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淺談鐵路橋梁大直徑樁施工技術(shù)措施

文檔作者：范紅兵文檔來源：中鐵十八局集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年09月02日
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2011年第4期
第37卷總第162期 n Buil
Jdi ng Ma ·
14l·
2011年8月
淺談鐵路橋梁大直徑樁施工技術(shù)措施
范紅兵
(中鐵十八局集團有限公司)
摘要：隨著社會不斷進步，大直徑樁在我國鐵路橋
梁工程基礎(chǔ)中得到較為廣泛的應用，文章結(jié)合了鐵路橋梁
大直徑樁基的特點、施工工藝上的難點及國內(nèi)成功的解決
方法，可供有關(guān)專業(yè)人員參考。
關(guān)鍵詞：鐵路橋梁； 大直徑樁；施工措施
中圖分類號：U448．13 文獻標識碼：B
文章編號：1672—4011 (2011)04—0141—02
0 前言
“橋梁成敗關(guān)鍵在基礎(chǔ)”，這是建橋的 各言，而基礎(chǔ)的發(fā)
展趨向應為大直徑樁，因為它有許多優(yōu)越性，如可承受很
大荷載，可減少水中作業(yè)，可加快工期，抗震性、抗風穩(wěn)
定性良好，具有較強的抵御沖擊能力，故安全可靠性高且
能減少承臺工作量，因而總造價相應會低，這與采用多根
小直徑樁有明顯差異。通常情況下，樁徑小、樁數(shù)多，工
程量大、造價高、工期也會長、河中施：亡難度也就大。但
是，大直徑樁的設(shè)計理論尚不完善，樁基試驗資料不多，
其數(shù)據(jù)不具有系統(tǒng)性、準確性，很多問題都應認真加以研
究，使之合理、準確和適用。特別是大直徑樁施工質(zhì)量受
工程地質(zhì)條件、水下混凝土灌注工藝、現(xiàn)場管理等因素的
影響，樁質(zhì)量離散性大，缺陷事故時有發(fā)生，工期及造價
也因此較難控制，在施工過程中極易出現(xiàn)問題，其施工過
程中的難點問題常常困擾著現(xiàn)場的施工人員 Jj。因此，為
保證工程的質(zhì)量，對鐵路橋梁大直徑樁的施工難點進行深
人研究并提出相應的對策是十分必要的。
1 鐵路橋梁大直徑樁施工面臨的新形勢
1．1 大直徑樁的概念不斷更新
隨著成孔機械和成樁工藝及配套設(shè)施的改進和提高，
大直徑樁的涵義也在不斷變化。目前的大直徑樁的涵義遠
遠不是20世紀8O年代認為0．8m就稱大直徑了，當前一般
把直徑大于等于2．5 m的樁定義為常規(guī)意義上的“大直徑
樁”，其空心者為“大直徑空心樁”(本： 所指樁即以上兩
種)，小于2．5 nl的樁統(tǒng)稱“常規(guī)直徑樁”或簡稱“樁”。大直
徑樁的深度從幾十米到上百米不等，這就要求每根樁均有
較好的質(zhì)量，否則發(fā)生質(zhì)量事故后，不僅補樁修復困難，
而且對經(jīng)濟會受到很大損失，工期也將延長，質(zhì)量也會存
在一定缺陷。
1．2 大直徑樁結(jié)構(gòu)形式的不斷優(yōu)化
大直徑樁從灌注樁、鋼管樁或鋼筋混凝土管樁多用于
橋梁和樓字，發(fā)展到今天有矩形、T型、十字型、條型、
垂直型、傾斜型等多用于建筑、水利等1512程，出現(xiàn)形式多
