戈壁地区铁路桥梁桩基旋挖钻干法成孔施工技术探析

  戈壁地区铁路桥梁桩基旋挖钻干法成孔施工技术探析  Summary：以新建武威铁路专用线工程跨长城大桥桩基施工为案例依托，针对西北戈壁滩桥梁桩基施工展开分析研究。施工中结合工程实际水文地质情况，采用旋挖钻干法成孔施工技术，确保了工程质量、提高了施工工效，节约了成本，并减小了对戈壁环境的影响，对同类地质、气候地区桩基施工具备一定的参考作用。Keys：戈壁地区；钻孔桩；旋挖钻干法；成孔施工技术钻孔灌注桩是我国桩基施工中应用最为成熟的技术之一。旋挖钻机钻孔是钻孔灌注桩的一种成孔技术，其具有成孔速度快、成桩质量好、施工工期短等特点，得到了我国工程建设者的广泛认可，被认为是一种先进的施工工艺。而在西北戈壁地区传统的旋挖钻成孔技术有一些可改进的空间，在工程实施中结合西北戈壁地质环境特性，采用旋挖钻机干法钻进的技术开展钻孔施工，并对其进行了深入的分析。1.工程概况武威铁路国际集装箱场站项目地处甘肃省武威盆地南缘山前冲、洪积平原区，地势平坦、开阔，场区内地表水不发育，为典型的戈壁地质。本大桥主梁全长127.5m,为预应力混凝土箱梁，梁部采用先梁后拱的施工方法。桥梁桩基采用采用直径150cm钻孔桩基础，旋挖钻成孔，桩基桩长为31m,共32根桩。桥址区地层为第四系上更新统冲、洪积细圆砾土、粗圆砾土。各层岩性分述如下：（1）细圆砾土（Q3al+pl6）：桥址区主要地层，厚大于65m,黄褐色，浑圆状，砾石成分以砂岩为主，粒径2～20mm的约占35—40%，20～60mm约占20%～30%，大于60mm的约占5%，余为杂砂及土充填，潮湿，5.0m以上中密，Ⅱ级硬土，бo=600kPa；5.0m以下密实，Ⅲ级硬土，бo=550kPa。（2）粗圆砾土（Q3al+pl6）：以透镜体状分布于细圆砾土层中，黄褐色，浑圆状，砾石成分以砂岩为主，粒径2～20mm的约占10%～15%，20～60mm约占50%～60%，大于60mm的约占5%，余为杂砂及土充填，潮湿，4.4m以上中密，Ⅲ级硬土，бo=600kPo；4.4m以下密实，IV级软石，бo=750kPa。（3）水文地质条件：场区内无河流及自然冲沟，地表水不发育。勘探中未揭示地下水，地下水埋深大于70m。报据QDZ-1钻孔土中氯离子含量为70mg/kg，硫酸根离子含量为137mg/kg，判定环境土对混凝土无腐蚀性。2.确定根据设计资料、本工程现场施工条件及施工能力分析，确定钻孔桩施工采取旋挖钻成孔作业。传统旋挖钻施工中大量应用泥浆护壁技术，可保障孔壁稳定，减少塌孔风险，故各工程广泛使用此种工艺。但本着因地制宜的思想，结合本工程地层稳定、水位深的实际情况，旋挖钻干法成孔技术也具备使用条件。故在钻孔桩正式施工之前，首先进行旋挖钻干法成孔灌桩、泥浆护壁成孔灌桩工艺性试验，经过对这两种成桩工艺施工效果进行全方位对比分析，以确定本项目适合采用的施工工艺。2.2旋挖钻干法成桩工艺不足之处：施工经验不足，对地层稳定要求高，有一定的安全质量风险。工艺优点：①施工过程中除砼灌注必须保持连续进行外，在受西北戈壁滩地区高温、强风等恶劣天气影响暂时需要施工时，成孔后一定时间内不易坍孔和改变孔形，减少在极端天气下的安全质量风险；②整个钻孔过程中基本不影响本地层原始含水量，有利于孔壁不发生坍塌状况；③桩基外形较规则，桩径变化不大，无夹渣以及断桩风险，成桩质量好。