了取样检测，结果符合施工要求。主要人员已按要求进场。施工便道已经贯通，实现了三通一平。钢筋加工场、拌合站已经筹建完毕。施工用电所需变压器安装调试完毕，施工用水采用抽取的地下水，完全可以保证正常施工的需要。按计划于2010年4月20日～2010年5月10日进行钻孔灌注桩的现场试验。

1.2 成孔方案设计

方案一：旋转钻成孔法。

该工艺适用于各种土质层和砂类土、碎(卵)石土或中等硬度以下基岩的成孔作业，能适应我国大部分地区的土壤地质条件。

方案二：反循环钻成孔法。

该工艺适用于细粒土、粗粒土、含卵砾石量小于20%，粒径小于钻杆内径2/3的卵砾石土、软岩的土层钻孔作业[2]。

两种钻孔方法均采用泥浆护壁，为控制泥浆的含砂量，配制时选用优质膨润土并掺入适量的碳酸钠、烧碱等配制成低比重的泥浆，不能使用孔内原土造浆。泥浆的性能指标应符合要求，并在施工中根据地质情况进行调整，以满足施工需要为原则，泥浆性能指标如表1所示[3]。

表1 泥浆性能指标值

1.3 钻孔施工工序

客运专线桥梁桩基础需要承受较大的上部荷载，为保证地基的承载力，承台下桩基的数量加大、桩间距较小，为避免施工过程中对已完成的相邻桩基造成扰动，现场试验要求下一个桩基的开挖须在已完成钻孔灌注桩的混凝土强度达到2.5 MPa以上后方可施钻。

方案一：旋转钻成孔法。

按既定的施工顺序进行桩孔的施钻工作，未经同意不可擅自改变施工顺序。相邻墩台位的桩孔施工顺序见钻孔桩施工顺序示意图，桩孔的施工顺序为1→1′→2→2′→3→3′→4→4′→5→5′→6→6′→7→7′→8→8′，钻孔桩施工顺序如图1所示。

方案二：反循环钻成孔法。

桩孔开挖顺序同旋挖钻成孔法。

1.4 清孔

方案一：旋转钻成孔法。

钻孔达到设计的钻深后，采用掏渣法进行清孔，旋挖钻机将筒式钻头下至孔底进行掏渣，并清除孔底散落松渣。

方案二：反循环钻成孔法。

清孔采用的是抽渣法，即孔内钻渣通过反循环钻机杆孔被抽至地面沉淀池沉淀。

无论采用哪种清孔的方法，均应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2 mm～3 mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17 s～20 s；浇筑混凝土前孔底沉渣厚度不大于10 cm[4]。

1.5 成孔检查

钻孔桩成孔后检查的内容主要包括以下几个方面[5]：

1)孔径检测：检孔器对中后，上吊点必须位置固定且在整个检孔过程中不能变位，否则重新对中。检孔器在孔内下落时，靠自重下沉，不得借助其他外力。如果能在自重作用下顺利下至孔底(检孔器系有测绳)，则表明孔径能满足设计桩径要求。如果在自重作用下不能下至孔底，则表明孔径小于设计桩径，则应重新扫孔或重钻至满足设计桩径要求。

2)竖直度检测：当检孔器在孔顶对中下落后，通过在护筒(壁)顶观测吊绳相对于护桩放样中心点偏移情况，桩孔倾斜度的计算见式(1)：

(1)

其中，K为桩孔竖直度，%；E为桩孔偏心距，m；H为检孔器下落深度,m；e为护桩放样中心点与吊绳偏差值，m;h为吊点到护筒顶高度，m。

根据式(1)进行桩孔竖直度的检测，为保证检测的精确性，可根据现场桩基础的施工情况在桩长H/2，H/4等处进行检测，得出相应孔深的竖直度。钻孔允许的偏差值表如表2所示。

表2 钻孔允许偏差值表

3)测锤法检测孔深、孔底沉渣厚度：测锤顶端系上测绳，把测锤慢慢沉至沉渣顶面，此时，读出测绳上的深度值，与终孔时的深度值相比较即可得出沉渣厚度。

2 钢筋笼的制作与安装

2.1 钢筋笼的制作

为了方便钢筋笼运输，桩身钢筋笼一般按9 m分段制作，并由最下的一节调整钢筋笼总长度，孔口进行对接。加工成型的钢筋笼分别摆放，分别挂牌编号标识，存放场地应平整，笼身下面平垫方木并在钢筋笼两侧加木楔，以防钢筋笼滚落及变形；储存过程中下铺滑道，以方便运输，并注意做好防锈，并在使用前对锈蚀的钢筋笼做好除锈处理。

2.2 钢筋笼的安装

钢筋笼的水平运输使用自制平板车，运输过程中把钢筋笼固定牢固。垂直运输使用吊车进行装车，采用型钢加工制作横担，在吊装过程中轻吊轻放，防止钢筋笼变形。

由于本标段内所有桩长均大于40 m，需在钢筋笼内周侧等距布置3根声测管。声波管不得破漏，下端及接头要严格密封，管顶在检测前要加盖，以免异物掉入堵塞通路。声测管之间在全长范围内要保持互相平行，垂直度偏差不大于1%,声测管底部高于桩底不大于20 cm，顶部高于桩顶标高10 cm。

