（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京，怀柔，101400）
【摘 要】通过川东北大巴山风化岩地区铁路桥梁冲击钻孔桩施工工程实例,阐述了冲孔桩施工技术及事故分析处理措施,并对事故成因进行透彻分析,同时结合规范标准给予了相应的纠正、指导。并提出了冲击钻施工的发展前景及价值，对今后类似环境条件下的桥梁基础施工具有借鉴意义。
【关键词】冲击钻；风化岩；流砂层；水下混凝土；事故分析处理
一、工程概况
新建铁路广元至达州线巴中至达州段付家梁特大桥中心里程DK96+727，桥跨结构为(1×24m+45×32m)预应力混凝土简支T梁，全长1.51公里，下部结构为桩基承台、矩形墩身。全桥共有桩基391根，其中钻孔桩213根，桩径分别为1.25m和1.5m两种。每个承台均为群桩，5根～16根不等呈梅花形和行列式布置，桩长12.5～32.5m不等。
二、工程地质情况
桥址所在地为侵蚀、剥蚀的低山丘陵区，地面高程265～333m，相对高差50～100m，山丘低矮圆缓，浅沟与宽谷交错，形成丘间洼地。全区泥岩广布，经风雨日综合作用，表层风化迅猛，降雨充沛，岩层间隙地下水含量极其丰富。靠近稻田、冲沟处有覆盖2～6m粉质黏土，如13#、14#墩、26#墩和35#墩，而地势相对较高的41#～43#墩间，在冲孔进入弱风化岩层之后，发现层内夹有已风化的岩层，并且存在流砂、地下水流等。
三、冲孔桩的施工技术
冲孔桩的工艺流程：场地准备→桩位放样→做引桩→埋设护筒→钻机就位→通过引桩复查桩位→冲击锤冲进造浆并调试泥浆、→冲孔过程控制→成孔检测→清孔→吊装钢筋笼→安放导管→二次清孔并检测→混凝土灌注→桩头处理→基桩检测。
3.1施工准备
3.1.1桩位坐标放样
采用全站仪逐桩放样，孔位坐标计算精确至毫米，测放后用钢尺拉取桩位间距作为复核。同时做好引桩，以便恢复桩位时使用。
3.1.2钢护筒埋设
钢护筒除了保持孔内泥浆及孔外水土平衡外，还起到定位、导向、防止塌孔作用。护筒内径比桩径大30cm～40cm，护筒顶面高出作业面不少于0.3m，护筒的埋设深度主要根据桩径及水文地质情况确定，陆地上埋设深度一般为护筒外径。在粉质黏土层，护筒底刃脚至少要深入不透水层0.5m，确保护筒底部四周严密不渗漏。护筒中心线需与桩中心线重合，顶面位置的允许偏差为50 mm，筒壁倾斜度允许偏差为l％。采用水准仪测设护筒标高作为控制孔深的准绳，冲孔过程中要经常检查是否发生偏移和下沉，及时纠正，并重新测设护筒标高，修正冲孔深度。护筒顶部留设出水口，以便于泥浆外排。
3.2施工机械设备的选择
根据现场地质情况、桩径、桩长、以及现场施工条件，同时兼顾工期、成本等因素，全桥采用CK系列冲击钻机，配置十字形锤头。冲击钻造孔后，在孔壁四周挤密形成一层密实的黏土层，极大地稳定孔壁并提高桩基承载力。根据试桩成孔验收得出选配锤头尺寸如下表：
3.3泥浆的配制
泥浆采用孔内造浆技术，桥址区域为粉质黏土及风化泥岩，经锤头冲击可在孔内形成天然的泥浆，无需外掺膨润土等改良材料。配制的泥浆的各项指标（比重、黏度、含砂率等）均能满足工法所要求的护壁及浮运钻渣的作用。
3.4成孔工艺
3.4.1成孔检查
终孔后根据引桩恢复孔位中心，孔位沿线路和垂直线路方向的允许偏差都不得超过100mm，孔径及孔深均要达到设计尺寸，且能满足孔底入弱4m的要求，孔身的倾斜度偏差须小于1％。
3.4.2清孔
