论文部分内容阅读
【摘 要】铁路桥梁钻孔桩由于具有桩径大、承载力高、噪声小以及施工简单等优势而被广泛应用到铁路桥梁工程中。而冲击钻一直都是一项比较复杂的工程，在铁路桥梁工程施工过程中，施工技术人员必须要很好的掌握冲击钻技术。本文就冲击钻施工在铁路桥梁中的应用进行探讨。
【关键词】铁路；冲击钻；护筒
一、钻孔灌注桩技术
钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法，在土中形成一定直径的孔，达到设计标高后，将钢筋骨架吊入井孔中，再灌注砼的施工技术。施工时可在孔内直接检查成孔质量，观察地质土质变化情况；桩孔深度由地基土层实际情况控制，桩底清孔除渣彻底、干净，易保证混凝土浇筑质量。钻孔灌注桩技术具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、施工质量稳定、承载能力大等优点，主要应用于桥梁深基础、水中桥梁基础、地质较为复杂地段的桥梁工程中。铁路桥梁桩基钻孔灌注桩是众多铁路桥梁桩基础施工中的一种。桥梁钻孔桩成孔设备有多种，主要有冲冲击成孔、正循环、反循环成孔等。使用钻孔设备不同，所采用的施工工艺也有所不同，但大多基本一致。
二、铁路钻孔桩施工技术
（一）工程概况
某双线特大桥全长650.49m，孔跨布置为18×32m+2×24m预应力混凝土简支箱梁，墩台20个，桩基158根，桩径1.25m，按柱桩设计。其中5～8号墩设计桩基30根，桩长24.5～29.5m，受征拆影响，为本桥最晚开工墩台，根据施工计划，桩基钻孔时间仅剩45天，工期严峻。5～8号墩地质中有较多的花岗岩孤石群，孤石强度高、直径大、无序分布，成孔速度十分缓慢。
（二）施工技术
1.定位埋设护筒
用4～6mm厚度钢板卷制成护筒，高度在2.0m以内应根据地层情况进入原状土不少于0.2m，护筒上下口应焊接加强箍，减少变形，上端焊接一对吊环，以便吊装。护筒井开挖应略大于护筒直径，护筒埋深宜超出地表200mm，并使泥浆益处口对准排浆沟，护筒四周与护筒之间采用黄泥填实捣固，防治钻进过程中护筒松动，土层坍塌，导致护筒松动、外斜或下沉。护筒埋置时，要测量护筒中心是否为设计孔位中心，测量误差要小于50mm，并将孔位点以十字交叉方向标识于护筒壁上，控制好护筒垂直度。护筒埋置好后，测量护筒高程。
2.钻孔
开钻前，在护筒内多加一些粘土。地表土层松疏时，还要混和加入一定数量的小片石，然后注入泥浆和清水，借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒角。为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注砼的凝固，必须等邻孔砼灌注完毕并达到一定的强度后方可开始钻孔。冲击钻孔时宜用小冲程，当孔底在护筒脚下3-4m后，可根据实际 情况适当加大冲程。钻机安装处事先整平夯实，以免在钻孔过程中钻机发生倾斜和下陷而影响成孔的质量。钻机必须固定牢固，严禁在钻孔过程中钻机移位。
根据类似钻孔施工经验及现场施工实际情况，对钻头进行优化选择，钻头选用双十字带齿钻头，重量由原来的3.5吨级改为4.5吨级。施工现场配备四个备用钻头，备用钻头均按要求进行了钻头锤齿加强。钻头采用高强度锰钢定型锤齿，5.2mm焊条焊接，焊接前锤齿与锤体接触面打磨45°坡口，焊接过程中控制熔池温度，保证焊缝深度和宽度。采用150mm×20mm的锰钢板将钻头四翼连接，增强锤体的整体性，防止单翼断裂，增强对孤石的冲击力。
钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况，掌握勤松动，少量松绳的原则；孔内水泥浆水平面须高出护筒脚至少0.5m以上，以免泥浆面荡漾损坏护筒脚孔壁，但比 护筒顶面低0.3m，防止泥浆溢出；冲击过程中勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，预防安全质量事故的发生。现场备存黏土及直径300mm的花岗岩片石，根据现场钻孔记录，及时结合施工图和桩基地质剖面图观察钻进情况，当量测判断钻孔进至斜岩面和探头石位置时，及时进行片石回填。根据钻孔实际地质情况，合理控制冲程，遇孤石时勤松绳，低冲程连续冲进。
