高速铁路桩基施工技术探究

'高速铁路桩基施工技术探究　　摘要：本文根据作者多年的大型高速铁路施工经验，针对钻孔桩施工技术，论述了桥梁孔桩施工技术、工艺原理，对桩基施工的每道工序、技术操作要点等进行了阐述。　　关键词：高速铁路；桩基施工；技术　　中图分类号：U238文献标识码：A文章编号：　　引言：　　桩基础是高速铁路的重要组成部分，承载着桥梁的主体荷载，对其质量和技术的要求十分严格，由于环境地质等因素的影响，使施工技术人员面临种种困难，如何应对各种不利因素，使施工技术符合规范要求保证工程质量，下面我们就对桩基础施工技术深入分析。　　一、桥梁桩基施工的准备　　1.桥梁桩基施工位置的选择　　为了保证桥梁桩基的坚固性以及承载性，需要保障桩基施工位置的平整性，且需要具有专业的地质人员对施工环境的地质结构进行分析，保证施工场地的平整性。　　2.桩位的确定与测量8 　　施工位置平台搭建好以后，就应该确定桥梁桩基的地面坐标。一般来说，需要采用方木桩对桩位中心以及标高进行标示，进而确定开孔的位置，同时也需要埋设护桩。护桩埋设的技术规范：由桩中心处开始测量，而后在大于桩径50cm处均匀做出三个护桩的中心点并作出标记，而且要求护桩顶与地面保持水平，并用水泥砂浆对其简单浇筑以保证护桩的坚固。　　3.护壁的施工以及护筒的埋设　　在开挖孔的过程中，需要埋设护筒或者制作混凝土护壁以保障孔内的清洁，并且保证挖孔工作的顺利进行。现浇混凝土护壁的施工技术较为复杂，要求劳动强度较大，且混凝土护壁的施工质量也不好保证，容易出现蜂窝、渗水的现象。护壁施工采取一节组合式钢模板拼装而成，上一节护壁浇筑完成后，需拆下钢模板用于下一节，可循环周转。第一节井圈护壁是护壁施工的重点工序，应符合以下　　标准：（a）井圈中心线偏离设计轴线的距离，应不大于20mm;（b）井圈顶面应高于施工平面250～300mm，下面壁厚要低于上层壁厚100～150mm.相比而言，护筒埋设要较为简单，其要求水上主墩的钢护筒应采用厚度不低于12mm的钢板卷制，其与护壁的作用相同。对于钻孔的顶部与底部均需采用不低于12mm的钢板进行加固护筒的内径要大于钻头直径0.2～0.4m,且直径为2.5m的护筒需采用厚度为14mm的钢板卷制而成，其他直径尺寸的钢护筒则用厚度为10mm的钢板卷制。按照施工土质的实际情况，护筒的高度不能低于2m。护筒距离施工地面的高度要超过0.3m，要高于最高施工水位1.5m～2.0m。护筒埋置中心与桩位中心的偏差距离应不大于0.05m。　　二、钻孔桩施工技术分析8 　　做好一切施工准备以后，应该对钻孔施工设备进行检修，并且准备易损件的备件，也要综合布置施工道路、用水管路以及电力线路等。钻机开动之前，应固定好钻机设备的底座并保证其平衡稳定，钻机的固定支架应处于施工平面，不应压制护筒。对于采用冲(抓)钻具的钻架必须用缆绳或斜撑予以加固。回旋转钻机就位必须用水准尺校核,保证钻机起重滑轮、转盘中心、护筒中心在一条垂直线上,偏差不得大于2cm。　　1、反循环施工法　　1.1施工程序　　设置护筒→安装反循环钻孔→钻进→第一次处理孔底虚土(沉渣)→移走反循环钻机→测定孔壁→将钢筋笼放入孔中→插入导管→第二次处理孔底虚土→水下灌注混凝土,拔出导管→拔出护筒。　　1.2施工特点　　1.2.1护筒埋设极为重要,护筒直径比桩径大15%左右。端部应打入粘土层或粉土层中,以保证不漏水，若确需将护筒端部打入填土，砂或砂砾层中时,应在护筒外侧回填粘土,分层夯实,以防漏水。　　1.2.2要使反循环施工在无套管情况下不坍孔,须具备以下五个条件。　　1.2.2.1确保孔壁任何部位的静水压力在0.02MPa以上,护筒内的水位要高出自然地下水位2m以上。　　