在我国铁路网快速扩张的大背景下, 钻孔灌注桩的优势逐渐凸显, 被广泛应用于铁路工程建设中。在长期的发展中已经具备了大直径、长深度的特征, 其优良的承载能力, 可以提升桥梁、房屋等工程结构的稳定性, 同时施工难度较小, 施工效率较高。对此, 必须不断完善相关技术体系, 切实保证桥梁基础的安全性、可靠性, 为我国交通运输行业健康发展保驾护航。

自20世纪60年代我国成昆铁路建成后, 钻孔桩基础得到了广泛应用。目前, 经50年的发展, 水中钻孔灌注桩施工技术逐渐成熟, 并且已在诸多水文地质复杂的地区得到成功应用。

在本文所探讨的南京长江二桥项目中, 将群桩作为桥梁的主墩结构, 单个围堰均设置了21根桩基, 其规格均为φ3.0m, 长为83, 113m, 下达基岩;2005年建成的东海大桥是我国第1座外海大桥, 采用了大口径超深钻孔灌注桩施工工艺, 主通航孔钻孔桩直径2 500m、桩长110m;2010年建成的石武客专郑州黄河公铁两用桥主桥桩径1.5～2.0m、桩长80～95m, 为确保松软的粉、细砂层成桩质量, 钢护筒采用6m高导向架1次下放就位;2014年建成的贵广铁路北江特大桥243号和244号主墩各采用了18根钻孔灌注桩, 桩径3.0m、桩长116～122.5m, 施工水深12～17m。

总之, 在桥梁建设中, 水下桥基施工直接影响整座桥梁的质量与安全。就近年来钻孔灌注桩技术的应用广泛性来看, 有必要加强对其的相关研究。

1) 开工前, 全面掌握设计文件, 明确所需施工规范, 做好技术交底。

2) 组建测量队, 精确开展桩位、高程测设、放样等工作;进场后测量工程师与技术人员开展接桩复测, 主要桩位设护柱, 加密临时水准点。

3) 根据施工组织设计要求安排原材料进场, 做好抽检工作, 确保原材料质量满足要求, 同时做好分类堆放保存。

4) 根据设计文件与现场情况, 科学确定水下灌注混凝土配合比。

钻孔灌注桩施工工艺流程如图1所示。

1) 正、反循环回转钻 (1) 正循环利用高压将泥浆泵压入孔底, 底部钻头回转时将钻渣带出护筒, 经过滤净化后的泥浆可重复循环利用; (2) 反循环泥浆从钻杆外流入井孔, 借助真空泵、空气吸泥机等吸出钻渣, 由于钻杆内径比井孔更小, 故钻杆内泥水上升速度快于正循环, 在桥梁钻孔桩施工中应用较多。

2) 冲击钻工程选用的是冲击式钻机设备, 同时引入卷扬机进行辅助作业。具体为:首先需将钻头提升至一定高度, 而后基于自由下落的形式将钻头垂落至土层, 以此起到冲击的作用, 此时部分碎渣与泥浆在压力作用下进入孔壁, 基于泥浆循环的方式将其排出。此方法在实际应用中, 不同地层宜选用不同钻头, 如对于碎石类土层结构, 应采用十字形钻头为宜;而对于砂砾石结构, 应采用管形钻头。

3) 旋挖钻旋挖钻的适用范围广泛, 可根据不同土质条件合理选择相应钻头, 常见钻头有短螺旋型、岩心螺旋型等。具体方式为:基于桅杆的导向作用可实现钻杆的下落, 此时钻头通过回转的方式对岩土进行破碎处理, 此过程钻头将随之钻入, 而后提出孔外, 并以此顺序进行循环作业。

在铁路桥梁工程中, 钻孔灌注桩施工必须严格根据经济、工期、技术等诸多因素, 合理搭建水上钻孔平台, 主要分为浮动式、固定式2种。

1) 浮动式施工平台常用于船只及舟桥浮箱的搭建作业, 其占用面积大、可承载荷载较小, 但施工快捷、方便。

2) 固定式施工平台此平台可进一步分为桩柱式、围堰式2种, 前者分为钢管桩单独搭设平台、打入的钢护筒配合钢管桩搭设平台2种, 结构稳定;后者具有优良的承重性能, 此时钢箱和围堰均是主要的承重结构。