樣的樁。為改善大直徑樁施工中出現(xiàn)的不良現(xiàn)象， 目前的
大直徑樁在結(jié)構(gòu)形式上進行了很多的優(yōu)化，出現(xiàn)了許多在
設(shè)計及施工上更加合理的結(jié)構(gòu)形式。目前，在鐵路橋梁大
直徑樁中較為常見的幾種結(jié)構(gòu)形式包括：單樁(雙樁)雙柱
結(jié)構(gòu)、鉆埋空心樁、沉挖空心樁及壓漿混凝土樁。
1．3 無承臺、變截面、大直徑空·,Le樁的社會經(jīng)濟效益更加
明顯
長期以來，大、中跨徑橋梁深水樁基結(jié)構(gòu)大多采用有
承臺、等截面、常規(guī)直徑群樁形式。常用承臺施工受地層、
人力、設(shè)備和季節(jié)因素影響，工序繁多且受工期限制，無
法實施工廠化(或裝配化)作業(yè)；清孔手段的限制，樁尖沉
淀層的存在，降低了整樁的承載能力；樁身缺陷事故往往
難于避免，由事故帶來的巨額處理直接費使施工單位蒙受
巨大經(jīng)濟損失，何況即使處理成功，對承載潛質(zhì)的損害也
會造成結(jié)構(gòu)性能的大打折扣。為適應結(jié)構(gòu)受力要求，使施
工誤差的修正有更大盈余，鐵路橋梁深水基礎(chǔ)樁必須采用
變截面結(jié)構(gòu)。變截面段的采用為取消承臺提供了有力條件。
隨著承臺的取消，下部構(gòu)造受力將更加明確，水下施工難
度減少，從而有力地爭取了施工工期，為橋梁基礎(chǔ)走向裝
配化鋪平了道路。
元承臺、變載面、大直徑空心樁撇除了大直徑樁施工
中出現(xiàn)的上述弊端，樁基結(jié)構(gòu)與受力狀況更合理，結(jié)構(gòu)抗
彎剛度大大增加，荷載穩(wěn)定性、防撞能力將大大改善；施
工工序急劇減少，為加快工程進度創(chuàng)造了有利條件。通過
結(jié)構(gòu)空心化，大大減少了結(jié)構(gòu)的圬工體積，社會經(jīng)濟效益
十分明顯。
1．4 施工大直徑樁的鉆機性能提升快
我國在大直徑樁施工時開始多從13本、德國等引進鉆
機，這些鉆機的特點是外型小、重量輕、扭力大，既便于
安裝、運輸，又有利于快速鉆進。近年國產(chǎn)大型鉆機相繼
問世，在直徑上、深度上可滿足于目前生產(chǎn)需要。另外也
可以利用小功率鉆機采取分級擴孑L的工藝，亦可擴大成為
2．5—4．0 m樁孔。鉆機以鉆進最優(yōu)化參數(shù)進行程序化鉆進，
例如可以根據(jù)不同地層， 自動調(diào)節(jié)鉆機轉(zhuǎn)速、鉆壓大小、
給進量大小，因而可提高鉆進效率，減輕工人勞動強度，
減少鉆機產(chǎn)出機械故障，同時可以保證鉆孔質(zhì)量(孔徑大小
和鉆孔斜率)和安全保障體系 。
2 鐵路橋梁大直徑樁施工難點的對策
針對鐵路橋梁大直徑樁施工具體情況，并結(jié)合大直徑
樁的特點，總結(jié)已成功運用于鐵路橋梁大直徑樁施工過程
中難點的解決方法。
(1)根據(jù)大直徑灌注樁的荷載傳遞特性可知，基樁承
載力除了與樁身混凝土強度、樁徑、樁長、長徑比等內(nèi)在
因素有關(guān)外，還與樁穿越的各土層的層厚和力學性質(zhì)、嵌
巖段的長度和力學性質(zhì)等地基強度因素，孔壁泥皮、清孔、
水下混凝土灌注等諸多外部因素有關(guān)。這些外部因素是我
萬方數(shù)據(jù)
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們在施工過程中必須注意并嚴格控制的。