3.抽碴
冲孔至护筒下4～5m时，用抽碴筒抽碴，每钻进0.5～1.0m抽碴一次，抽至钻碴明显减少无粗颗粒为止，抽碴时应及时补水和粘土，使泥浆比重符合要求，冲孔时每隔3～4h，将钻头或抽碴筒在孔内上下提放几次，把下面的泥浆拉上来，以护孔壁。
4.刃口的补焊
钻头刃口在钻进中不断磨损，每班应进行检查，当冲锤尺寸磨损超过15mm时，应及时补焊，以免造成缩径或卡钻事故。为防止卡钻，一次补焊不宜过多，且补焊后在原孔使用时，宜先用低冲程冲击一段时间，方可用较高冲程钻进。
5.检孔、清孔
为保证孔形正直，钻进中，应常用检孔器检孔，检孔器用钢筋制成，直径与钻头直径相同，高度为钻孔直径4～6倍。且不应小于6m。更换钻头前，必须经过检孔。如检孔器不能沉到原来已钻
掏渣法清孔，钻孔达到设计深度后，且质量满足设计要求并经监理工程师批准后应立即进行清孔。清孔时，孔内水位应保持在地下水位或河流水位以上1.5～2m，以防钻孔塌陷。
6.钢筋笼吊放
钢筋笼采用吊车安放，起吊钢筋笼时，吊钩处用滑轮和钢丝绳连接钢扁担，勾挂钢筋笼。起吊用双吊点，第一吊点设在骨架的上部，使用主钩起吊。第二吊点设在骨架的中点到三分点之间。起吊时，先起吊第一吊点，将骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后，第二吊点停止起吊并松钢丝绳，直到骨架与地面垂直后第一吊点停止起吊，解除第二吊点钢丝绳。缓慢移动钢筋笼，将钢筋笼吊到孔位上方，对准孔位、扶稳，缓慢下放，依靠第一吊点的滑轮和钢筋笼自重，眼观使钢筋笼中心和钻孔的中心一致。以护筒顶面为基准面，量测钢筋笼，当钢筋笼到达设计位置时，焊吊筋固定。当钢筋笼需接长时，先将第一节钢筋笼利用架立筋临时固定在护筒部位，然后吊起第二节钢筋笼，对准位置用焊接。焊接时使用多台电焊机同时焊接。钢筋笼固定，在钢筋笼主筋上焊定四根吊筋，吊筋圈内穿厚壁钢管，将钢筋笼固定。 7.灌注混凝土
采用灌注导管进行二次清孔，直至孔底沉渣厚底≤50mm，并经甲方、地勘、设计、现场监理工程师验收合格后及时进行砼浇灌。砼浇灌桩孔采用导管法水下灌注，灌注的混凝土靠自重密实。灌注前须正确安装导管，进行二次清孔，且导管的平直度和密封性须符合要求；配制的混凝土坍落度18～22厘米，和易性好；为确保初灌量，混凝土用泵送至大储量漏斗进行初灌，灌注过程中控制好埋管的深度，严禁导管拔离混凝土面；为保证桩体浇注质量，砼填心量应大于实际工作量，灌注预留浮浆厚度≥0.5m。对于泥浆处理有：1）组织专用泥浆灌车进行外运；2）在方便运输之处挖一个大泥浆池，规格4m×4m×1.5m作为中心储运泥浆池安装专用3PR泵一台，泵送至灌车。
三、施工中的问题处理
（一）掉钻
漂石和孤石地层成孔难度大，掉钻事故难免。当脱落的钻头直立于孔底时，可用锚钩钩住钻头上的保险绳或保险环，将钻头提起。若保险绳或保险环脱落，或钻头横卧孔底，甚至因打捞时间过长造成钻头被钻碴覆盖，需采取抢救措施。先将钢护筒下至孔底，罩住钻头，边吸泥边注水。然后由潜水员下水作业，拴牢打捞绳，再提起钻头。
（二）卡钻
钻头冲击探头石时易卡钻，若卡钻不严重，可采用主绳加副绳（钩在保险绳或保险环上的钢丝绳）一起将钻头强制提起。若钻头已穿过不大的探头石，可反复提拉并旋转主绳，使钻头从探头石的空缺处提起。
（三）斜孔
冲击探头石时还易造成斜孔，一般采用回填重新冲击成孔处理斜孔。
（四）塌孔
发生塌孔时，应迅速回填，待回填土在自重作用下固结密实后，重新埋设护筒，冲击造孔。此时，速度不宜过快，必须反复回填以保证孔壁密实，直到接近已埋钻头深度时，加大冲程，将掉落的钻头砸碎，然后采用电磁铁将钻头碎块吸出，如果在水封混凝土过程中塌孔，应迅速将钢筋笼拔出，即使没有拔出，也需重新冲击钻孔。同时，将已灌注的混凝土的钢筋砸碎，并用电磁铁吸出钢筋碎段，以加快速度，减少钻头磨耗。
参考文献：
[1]高军.武广铁路岩溶地区桥梁钻孔桩施工要点探析[J].铁道技术监督，2011年1期.