1.2.2.2泥浆护壁,保持孔内有一定水压以稳定孔壁;延缓砂粒等悬浮状土颗粒的沉降,易于处理沉渣。并使钻孔内不同土层中的空隙渗填密实。　　1.2.2.3保持一定的泥浆比重　　通常在粘土和粉土层中钻进时泥浆比重可取1.02~1.04。在砂和砂砾等容易坍孔的土层中挖掘时,必须使泥浆比重保持在1.05~8 1.08。泥浆比重过大,则钻进困难,效率降低,并易产生堵塞"在不含粘土或粉土的纯砂层中钻进时,还须加入粘土,造浆粘土应符合下列技术要求:胶体率低于95%;含砂率不大于4%;造浆率不低于0.006~0.008m³/kg。　　1.2.2.4钻进时保持孔内的泥浆流速比较缓慢。　　1.2.2.5保持适当的钻进速度，在砂层中钻进还需考虑泥皮形成的所需时间;在粘性土中钻进则需考虑泥浆泵的能力,并要防止泥浆浓度的增加。钻进速度的选择可参考表1.　　表1.反循环法钻进速度与钻头转速的参考表　　　　　　（注:本表摘自日本基础建设协会“灌注桩施工指针”）　　1.2.3反循环钻机的主体可在与旋转盘离开3m处进行操作,这使得反循环法的应用范围更为广泛。　　1.2.4钻进的钻头不需每次上下排弃钻渣,只要在钻头上部逐节接长钻杆(每节长度一般为3m),就可以进行深层钻进,与其它桩基施工法相比,越深越有利。　　1.3施工注意事项　　1.3.1规划布置施工现场时,应首先考虑冲洗液循环、排水、清渣系统的安设,以保证反循作业时,冲洗液循环通畅,污水排放彻底,钻渣清除顺利。8 　　1.3.2冲冼液净化清水钻进时,应清除沉淀池内钻渣,且沉淀池应交替使用，及时清除沉渣。泥浆钻进时,宜使用多级振动筛和旋流除砂器或其它除渣装置进行机械除砂清渣，振动筛主要清除粒径较大的钻渣,筛板(网)规格可根据钻渣粒径大小分级确定，应及时清除循环池沉渣。　　1.3.3钻头吸水断面应开敞、规整,减小流阻,以防砖块、砾石等堆挤堵塞;钻头体吸口端距钻头底端高度不宜大于250mm。　　1.3.4钻进操作要点　　1.3.4.1起动砂石泵,待反循环正常后,才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底;开始钻进时,应先轻压慢转,正常后逐渐加大转速,调整压力,并使钻头吸口不产生堵水;　　1.3.4.2钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣的情况;排量减少或出水中含钻渣量较多时,应控制钻进速度,防止因循环液比重太大而中断反循环;　　1.3.4.3钻进时参数应根据地层、桩径、砂石泵的合理排量和钻机的经济钻速等加以选择和调整"钻进参数和钻速的选择见表2.　　　　表2.泵吸反循环钻进推荐参数和钻数表　　　　　　（注：①本表钻进参数以GPS-15型钻机为例:砂石泵排量要考虑孔径大小和地层情况灵活选择调整,一般外环间隙冲洗液流速不宜大于10m/min,钻杆内上返流速度应大于2.4m/s.②桩孔直径较大时,钻压宜选用上限,钻头转速宜选用下限,获得下限钻进速度;桩孔直径较小时,钻压宜选用卜限,钻头转速宜选用上限,获得上限钻进速度。）8 　　1.3.4.4在砂砾、砂卵、卵砾石地层中钻进时,为防止钻渣过多,卵砾石堵塞管路,可采用间断钻进、间断回转的方法来控制钻进速度;　　1.3.4.5加接钻杆时,应先停止钻进,将钻具提离孔底80~100mm,维持冲洗液循环1~2min,以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净,然后停泵加接钻杆;　　1.3.4.6钻杆连接应拧紧上牢,防止螺栓、螺母、拧卸工具等掉入孔内;　　1.3.4.7钻进达到要求孔深停钻时,仍要维持冲洗液正常循环,清洗吸除孔底沉渣直到返出冲冼液的钻渣含量小于4%为。　　