2.1旋挖钻泥浆护壁成桩工艺不足之处：①施工中扩孔状况不好控制，灌注时混凝土超量情况多，不利于控制施工成本，成桩后桩基质量不太稳定，因全程使用泥浆循环护壁，不利于砂砾类地层稳定，桩基易出现夹泥沙、断桩等问题；②武威地区地质条件特殊，桩基深度范围内地层含水率非常低，地下水埋深大于70m，地层多为细圆砾土，泥浆易导致孔径增大。工艺优点：有成熟的工艺技术和工艺标准，铁路客专桥梁建设中积累了大量的实践经验可以借鉴，技术成熟。2.3两种工艺对比工程质量方面两种施工工艺各做了3根试验桩，完成后进行了成桩检查。结果显示：6根桩都合格，均为Ⅰ类桩。说明两种工艺均能保证施工质量，差别不明显，但干法成孔施工有利于避免出现夹砂、夹泥等断桩情况，成桩质量好。施工工效方面采用泥浆护壁的桩、干挖成孔灌桩工艺两种施工工艺主要工序平均用时对比表施工工艺制造泥浆（含1泥浆池，小时）钻进（小时）下钢筋笼及导管（小时）清孔（小时）灌注（小时）泥浆护壁灌桩1.56.5522.5干法成孔灌桩064.802采用泥浆护壁灌桩每根桩平均用时17.5小时，干法成孔灌桩每根桩平均用时12.8小时。由此可知，在本地质环境下，旋挖钻干法成孔灌桩比传统泥浆护壁灌桩成桩快，平均每根节约用时4.7小时，主要是干法成孔灌注优化减少了施工工序。施工成本方面泥浆护壁灌注桩和干法成孔灌注桩均有不同程度扩孔，但在此类地质中，干法成孔技术的应用使得扩孔比泥浆护壁成孔的有所减少，不过两者混凝土均有超方。在最后桩头超灌中，干法成孔工艺的每根桩均比泥浆护壁成孔的桩少超灌30-40cm，由此可节约混凝土成本。另外干法成孔灌注桩头凿除的工程量平均减少0.62立方米，节约了部分人工。平均每根桩消耗量对比详见下表：项目名称泥浆护壁灌桩干法成孔灌桩差值节约率备注混凝土使用量｛立方米｝60.357.82.54.1%凿除桩头时间（工日）1.00.70.330%吊车配合干法成孔对比泥浆护壁成孔少了制备泥浆、清孔两个工序。而泥浆需要最后全部外运，每根桩使用泥浆约160立方米，泥浆外运单价为40元/立方米，每根桩需要费用6400元，使用干法成孔施工时可完全节约此项费用。此外干法成孔施工无需清孔，由此也节省了清孔费用，提高了成桩效率，减少了工序成本。周边环境方面泥浆护壁成孔需要制备泥浆，前期使用和后期转用以及最终处理泥浆容易污染周边环境，且需大量使用水资源，不利于保护戈壁生态环境。而干法成孔灌注桩就避免了这些问题，有利于现场文明施工，有利于减小对戈壁环境的影响。2.4施工工艺确定通过旋挖钻泥浆护壁灌注桩和干法成孔灌注桩两种施工工艺在质量、工效和成本等方面比较分析，并结合本项目工程特点，最终确定采用旋挖钻干法成孔灌桩的工艺进行桩基施工。3.施工技术阐述3.1施工主要工序1）场地平整、测量放线定桩位先对桩位进行精确放样，以保证对钻孔进行精确控制，并做出明确标记，护筒埋设前按“+”字交叉的方法埋设护桩，做好保护。埋设护筒、钻机就位护筒采用4m长钢护筒，埋设的时候设立定位和导向装置，保证埋设位置准确。钻孔前，复核护筒位置，确保护筒和桩位的中心偏差小于50mm。由于不受泥浆循环的限制且渣土可及时清理，护筒露出地面的高度可适当降低，便于钻孔作业。施工图旋挖钻机钻进钻孔桩施工采取跳打方式进行施工，钻孔前技术人员对其进行技术和安全交底后方可开始钻进。施工过程要严防各类事故，随时观察，保证钻孔安全。钻机钻进的过程中要专人记录，及时采取渣样，判断土层并与图纸地质核对。钻孔中对孔深、孔位以及倾斜度等定时进行检查。刚开始钻进速度宜慢不宜快，后面钻速需根据地质条件调节。终孔验收孔深达到设计深度后进行检查验收工作，需检查地质情况是否与设计一致，并对孔深、孔形、孔位以及孔径进行查验，孔径、孔深不得小于设计值，倾斜度小于1％，孔位偏差不得大于50mm。