3 混凝土浇筑

3.1 导管的安装

因桩长较长，为保证桩基混凝土的浇筑质量在浇筑前需安装好导管。导管采用内径30 cm内壁光滑、圆顺、内径一致的钢导管，并用装有垫圈的法兰盘连接管节。导管使用前应进行水密、承压和接头抗拉试验，导管组装后轴线偏差不得超过钻孔深的0.5%并不超过10 cm，水密试验的水压力不小于孔内水深1.5倍的水压力；导管管节长度，中间节宜为2 m等长，底节宜为4 m，漏斗下节长宜用1 m。导管安装过程中要记录导管的拼接顺序、每节的长度以及总节数及总长度，为后续拆卸导管提供计算的依据。

3.2 桩基封底混凝土施工

灌注前，须对孔底沉渣厚度再进行一次测定。如厚度超过规定(10 cm)，必须进行二次清孔。灌注前先拌制0.1 m3～0.2 m3水泥砂浆，置于隔水栓上部，然后向漏斗内倒入混凝土，量满足后打开阀门，将首批混凝土灌入孔中。混凝土的首次灌注应满足使导管一次埋入混凝土面以下不小于1 m，并不大于3 m，以避免桩基夹泥或断桩。首批灌注混凝土体积按式(2)计算:

V≥(H1+H2)×πR+πr×HW×βW÷βC

(2)

其中，V为灌注首批混凝土所需数量，m3；R为桩孔半径，m；H1为桩孔底至导管底端间距，取0.3 m;H2为导管初次埋置深度，m;r为导管内径;HW为井孔内水或泥浆的深度，m;βW为井孔内水或泥浆的重度，kN/m3;βC为混凝土拌和物的重度，取24 kN/m3。

3.3 桩基中部混凝土施工

首批混凝土灌注封底成功后即恢复正常灌注。灌注应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，要防止混凝土拌和物从料斗顶溢出或从料斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥浆而变稠凝结，致使测深不准确。灌注过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度和导管的埋置深度，正确指挥导管的提升和拆除[6]。

3.4 桩基顶部混凝土施工

浇筑面接近预计高程时，应采取有效的测量方法确定混凝土的顶面位置，保证混凝土顶面浇筑到桩顶设计高程以上1.0 m左右。工地值班人员应根据实测的混凝土顶面标高计算出剩余混凝土数量，并通知拌和站按照实际需要的数量进行拌和。灌注结束后，在拔出最后一段长导管时，拔管速度一定要慢，防止桩顶沉渣卷入混凝土中形成空洞。

4 注意事项

1)现场需设专职安全员负责施工的安全工作，根据安全要求对现场的施工安全进行监督，发现安全隐患及时制止并予以纠正后方可正常施工。2)凡进入现场的人员，均要服从值班员指挥，遵守各项安全生产管理制度，正确使用个人防护用品。抓好现场管理，保持现场管线整齐。危险区要设标志，备齐消防器材。3)机械设备的布局要合理，操作者要严格遵守安全操作规程。操作前对设备进行安全检查，机械设备严禁带故障运行。4)用电线路埋设、架空高度必须符合要求，严防行走施工机械损坏输电线路。5)灌注过程中做好泥浆外溢的处理措施，防止泥浆溢出孔外。剩余的混凝土拌和物应及时的定点处置，或进行硬化施工场地、便道，严禁随意丢弃。6)施工中注意保护自然和生态，不得随意拆堵水利设施，不污染水源，不损毁林木和地表植被，尽量不占或少占耕地，临时用地在工程完毕后要恢复原貌。

[1] 冷伍明,杨 奇,聂如松,等.高速铁路桥梁桩基工后沉降组合预测研究[J].岩土力学，2011，32(11):3341-3348.

[2] 田兴树.岩溶地质条件下铁路桥梁钻孔灌注桩施工技术[J].铁道建筑技术,2012(3):12-14.

[3] TZ213—2005，客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[S].

[4] 张开营,刘庆丰.武广客运专线岩溶地基钻孔灌注桩施工技术[J].路基工程,2007,123(3):123-124.

[5] TB 10218—2008，铁路工程基桩检测技术规程[S].

[6] 于立丽.桥梁桩基施工质量控制的要点[J].价值工程，2011，30(6):135-136.

Field test study of bored piles foundation of passenger dedicated line

Jin Lizhong

(CCCCTunnelEngineeringCompanyLimited,Beijing100088,China)

Based on the bored piles of Datong to Xi’an passenger dedicated line Weiluo river extra large bridge, this article reports the field test of the pile foundation construction carried out in the choose typical section, optimized hole forming, hole cleaning, processing production of reinforcing cage, concrete pouring, and many other construction techniques suitably. The reasonable construction parameters of bored piles of passenger dedicated line was put forward on the basis of the preceding summing up and optimization, providing reference for similar projects of pile foundation construction.

passenger dedicated line, bored piles, concrete, reinforcing cage

1009-6825(2016)13-0172-03

2016-02-29

金立忠(1971- )，男，工程师

U443.145

A