在成孔检查合格后立即采用换浆法进行清孔，符合正循环冲击钻施工工艺要求。合格标准：经2mm筛网过滤孔内排出的泥浆无颗粒，泥浆比重经检测不超过1.1，含砂率不大于2%，黏度控制在17～20s以内，沉渣厚度要求小于50mm（柱桩）。钢筋笼就位后，需再次检测上述项目，如若数据超标则需进行二次清孔，采用加大孔深的方式替代清孔是不可取的。
3.5钢筋笼的制作和安装
3.5.1钢筋笼制作
在可移动台架上加工成型，长度超过20m的骨架需要分节制作。主筋接头采用双面搭接焊之前要预弯，保证同轴，且接头位置要错开，位于同一截面的数量不得超过总根数的50%。
3.5.2钢筋笼安装
现场加工，原位起吊、入孔，分节合龙焊接时采用单面搭接焊，接头错开0.7m以上（35d且不小于0.5m）。吊装时适当增设吊点、平衡受力以避免钢筋笼变形，就位后经检查无误方可采取可靠措施固定，以避免浇筑过程骨架上浮。
3.6 灌注机具安装，混凝土配制
3.6.1安放导管
静水压力的试验压力下，导管不漏水。吊装时导管需位于孔位中心保持竖直，并进行升降试验，确保吊装升降设备的起重能力与充满混凝土的导管、料斗的总重，以及孔内的导管与混凝土摩阻力相匹配，并有足够的安全储备。
3.6.2机具设备的准备
采用钢制储料斗，容量满足首批浇筑混凝土的数量要求，吊升设备即为钻机自带的卷扬机和支架，HZS75双机组混凝土搅拌站，另配备l台20 t吊车、2台150kw发电机组。
3.6.3混凝土配制
采用C30水下混凝土，原材料及配合比选定经中心试验室上报检测单位检验合格后用于施工。试验室根据砂石含水率、运距以及天气情况及时调整施工配合比，确保混凝土具备良好的灌注性，坍落度可以适当接近上限值。
3.7灌注水下混凝土及注意事项
（1）成孔检查合格，并且清孔检测(泥浆指标和沉渣厚度)达标后，须立即组织灌注混凝土。如遇特殊情况不能及时灌注，需提高孔内泥浆比重并保持循环以防塌孔，灌注前再重新清孔检测。
（2）严格控制混凝土的坍落度、含气量等指标，确保和易性、粘聚性、不离析。
首批灌入混凝土的方量要满足导管埋置深度≥1m，并满足填充导管底部的高度（压住泥浆水头），导管在灌注全过程的埋置深度须控制在2 m～6 m，不利条件下最小埋深不小于1m，最大不得超过8m。
导管提升过程尽量竖直、居中，根据进料和泥浆外排情况，及时跟踪测量孔内混凝土的顶面高程，确定导管埋深，还要避免漏斗料满外溢而落人孔内。当导管内的混凝土不满时，须控制后续混凝土的放料速度，以避免将导管内的空气瞬间压缩，生成较大的压力，造成导管密封破坏或喷料伤人。灌注完成的桩顶混凝土高程须高出设计高程0.5m以确保桩头质量。
灌注混凝土要紧凑、连续，拌合站双机组并配备8辆运输罐车，确保供应及时，严禁中途停工。
拆除导管尽量迅速快捷，中断最长不可超过混凝土初凝时间，严防杂物、工具等落入孔内。
（3）防止钢筋笼上浮措施
调整好泥浆各项指标、控制好混凝土和易性、适当减少导管埋置深度、连续灌注以缩短总时间、钢筋笼采取可靠的固定措施。
（4）导管及钢护筒拆除
为避免桩顶的泥浆挤入导管拔出后留下的孔洞，要放慢最后一段导管的提升速度。护筒顶面高于桩顶2m以上，灌注完毕即可移走护筒，桩顶混凝土不受影响。
3.8桩头处理
采用风镐或电镐进行人工剔凿至设计桩顶高程+10cm（嵌入承台部分），保证桩顶干净、平整、无裂纹。桩基钢筋要完整，不允许任意弯折或加热修整，折断的钢筋重新焊接且保证足够的搭接长度。
3.9成桩检测
桩身完整性检测一般要求桩基混凝土强度达到70％以上才允许进行。付家梁特大桥所有桩基均由建设单位委托的第三方工程质量检测机构逐根进行低应变反射波检测，其中冲孔桩合计为213根，检测出I类桩213 根（含处理桩），合格率达到100％。
四、冲孔和灌注过程的事故分析及处理