(2)鐵路橋梁大直徑樁的長度往往較大，鉆孔時最為
常用的是泥漿護壁法。對于泥漿護壁法中的正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆
進，由于大直徑樁孔中鉆桿與孑L壁之間空隙大，泥漿上返
流速慢，攜渣能力差，孔底不容易清干凈，會影響成樁質(zhì)
量(達不到無沉渣的要求)；而泵吸反循環(huán)由于泥漿的循環(huán)完
全依靠砂石泵抽吸產(chǎn)生的負壓來維持，有效吸程較小，不
適應長度大于50 in的樁。針對這種情況，必須采取氣舉反
循環(huán)辦法，即利用空壓機將壓縮空氣送人鉆桿內(nèi)與泥漿混
合形成比重小于1的摻氣泥漿，在鉆桿外泥漿壓力作用下
鉆桿內(nèi)摻氣泥漿攜帶渣屑返回地面，通過調(diào)整氣壓，克服
樁長度與直徑大的影響。
(3)在大直徑樁基成孔的過程中，隨著孔徑的加大，
孔壁環(huán)拱作用急劇減弱，必然造成孑L壁不穩(wěn)定因素的增加，
特別是淤泥質(zhì)沙黏土、粉砂土等覆蓋層處易產(chǎn)生孑L壁滑坍
現(xiàn)象；另一方面，地質(zhì)構(gòu)造中的沖積層所夾帶的卵石、漂
礫石往往也給成孔施工過程帶來不小的麻煩，特別是卵石、
漂礫石的厚度較大時問題更加突出，它不僅使護筒所受的
阻力較大而難以下沉到設(shè)計高程，而且在鉆進過程中漂礫
石常堵塞鉆頭的排渣孔和導管，使鉆進速度較慢。
對于孑L壁的坍塌問題，通?？梢圆捎梅侄纬煽住⒎旨?
擴孔的施工方法，以便有效地解決成孔機械扭矩不足的矛
盾。但是，這一方法也增大了護壁工作的難度；孔徑的加
大，也使排渣的矛盾顯得尤為突出。目前，施工中更為有
效的方法是采用高聚凝、低固相、不分散聚丙烯酰胺高效
油田泥漿。
為了克服沖積層中的卵石、漂石對于成孔施工的影響，
有必要用抓斗將這層卵石、漂礫石抓出來。抓應當干抓和
濕抓相結(jié)合，防止出現(xiàn)筒底土體隆起，鋼護筒發(fā)生變形的
事故。一般而言，干抓速度較快，但護筒內(nèi)外地下水位差
較大時，護筒底部的土隆起，護簡周圍的土體及地下水涌
人筒內(nèi)，護筒周圍局部地方出現(xiàn)空洞，護筒壁從均勻承受
土壓力變?yōu)椴痪鶆虺惺芡翂毫?，護筒因剛度不足會發(fā)生變
形。濕抓則由于筒內(nèi)水的作用影響抓土效率，進度慢。故
保證在不發(fā)生隆起情況下應盡量采用干抓方法。具體施工
過程中，可先確定合適的干抓深度，其后護筒內(nèi)注水至與
地下水位齊平后再用抓斗，其間不斷注水以保持筒內(nèi)水位
不變，將卵石、漂礫石層穿透后再采用鉆機鉆孔。
(4)接樁鋼筋工作量的加大，是大直徑樁灌注法施工
的又一難點。單靠增加焊機臺數(shù)，又存在工作臺面過小的
矛盾。目前，螺紋鋼筋冷軋連接接頭的出現(xiàn)已部分地緩和
了上述矛盾，并在國內(nèi)多座特大橋上有成功的先例。當然，
根本的解決方法應該走空心樁拼裝化道路。
(5)護壁泥漿用于保持樁孔的穩(wěn)定性，大直徑樁成樁
施工的風險主要取決于泥漿的質(zhì)量和控制 ]。泥漿在使用
過程中應做到以下幾點：①應提供泥漿的使用情況及此類
地質(zhì)條件下對穩(wěn)定性的判斷、樁的尺寸、施工方法。應注
意到的特殊問題是，泥漿組成的類型、源地、樁基施工時
間、樁長、周圍溫度、土壤和地下水的化學成分；② 代表