1.3.5气举反循环压缩空气的供气方式可分别选用并列的两个送风管或双层管桩钻杆方式。气水混合室应根据风压大小和孔深确定,一般风压60OkPa,混合室间距为24m。钻孔内径和风量配用,一般120mm钻杆的用风量为4.5m³/min。　　1.3.6清孔　　清孔要求清孔时应观测孔底沉渣厚度和冲洗液含渣量,当冲洗液含渣量小于4%,孔底沉渣厚度符合设计要求时即可停止清孔,但应保持孔内水头高度,防止坍孔发生。第一次沉渣处理在终孔时停止钻具回转,将钻头提离孔底50~SOcm,维持冲洗液的循环,并向孔中注入含砂量小于4%的新泥浆或清水,令钻头在原地空转10分钟左右,直至达到清孔要求为止。第二次沉渣处理在灌注混凝土之前进行第二次沉渣处理,通常采用普通导管的空气升液排渣法或空吸泵的反循环方式。　　2、正循环钻成孔法8 　　正循环钻成孔法施工工艺类似于反循环钻成孔法,只是正循环钻成孔法的排渣方式采用正循环,泥浆由泥浆泵输进钻杆内腔后,经钻头的出浆口射出,带动钻渣沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升到孔口溢进沉淀池后返回泥浆池净化,再循环使用。　　3、桩身钢筋工程的技术分析　　钢筋笼的长度与孔的深度以及施工技术要求有关，钢筋骨架应具备足够的刚度以及稳定性，以保证钢筋骨架主体结构不松散。一般来说，钢筋笼的主筋采用搭接焊，钢筋笼加长则采用氩弧焊，为保证焊接质量的刚度需要保证焊接接头的冷却温度不低于5℃。钢筋笼在检验合格并加固后方可入孔，入孔后需进行校正，使其中心与轴线相吻合。钢筋笼一般为现场加工，钢筋笼需按照设计图纸的技术要求规范进行制作。Ⅰ、Ⅱ级钢分别采用E43、E50焊条，而且焊缝的长度以及高度也需要满足相应的技术标准。纵横钢筋的接头处焊牢并保证强度，同一截面钢筋搭接面积不得超过总面积的一半。为控制保护层，需在钢筋骨架外侧设置定位加强筋，,将定位钢筋焊接在骨架主筋上,数量每1.0～1.5m一个,不少于4个。　　三、混凝土的施工技术分析　　按照相关的技术规范，按照相应的配料比对混凝土进行搅拌，混凝土的搅拌时间不低于1.5min,混凝土搅拌完毕后应进行和易性、坍落度的检测，合格后方可准备进行浇筑。灌注混凝土是桥梁桩基工程的主要工序，其直接影响着桩基整体的质量特性，在灌注前应进行清孔、清渣的施工，并检测孔底的沉淀厚度，使其满足设计标准。为了保证桩心混凝土的聚合性，在进行灌注时，应采用溜槽以及串筒距离混凝土面2m之内，不能够采用倒车卸料或人工抛铲的方式灌注以保证混凝土整体强度。8 　　混凝土灌注之前，应设置导管，导管位于井孔中央，安装前应进行水密、承压以及接头的抗拉实验，确保导管的牢固稳定，孔底应注意防止地下水的进入，且积水层的厚度应低于50mm，否则应使用导管设法将水分吸干。水下混凝土的施工技术规范为：混凝土的坍落度应控制在18～20cm以内。混凝土应边浇边压实以保证其密实度。进行混凝土灌注过程中，在相邻10m范围内不得进行钻孔作业。此外，在混凝土灌注12h后应进行浇水养护，养护时间不少于一周。　　结束语：　　综上所述，严谨、科学的施工技术是高速铁路工程质量的保证，借鉴好的施工技术使我国的铁路建设提升一个高度。　　　　参考文献：　　　　[1]陈新梅.浅谈钻孔灌注桩施工中常见质量问题的原因及对策.《黑龙江交通科技》,2006.　　[2]王鑫.浇筑道桥建设水下混凝土常见事故处理.《安全与环境工程》,2005.8'