近年来, 铁路桥梁钻孔灌注桩施工常面临深水作业的情况, 其关键在于防水、防土、防冲刷, 防水围堰的施工必不可少, 不同的桥梁地质、水文、施工条件等均存在较大差异, 常用的有钢板桩围堰、钢壁围堰、钢吊箱围堰等, 对实际情况进行分析而做出针对性选择。

本项目为新建成都至贵阳铁路乐山至贵阳段站前工程CGZQSG-8标段, 起止里程D1K217+648.586—D4K252+265, 全长34.367km。其中, 双线特大桥9 145.92m/9座, 大桥1 539.18m/6座, 中桥253.98m/3座, 框架桥27.15m/1座。本标段桥梁基础根据地质条件采用钻孔桩基础、挖孔桩基础和明挖基础。

在本项目中, 钻孔灌注桩是桥梁的核心基础结构, 桩径涉及范围广, 直径有100, 125, 150cm 3种形式。根据桩孔的分布、本标段地质条件、设计桩径、桩长等情况, 钻孔桩基础可采用冲击钻、旋挖钻钻进。

当桩基对应的水深高度不超过2m时, 宜采用草袋围岩筑岛的施工方式;当超出2m而不大于3m时, 宜采用钢板桩围岩的施工方式。新坝双线特大桥施工时, 5, 40, 51号墩基础采用钢板桩围堰;4, 6, 41, 42, 50号墩基础采用编织袋围堰。桥梁桩基施工泥浆沉淀后运至弃土场, 及时按设计要求施工弃土场支挡防护。

岩溶地区钻孔桩施工是本工程的重点和难点, 文章仅以此为例进行着重分析。在本工程钻孔灌注桩施工过程中, 应对不同岩溶发育情况拟定了6种处理方法。

1) 已探明较小封闭型溶洞钻孔前注浆加固。

2) 未探明岩隙钻孔时孔内泥浆面缓慢下降时, 使用优质膨润土+5%CMC外加剂+锯木灰, 冲程控制在1.0～1.5m, 堵住岩石裂隙, 防止泥浆漏失。

3) 未探明小溶洞钻孔时孔内泥浆面快速下降时, 使用小片石+黏土 (1∶1) 回填, 使用小冲程, 并做好补水。

4) 较大封闭型溶洞孔口附近备足块石、黏土、水泥等, 洞顶打穿后若出现漏浆的情况, 应立即填堵, 以免塌孔。

5) 单级串通型溶洞以规格为12mm厚的钢板为原材料, 对其进行加工, 从而形成双护筒。其中, 大护筒需跟进至溶洞顶岩石, 而小护筒则需跟进至溶洞下方0.5m处。

6) 多级串通型溶洞采用多级护筒跟进方法。

1) 注浆凝固后方可冲击成孔, 等待时间约10d。

2) 冲孔前做好相关备用工作, 包括黏土、水泥、片石等, 若出现泥浆泄漏情况, 可在第一时间封堵, 确保冲钻顺利进行。

3) 选用优质泥浆, 适当掺入水泥、烧碱、锯末, 提高泥浆胶体率, 保证悬浮能力良好。

4) 当岩面倾斜较大时, 钻头摆动撞击护筒或孔壁, 对此可回填片石, 孔底出现1个平台后正常冲孔。

5) 对于靠近岩溶的区域, 需采用轻锤冲击的方式进行施工, 并提升泥浆密度, 以此避免出现卡钻等现象。

钻孔灌注桩作为目前铁路桥梁主要基础形式之一, 其施工质量对桥梁的安全至关重要。在工程实践中, 应充分考虑钻孔所处的地质条件及桩基深度, 选择相应的钻进方法, 并合理确定钻头、钻速等, 做好全面质量检测工作, 涉及准备、成孔、灌注等工程环节, 需合理应对各种地质问题, 切实保障桥梁的整体质量。