[2]姜军，姜伟皓.浅谈桥梁冲击钻成孔灌注桩施工技术[J].价值工程，2012年6期.
【关键词】铁路；冲击钻；护筒
一、钻孔灌注桩技术
钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法，在土中形成一定直径的孔，达到设计标高后，将钢筋骨架吊入井孔中，再灌注砼的施工技术。施工时可在孔内直接检查成孔质量，观察地质土质变化情况；桩孔深度由地基土层实际情况控制，桩底清孔除渣彻底、干净，易保证混凝土浇筑质量。钻孔灌注桩技术具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、施工质量稳定、承载能力大等优点，主要应用于桥梁深基础、水中桥梁基础、地质较为复杂地段的桥梁工程中。铁路桥梁桩基钻孔灌注桩是众多铁路桥梁桩基础施工中的一种。桥梁钻孔桩成孔设备有多种，主要有冲冲击成孔、正循环、反循环成孔等。使用钻孔设备不同，所采用的施工工艺也有所不同，但大多基本一致。
二、铁路钻孔桩施工技术
（一）工程概况
某双线特大桥全长650.49m，孔跨布置为18×32m+2×24m预应力混凝土简支箱梁，墩台20个，桩基158根，桩径1.25m，按柱桩设计。其中5～8号墩设计桩基30根，桩长24.5～29.5m，受征拆影响，为本桥最晚开工墩台，根据施工计划，桩基钻孔时间仅剩45天，工期严峻。5～8号墩地质中有较多的花岗岩孤石群，孤石强度高、直径大、无序分布，成孔速度十分缓慢。
（二）施工技术
1.定位埋设护筒
用4～6mm厚度钢板卷制成护筒，高度在2.0m以内应根据地层情况进入原状土不少于0.2m，护筒上下口应焊接加强箍，减少变形，上端焊接一对吊环，以便吊装。护筒井开挖应略大于护筒直径，护筒埋深宜超出地表200mm，并使泥浆益处口对准排浆沟，护筒四周与护筒之间采用黄泥填实捣固，防治钻进过程中护筒松动，土层坍塌，导致护筒松动、外斜或下沉。护筒埋置时，要测量护筒中心是否为设计孔位中心，测量误差要小于50mm，并将孔位点以十字交叉方向标识于护筒壁上，控制好护筒垂直度。护筒埋置好后，测量护筒高程。
2.钻孔
开钻前，在护筒内多加一些粘土。地表土层松疏时，还要混和加入一定数量的小片石，然后注入泥浆和清水，借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒角。为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注砼的凝固，必须等邻孔砼灌注完毕并达到一定的强度后方可开始钻孔。冲击钻孔时宜用小冲程，当孔底在护筒脚下3-4m后，可根据实际 情况适当加大冲程。钻机安装处事先整平夯实，以免在钻孔过程中钻机发生倾斜和下陷而影响成孔的质量。钻机必须固定牢固，严禁在钻孔过程中钻机移位。
根据类似钻孔施工经验及现场施工实际情况，对钻头进行优化选择，钻头选用双十字带齿钻头，重量由原来的3.5吨级改为4.5吨级。施工现场配备四个备用钻头，备用钻头均按要求进行了钻头锤齿加强。钻头采用高强度锰钢定型锤齿，5.2mm焊条焊接，焊接前锤齿与锤体接触面打磨45°坡口，焊接过程中控制熔池温度，保证焊缝深度和宽度。采用150mm×20mm的锰钢板将钻头四翼连接，增强锤体的整体性，防止单翼断裂，增强对孤石的冲击力。
钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况，掌握勤松动，少量松绳的原则；孔内水泥浆水平面须高出护筒脚至少0.5m以上，以免泥浆面荡漾损坏护筒脚孔壁，但比 护筒顶面低0.3m，防止泥浆溢出；冲击过程中勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，预防安全质量事故的发生。现场备存黏土及直径300mm的花岗岩片石，根据现场钻孔记录，及时结合施工图和桩基地质剖面图观察钻进情况，当量测判断钻孔进至斜岩面和探头石位置时，及时进行片石回填。根据钻孔实际地质情况，合理控制冲程，遇孤石时勤松绳，低冲程连续冲进。