由于天气、操作等因素，发生几起断桩、夹泥病害事故，现结合本桥发生的实例加以分析。
4.1冲孔过程遇见夹层及流砂层
4.1.1事故描述分析及处理
41#、42#墩冲孔过程中，由于该位置地层为弱风化砂岩中间夹杂有强风化砂岩、且存在地下水路（设计地勘未探明），水流速度较大，将冲击锤冲斜跑偏，桩在冲进10余米位置出现不同程度的偏孔，其中41-6#、42-3#桩孔直接导致卡锤。作业人员尝试多种方法解救冲孔锤，最后采用水下爆破方式并在挖掘机牵拉配合下取出锤体。事后向孔内投入大量片石并灌注混凝土，才得以完成冲孔作业（丢入的片石大部分被流砂冲走，最后一部分堆积在孔圈周围，浇筑快凝混凝土得以稳固流砂）。
4.1.2经验总结
事先熟悉设计图纸，掌握第一手地质资料，做到心中有数。冲孔过程必须专人盯控放绳，发现异常立即停止作业。分析事故原因，及时采取可靠的措施，将事故产生的影响降至最低。
4.2断桩处理
4.2.1事故描述分析及处理
21-5#桩在桩身灌注4m高度时遭遇暴雨，由于施工便道弯急坡陡，路面湿滑，导致后续混凝土无法运至现场继续浇注。紧急情况下及时拆除灌注设备并将钢筋笼整体吊出，后期恢复施工重新冲孔。30-3#桩灌注作业时遇到同样恶劣天气，桩身灌注过半，剩余12m空桩，钢筋笼无法提出。后期考虑采用清孔干灌作业，由于桩孔较深，且孔壁残留泥浆易脱落，无法保证孔内作业安全。经项目部征求各方意见后最终决定原位复桩：在孔内填入片石，冲击钻重新冲孔，将钢筋笼及已灌注的半段桩身全部砸碎，用电磁铁将钢筋残渣吸出，混凝土碎末则随清孔泥浆排出。处理前，钻头底面满焊高强度合金钢，处理过程及时补焊修整，确保了作业效率。
4.2.2经验总结
做好便道维护、保养以及营造良好的路地关系，确保任何紧急情况下都能畅通无阻，并实时掌握天气情况，做好应急预案。
4.3 桩身夹泥处理
4.3.1事故描述分析及处理
14-5#桩在成桩检测时发现在桩头以下3.5 m处有桩身不完整迹象，开挖后发现该部位桩周有1/3体积夹泥。据日志记载，灌注至此高程时，作业人员操作失误将导管拔出混凝土面，虽经热接处理，效果还是没有达到理想要求。考虑病害位置距离桩顶不长，将缺陷桩凿除后重新浇注补齐，并经低应变检测全桩完整性达I类桩标准。
4.3.2经验总结
灌注过程，技术人员必须认真量测并详实记录灌注面高程及导管埋入长度，确保富余量，不超拔。一旦将导管拔出混凝土面要按应急预案果断、细致处理，量测好所灌注的混凝土面高程，将导管底置于混凝土面之上8～10cm。计算管内混凝土用量，待放入足够数量的混凝土完全排净管内泥浆瞬间将导管插入混凝土面以下，余下步骤则按正常程序灌注桩身混凝土，该种方法即为热接法。倘若缺陷部位较深，开挖困难，则可采用高压喷射注浆法，通过在桩身钻孔取芯、下管冲洗排污及顺管注浆补强形成完整桩体的措施实现。
五、结束语
冲击钻孔桩施工较好地解决了川东北地区泥岩夹砂岩地质情况下的桥梁基础施工问题，有效的控制了施工质量。总之，技术准备工作是重中之重，掌握施工过程采取正确的工艺工法，抓好泥浆和混凝土的指标控制，做好施工记录，牢牢把好各个工序的质量关，不放过任何一个环节等一系列的举措是消除质量事故的不二法门。
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论文作者:贺荣浩
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年12月供稿
论文发表时间:2016/4/14
标签：混凝土论文; 冲孔论文; 导管论文; 泥浆论文; 钢筋论文; 作业论文; 高程论文; 《工程建设标准化》2015年12月供稿论文;