摘要：铁路工程施工中防排水是工程质量控制重难点，从已竣工及目前正在运行的铁路工程的运营情况来看，部分铁路因“水患”严重影响运营安全，尤其路基地段地下水处理不达标，造成路基本体沉降、变形，造成返工处理高额成本，社会不良影响巨大。因此铁路工程对“水患”处理施工难度大，质量要求高，针对地下水丰富以及透水地基需单独考虑防排水措施。
关键词：铁路工程；透水地基；防排水；咬合桩；处理
引言
由于铁路工程对防排水质量要求高，“水患”对铁路工程运营安全带来严重后果和隐患，尤其路基地段地下水丰富或地基为透水地基时，地基防水处理尤为重要。本文就红层砂岩地基地下水丰富或地表水位高于路基面时防水处理进行研究，就具体的防水施工工艺、质量控制要点进行研究。由于红层砂岩地基防水性差，但基岩自身强度较，尤其路堑式路基地段采用咬合桩进行地下水防治，可减小开挖范围及工程量，避免对地表破坏和土体扰动，同时结合路基结构和边坡稳定性要求，可在咬合桩对水体处理完成后在桩体内侧增设混凝土挡墙，增加工程结构钢度，保证路堑边坡稳定性和安全性要求。
1、咬合桩施工流程及工艺
1.1施工流程
铁路地基防水处理较常用的施工方法有高压旋喷桩、帷幕灌浆、防渗墙等，咬合桩是采取在原地面机械套管钻机钻孔，灌注水下混凝土形成隔水混凝土桩墙。咬合桩设计原理主要为相邻混凝土排桩间部分圆周相嵌，并于后序相间施工的桩内安放钢筋笼，使之形成具有良好防渗作用的整体连续防水、挡土围护结构。其主要施工流程为：平整场地→桩位测定→混凝土导墙施工→套管钻机就位对中→校对钻机垂直度→跟管钻进→清碴确定孔深→B桩吊放钢筋笼→灌注混凝土→桩机移位→桩头破除→桩冠施工。
1.2工艺控制要点
咬合桩施工桩位平面布置示意图如下：
（2）咬合桩钻孔施工
咬合桩咬合宽度20cm～30cm，钢筋混凝土桩与素混凝土桩间距0.9m～1.0m，桩径均为1.2m。根据设计和规范要求，咬合桩施工原则为：先施工A桩（素混凝土桩），后施工B桩（钢筋混凝土桩），其施工流程为：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3，以此循环，其具体流程示意图如下：
钻孔桩机就位后，吊装第一节套管在桩机钳口中，校正桩管垂直度后，采用测斜仪附贴在套管外壁进行垂直度检测，压入深度约为1.5—2.5m，然后采用抓斗或反旋钻头从套管内取土，一边钻进一边继续下压套管，始终保持套管底口超前开挖面不小于2.5m。第一节套管全部压入土中后，检测垂直度，发现偏差及时纠正，检查合格后则安装第二节套管继续下压钻进，如此继续，直至达到设计孔底标高。
（3）桩体混凝土灌注
咬合桩桩体混凝土灌注过程中需注意以下几点：
A、第一序桩A桩混凝土要求最终强度等级不低于C35，坍落度180±20mm，第二序桩B桩要求初凝时间≥60h，3d强度值不大于3MPa。
B、在B桩施工中由于必须切割A桩，在A桩混凝土未达到某种强度的状态下，套管钻机的磨动和下切对A桩混凝土会产生损害。为此，采用延缓A桩混凝土的初凝时间，在A桩混凝土处于末初凝的状态下施作B桩的施工方案。据试验，掺SP型缓凝减水剂后，混凝土的初凝时间可延缓到60h左右（根据施工设备情况及施工速度确定），从而确保了咬合桩可操作性的实施。
C、水下混凝土灌注采用导管法，导管采用直径为Φ250的法兰式钢管。导管埋入混凝土的深度宜保持在2m～6m之间，最小埋入深度不得小于1m。严禁将导管提出混凝土面或埋入过深，一次拔出高度不得超过4m。
D、混凝土浇灌中应防止钢筋笼上浮，当混凝土进入钢筋笼底端1～2m后，可适当提升导管，导管提升要平稳，避免出料冲击过大或钩带钢筋笼。一边浇注混凝土一边拔管，应注意始终保持套管底低于混凝土面不小2.5m。
（4）桩头混凝土破除
钻孔灌注桩施工完成，待桩身达到设计强度80%，凿除桩头至桩顶设计高程，并对灌注桩进行检测，检测合格后，方可施工桩冠及其它结构。在路堑式路基地段若桩体内侧设有挡桩等其它结构以增加咬合钢度，需在桩休强度达设计强度要求后，进行咬合桩内侧土体开挖，桩前30cm土体采用人工开挖。
（5）冠梁施工
为提高咬合桩整体性和钢度，在咬合桩顶部增加钢筋混凝土桩冠，具体尺寸根据实际情况确定，一般冠梁宽1.7～2.2m，高1.0m，采用C35混凝土进行浇筑。
2、咬合桩质量控制指标
（1）素混凝土桩采用超缓凝混凝土，其初凝时间不小于60h，坍落度180±20mm，3d强度值不大于3MPa；
（2）钻孔桩采用全套管钻机钻孔施工，桩顶中心线施工偏差不得≥±10mm，严格控制桩身垂直度偏差不大于2/1000。