性實驗室或現(xiàn)場試拌的結(jié)果，以證明泥漿符合規(guī)范；③ 作
業(yè)中監(jiān)測泥漿的測試細節(jié)和標定值。測試應包括流變特性、
密度、含砂量、泥漿流失、過濾板厚度和pH值。根據(jù)這些
要求，若采用國內(nèi)常規(guī)的泥漿自然循環(huán)的工藝，則將存在
處理流量大、占用場地多、泥漿處理質(zhì)量低和速度慢、泥
漿質(zhì)量控制困難、難以滿足施工需要等問題，同時還存在
泥漿損耗大、廢棄泥漿按照環(huán)保要求處理成本高等弊病。
基于上述原因，可以選用ZX一500型泥漿分離設(shè)備。該設(shè)
備整機處理污染能力大、達到500珊 ／h，凈化除砂效率高，
可以達到90％以上(0．074 llln粒級)。操作簡單的振動篩，
故障率低，安裝、使用及維護方便。直線振動方式使篩分
出來的渣料具有較好的脫水效果。可以調(diào)節(jié)的振動篩激振
力、篩面角度及篩孔尺寸使其可以在不同的地層均保持良
好的篩分效果。振動篩分效率高可以適應于各種鉆機在不
同的地層的造孔進尺。
(6)因樁徑的加大，單樁混凝土供應量、導管灌注施
工時要求配套的生產(chǎn)能力亦加大，對混凝土灌注設(shè)備與灌
注技術(shù)能力的配合提出了更高的要求。通過鉆埋方式形成
大直徑預應力空心樁，或預埋石料壓漿法形成大直徑壓漿
混凝土樁，為上述問題的解決提供了切實可行的方法。同
時采用預制預應力空心樁，還能更好地解決大直徑樁單位
體積混凝土承載能力低下的缺陷，是實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)拼裝化
(或工廠化)生產(chǎn)的一個有效突破。
(7)成孔后應用電磁波層析CT法檢測樁徑。電磁波
層析CT探測技術(shù)就是利用不同介質(zhì)之間吸收系數(shù)的差異，
通過鉆孑L之間掃描性的觀測，并通過數(shù)學處理來重建兩孔
之間介質(zhì)吸收系數(shù)二維圖像，繼而推斷地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)分
布。一旦在大直徑樁的施工過程中檢測發(fā)現(xiàn)樁身質(zhì)量事故，
采用鉆孔壓力注漿能有效彌補缺陷，恢復和提高基樁的承
載力。漿體在壓力的作用下通過充填、滲透和擠密作用使
樁身混凝土離析部位形成漿液與碎石的固結(jié)體，恢復和提
高樁身混凝土的強度。對樁底注漿通過漿液對沉渣的置換、
擠密和固結(jié)作用消除樁底沉渣對端承力的影響，并改善持
力層的物理力學性能，恢復和提高持力層土體強度。具體
施工時，首先對基樁進行鉆孔取芯，確認缺陷的位置及缺
陷的程度，對于大直徑樁需鉆2—3個孔，以保證注漿的質(zhì)
量 J。然后，埋設(shè)注漿管，注漿管直徑一般為2 em；開始
對缺陷部位或樁底進行洗孔，以保證水泥漿滲透膠結(jié)良好；
當孑L中冒水變清時，洗孔完畢，將孔上端封閉，并插上一
根出氣管。注漿采用純水泥漿，水灰比為l：1至0．6：1，并
添加高效減水劑。開始注漿，水泥漿把孔中水趕出并從出
氣孑L冒出時，將出氣孔封閉，進行高壓注漿。注漿過程中，
以注漿量和注漿壓力進行雙控，作好現(xiàn)場記錄。當壓入足
夠的量，注漿壓力達到3—5 MPa時，可終止注漿。
[ID：6749]
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