如发现不符合要求，则必须重新清理孔，再次验收合格后才能进行下一道工序。5）钢筋笼吊装就位钢筋笼在钢筋棚提前采用箍筋成型法加工制作。利用吊车整节吊入钻孔中，吊入钢筋笼时要专人指挥，不可急下急上，不得强行插入，严防因为碰撞而造成孔壁塌孔。钢筋笼安装位置应符合设计要求。6）下导管导管使用直径为300mm的圆钢管。导管下放后，需确认导管底口距孔底应有250-400mm的距离。由于采取旋挖钻干法成桩施工，孔中无泥浆，所以对导管接头可不做水密试验。混凝土灌注根据灌注时间及方量，提前安排拌和站拌合混凝土，保证桩基可连续灌注。计算好首批混凝土灌注量，需要保证导管埋入不小于lm位置，灌注过程中导管埋入深度需要在2～6m之间。在设计桩顶标高超灌20～40cm，确保桩基质量。混凝土灌注完成后，钢护筒在混凝土初凝前拔出，孔口采取防护网片防护，达到混凝土初凝时间后，对孔口及时回填。3.2施工过程中的技术要点分析1）干法成桩钻进施工技术要点在使用旋挖机钻进时，钻头也要合理选择，本工程采用平底钻头。在钻孔开始时，一定要保证钻杆垂直钻人地层，并逐渐的加大钻杆压力，以慢进尺、高钻速、小跟进量的方式进行钻孔，尽量在钻进过程中保持钻杆压力不变。在钻进时，如发现钻机摇晃剧烈、钻杆上下窜动以及进尺变得极小等问题时，应立即停止钻进并检查、查找异常原因，采取相应的处理措施。当钻进至设计深度时，将钻头空转几圈后，才可以提出钻杆。当不能连续钻进、必须暂停时，钻头要距离孔底5m以上或者直接提出孔外。在钻进作业时，技术人员应详细地记录钻进情况，并绘制实际地质图。干法成桩清孔施工技术要点在结束钻孔作业后，应通过旋转钻头对孔底清理一遍，及时清理出孔底虚土。而后通过桩孔探孔器对孔径、孔形等进行查验，用于判断桩孔质量是否符合设计要求，并详细记录检测数据。3）混凝土灌注施工技术要点在旋挖钻干法成桩施工时，可以利用导管进行灌注混凝土，并利用混凝土对导管的反压扰动达到振捣目的。考虑不使用泥浆护壁的情况，严格按照设计要求合理选择混凝土型号。环境气温变低时，要加强对混凝土入孔温度的测量。4.施工验收技术分析采用旋挖钻干法成孔技术完成本工程桥梁钻孔灌注桩施工后，利用无损检测手段，对本工程钻孔桩桩身混凝土的强度、均匀性等各项质量指标参数进行了检测分析。结果显示：桩基总计32根，均为I类桩，均无质量问题。在此种地质条件下利用旋挖钻干法成孔施工技术施工的桩基质量可靠。5.结语综上所述，在西北戈壁地区进行铁路桥梁工程施工时，在充分了解工程地质、气候情况特点的条件下，可使用旋挖钻干法成孔施工技术。干法施工成孔速度快，成桩质量优良，提高了桩基施工的质量和效率，且施工过程中无需制备泥浆及排放，有效降低了工程成本，同时减少了对周边环境的污染。旋挖钻干法成孔施工技术在本工程中的成功应用，可供相类似工程参考。Reference[1]马龙祥.浅议高原铁路桥梁桩基旋挖钻干法成孔施工技术[J].建筑工程,2021(05):140-141.[2]许林.超高层建筑施工中干法旋挖成孔灌注桩工艺的应用[J].中国房地产业,2020(19):178.[3]元自强.旋挖钻干法成孔灌注桩施工技术探讨[J].建筑工程技术与设计,2019(18):554.[4]陈欣乐,吴星,郭强,等.超高层建筑施工中干法旋挖成孔灌注桩工艺的应用[J].建筑施工,2019,41(4):570-572.[5]朱红庆.戈壁风区圆砾土地质桥梁钻孔桩旋挖钻机干孔法成桩施工工艺[J].工程施工技术,2013(04):151-154.6 -全文完-