（3）为了保证钢筋笼吊装过程中的整体稳定及刚度，纵向钢筋接头位置相互错开，相邻两列钢筋的搭接接头错开35d设置，纵向受力钢筋采用闪光对焊或机械连接。
（4）咬合桩钢筋笼就位后顶面、底面的标高误差不得大于50mm。
（5）咬合桩桩底沉淤厚度要小于200mm，灌注混凝土应连续不得有中断。
（6）咬合桩采用低应变动测法结合声波透射法进行检测，当低应变动测法判定的桩身结构完整性为Ⅲ、Ⅳ类时，应采用钻芯法补充检测，检测数量不少于Ⅲ、Ⅳ类桩数的50%，且不得少于3根。
3、常见问题的预防与处理措施
3.1克服“管涌”的施工控制
“管涌”是指在B桩成孔过程中，由于A桩混凝土未凝固，还处于流动状态，A桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内。克服“管涌”有以下几个方法：
（1）A桩混凝土的坍落度应相对小一些，不宜超过18cm，以便于降低混凝土的流动性。
（2）套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离，以便于造成一段“瓶颈”，阻止混凝土的流动，如果钻机能力许可，这个距离越大越好，但至少不应小于2.5m。
（3）必要时（如遇地下障碍物套管底无法超前时）可向套管内注入一定量的水，通过水压力来平衡A桩混凝土的压力，阻止“管涌”的发生。
（4）B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面，如发现A桩混凝土下陷应立即停止B桩开挖，并一边将套管尽量下压，一边向B桩内填土或注水，直到完全制止住“管涌”为止。
3.2克服钢筋笼上浮的方法
（1）A桩混凝土的骨料粒径应小一些，不宜大于25mm；
（2）在钢筋笼顶部焊几条主筋固定在钻机底座上，增加固结力；
（3）混凝土灌注必须按操作规程进行。
3.3钻进入岩的处理方法
钻孔咬合桩仅适用于软土地质，但施工中遇到局部小范围区域少量桩入岩情况，可采用“二阶段成孔法”进行处理，不论A桩或是B桩，先钻进取土至岩面，然后卸下抓斗改换冲击锤。
3.4事故桩的处理方法
在钻孔咬合桩施工过程中，因A桩超缓凝混凝土的质量不稳定出现早凝现象或机械设备故障等原因，造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩，事故桩的处理主要分以下几种情况：
（1）平移桩位单侧咬合
B桩成孔施工时，其一侧A1桩的混凝土已经凝固，使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩。处理方法为向A2桩方向平移B桩桩位，使套管钻机单侧切割A2桩施工B桩，并在A1桩和B桩外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理。如下图所示：
4、施工质量控制要点
（1）在钻孔咬合桩桩顶以上设置钢筋混凝土导墙，导墙上设置定位孔其直径比桩径大20mm。
（2）桩身垂直度偏差不大于2/1000。
（4）钻孔桩桩前30cm土体采用人工开挖，桩间喷射混凝土找平前，应凿毛钻孔灌注桩混凝土表面，并应清除浮浆、松动石子、软弱混凝土层。
（5）分段开挖墙背临时边坡，每一分段长度不宜大于15m，开挖后及时浇注挡土。
（6）施工中应严格按照相关规范进行二次清孔操作，沉淤厚度小于200mm。
结束语
铁路工程路基地段透水地基防排水处理应结合实际地质情况和地形、地域等特点，坚持“以防为主，标木兼治，科学治理”的原则，因地制宜地采取治理措施。根据不同地质情况下预防地下水及高水位应采取合理的防治措施。在特殊地质地基情况下，采取咬合桩结合其它结构可加快施工进度，减小地表破坏和扰动，同时因施工机械要求低，施工工序单一，而防水效果较好，尤其结合其它结构可有效处理地下水渗流，并保证路堑边坡稳定，减小安全隐患，避免经济损失和人身伤亡，做到合格工程、绿色工程、环保工程。
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[4]李金锁.地铁深基坑施工全套管钻机钻孔咬合桩的应用[J].施工技术，2014（03）.
论文作者:张光勇,何延志,李鑫柱
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/23
标签：混凝土论文; 套管论文; 钻孔论文; 钻机论文; 地基论文; 钢筋论文; 路基论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;