3.抽碴
冲孔至护筒下4～5m时，用抽碴筒抽碴，每钻进0.5～1.0m抽碴一次，抽至钻碴明显减少无粗颗粒为止，抽碴时应及时补水和粘土，使泥浆比重符合要求，冲孔时每隔3～4h，将钻头或抽碴筒在孔内上下提放几次，把下面的泥浆拉上来，以护孔壁。
4.刃口的补焊
钻头刃口在钻进中不断磨损，每班应进行检查，当冲锤尺寸磨损超过15mm时，应及时补焊，以免造成缩径或卡钻事故。为防止卡钻，一次补焊不宜过多，且补焊后在原孔使用时，宜先用低冲程冲击一段时间，方可用较高冲程钻进。
5.检孔、清孔
为保证孔形正直，钻进中，应常用检孔器检孔，检孔器用钢筋制成，直径与钻头直径相同，高度为钻孔直径4～6倍。且不应小于6m。更换钻头前，必须经过检孔。如检孔器不能沉到原来已钻
掏渣法清孔，钻孔达到设计深度后，且质量满足设计要求并经监理工程师批准后应立即进行清孔。清孔时，孔内水位应保持在地下水位或河流水位以上1.5～2m，以防钻孔塌陷。
6.钢筋笼吊放
钢筋笼采用吊车安放，起吊钢筋笼时，吊钩处用滑轮和钢丝绳连接钢扁担，勾挂钢筋笼。起吊用双吊点，第一吊点设在骨架的上部，使用主钩起吊。第二吊点设在骨架的中点到三分点之间。起吊时，先起吊第一吊点，将骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后，第二吊点停止起吊并松钢丝绳，直到骨架与地面垂直后第一吊点停止起吊，解除第二吊点钢丝绳。缓慢移动钢筋笼，将钢筋笼吊到孔位上方，对准孔位、扶稳，缓慢下放，依靠第一吊点的滑轮和钢筋笼自重，眼观使钢筋笼中心和钻孔的中心一致。以护筒顶面为基准面，量测钢筋笼，当钢筋笼到达设计位置时，焊吊筋固定。当钢筋笼需接长时，先将第一节钢筋笼利用架立筋临时固定在护筒部位，然后吊起第二节钢筋笼，对准位置用焊接。焊接时使用多台电焊机同时焊接。钢筋笼固定，在钢筋笼主筋上焊定四根吊筋，吊筋圈内穿厚壁钢管，将钢筋笼固定。 7.灌注混凝土
采用灌注导管进行二次清孔，直至孔底沉渣厚底≤50mm，并经甲方、地勘、设计、现场监理工程师验收合格后及时进行砼浇灌。砼浇灌桩孔采用导管法水下灌注，灌注的混凝土靠自重密实。灌注前须正确安装导管，进行二次清孔，且导管的平直度和密封性须符合要求；配制的混凝土坍落度18～22厘米，和易性好；为确保初灌量，混凝土用泵送至大储量漏斗进行初灌，灌注过程中控制好埋管的深度，严禁导管拔离混凝土面；为保证桩体浇注质量，砼填心量应大于实际工作量，灌注预留浮浆厚度≥0.5m。对于泥浆处理有：1）组织专用泥浆灌车进行外运；2）在方便运输之处挖一个大泥浆池，规格4m×4m×1.5m作为中心储运泥浆池安装专用3PR泵一台，泵送至灌车。
三、施工中的问题处理
（一）掉钻
漂石和孤石地层成孔难度大，掉钻事故难免。当脱落的钻头直立于孔底时，可用锚钩钩住钻头上的保险绳或保险环，将钻头提起。若保险绳或保险环脱落，或钻头横卧孔底，甚至因打捞时间过长造成钻头被钻碴覆盖，需采取抢救措施。先将钢护筒下至孔底，罩住钻头，边吸泥边注水。然后由潜水员下水作业，拴牢打捞绳，再提起钻头。
（二）卡钻
钻头冲击探头石时易卡钻，若卡钻不严重，可采用主绳加副绳（钩在保险绳或保险环上的钢丝绳）一起将钻头强制提起。若钻头已穿过不大的探头石，可反复提拉并旋转主绳，使钻头从探头石的空缺处提起。
（三）斜孔
冲击探头石时还易造成斜孔，一般采用回填重新冲击成孔处理斜孔。
（四）塌孔
发生塌孔时，应迅速回填，待回填土在自重作用下固结密实后，重新埋设护筒，冲击造孔。此时，速度不宜过快，必须反复回填以保证孔壁密实，直到接近已埋钻头深度时，加大冲程，将掉落的钻头砸碎，然后采用电磁铁将钻头碎块吸出，如果在水封混凝土过程中塌孔，应迅速将钢筋笼拔出，即使没有拔出，也需重新冲击钻孔。同时，将已灌注的混凝土的钢筋砸碎，并用电磁铁吸出钢筋碎段，以加快速度，减少钻头磨耗。
参考文献：
[1]高军.武广铁路岩溶地区桥梁钻孔桩施工要点探析[J].铁道技术监督，2011年1期.
[2]姜军，姜伟皓.浅谈桥梁冲击钻成孔灌注桩施工技术[J].价值工程，2012年6期.