高原铁路矩形锚固桩机械成孔施工工艺

高原铁路矩形锚固桩机械成孔施工工艺

张劲松

中铁一局集团第五工程有限公司，宝鸡 721000

【摘 要】本文结合高原铁路车站不稳定斜坡体锚固桩加固整治。

【关键词】高原特长隧道；断层施工；突涌水；

【中图分类号】 U455                  【文献标识码】A

1引言

锚固桩主要承受土体的侧向压力，广泛用于隧道洞口、路基边坡、地灾治理等工程项目中，截面一般为1.5m～4.5m，深度一般为15～60m，具有截面大、深度大、抗侧向压力强的特征。

传统施工方式均采用人工孔内分节开挖、孔内支模分节现浇护壁、孔内绑扎钢筋、现浇桩身混凝土的方式进行施工，具有安全风险高、作业效率低等特征：①人工井内作业时面临高空坠物、护壁坍塌失稳、涌水淹溺、触电、有害气体中毒窒息等安全风险，且作业空间狭小，通道唯一，伤害事故出现后施救难度极大，施工安全风险极高；②人工开挖时多采用风镐锄头开挖、渣桶吊装出渣的方式，特殊地质条件时配合采用松动爆破、水磨钻等施工，因作业空间受限，一般只能容纳1～2人作业，加之深孔时渣桶吊装作业效率低，每天单组施工人员的开挖进尺约0.3～1.2m不等，施工效率不高；③人工开挖完成后钢筋在孔内绑扎，无法平行施工。

采用机械成桩时，钻机旋挖掘进、液压抓斗器配合清渣、矩形修孔器修孔、液压可调式吊装模具浇筑护壁、钢筋笼场外预先加工后在孔口分节连接吊装下放、导管浇筑桩身混凝土的方式进行施工，可实现孔内无人作业，适应各种复杂地质的深孔桩基施工，避免了孔内人工作业的安全风险，达到了工序间平行施工目的，目前每天最大开挖进尺可达到24m左右，极大提高了施工工效。

2工程及工程区概况

2.1 工程概况

高原铁路某车站及不稳定滑坡体共计锚固桩19段，桩身截面尺寸有2*1.5m、2.5*1.75m、3*2m、3.5*2m、3.5*2.5m、4*3m共计6种，桩长13～50m，共计543根。

2.2地质条件

桩身自上而下地质情况依次为粗角砾土、绢云母板岩夹变质细粒石英夹砂岩（强风化）、绢云母板岩夹变质细粒石英夹砂岩（弱风化），实际开挖揭示中含有粒径约1m左右的漂石和卵石。

2.3水文情况

地下水位位于桩底3～5m范围内，主要为孔隙潜水和基岩裂隙水。

3施工工艺

3.1 施工流程

3.2 施工方法

（1）施工准备

1）施工前应熟悉施工图纸，掌握施工部位的水文、地质资料，并对图纸进行审核，同时根据图纸进行现场核查，核对方桩的平面位置、高程、水文、地质是否与设计相符。

2）主要施工机具及其配套设备的进场验收完成，操作人员的资格证书符合要求。

3）原材料报验、混凝土配比审批、测量控制网复核、方案审批完成。

4）作业人员技术交底、安全交底、岗前培训教育完成。

5）桩孔场地应清除杂物、换除软土、平整压实，施工作业平台的宽度不小于10m×7m（长×宽），满足设备作业空间需求，严禁在松软地段铺设钻机操作平台，保证钻进过程中钻机稳固不移位，桅杆倾斜小于5°。

（3）测量放线

根据审批后的测量控制网成果，采用全站仪采用坐标法精确放样出抗滑桩轴线平面位置，抗滑桩顺线路方向为短边，垂直线路方向为长边，并做好“十”字护桩。

（4）锁口施工

孔口2m范围为锁口，采用挖机开挖，人工配合修整，锁口护壁应高出地面50cm，防止施工时物体掉入桩内或地面积水进入桩内。

（5）机械成孔开挖

主要施工机具为：旋挖钻机、方形钻头。本方案步骤以桩径为3m×2m为例进行描述，其步骤为：

①钻进取土

四角钻进：首先采用Ф0.8m的旋挖小筒钻按照设计尺寸分别对四角按照对角线顺序进行钻进，第一次钻进10m为宜，钻进顺序见下图；

②中部钻进：四角钻进后更换Ф2.0m钻头对中间位置土体进行钻进，钻至与四角相同深度后停止钻进，中部钻进后示意图如下：

③采用方形钻头进行四角孔壁修整，方形钻头外围尺寸与设计桩孔直径一致，最后采用平底钻头配合普通钻头取出孔内土体，直到设计桩底标高。

④重复上述钻进及削土操作，直至到达设计孔深。

⑤掏渣：利用旋挖钻头掏除底部沉渣后，采用换浆法使其孔内沉渣厚度不大于5cm，泥浆比重、含砂率、粘度符合设计及规范要求。

⑥成孔检测：检验成孔质量，量测孔径、孔深及竖直度。

（5）孔壁修整

采用矩形修孔器对钻进后的孔壁进行切削修整。

（6）清渣

采用旋挖钻斗钻进的地段，钻斗本身具有钻进和清渣功能；采用矩形修孔器或者岩石筒钻钻进时宜采用液压抓斗器配合进行孔内清渣，提高施工作业效率。

（8）成孔检查

重复上述各道工序，桩孔挖至规定的深度后，对桩中心、直径、垂直度、深度、扩底尺寸、持力层情况检查验收，办理隐蔽验收手续。

（9）桩身钢筋安装

1）桩身钢筋在厂内分节加工，人工在孔口进行钢筋笼分节连接、分节下放至孔内。

2）桩井纵向受力钢筋（即竖向主筋）连接方式采用机械连接，钢筋机械连接需满足规范要求。

3）为保证钢筋笼能够尽可能的整体吊装入孔，防止吊装过程中骨架变形，钢筋笼中增加定位钢筋，选取Φ

25钢筋十字交叉，纵向3m/道。

4）在钢筋骨架外侧采用专用保护层垫块和混凝土块支垫，沿钢筋笼长度方向2m设置一个垫块，同一水平面上设置4个垫块。

（10）声测管安装

1）声测管采用金属管，外径40mm，壁厚3mm，每根桩基四个角位置设置。

2）声测管下端封闭、上端采用橡胶塞封闭，管内无异物，连接处应光滑过渡，不漏水。管口应高出桩顶100mm以上,且各声测管管口高度宜一致。

3）声测管在钢筋笼安装下放时同步连接安装。

（11）混凝土浇筑

1）对孔底虚渣采用液压抓斗器反复清渣后，采用水下灌注桩的方式进行混凝土浇筑施工：首批砼灌注时导管底距离桩底25～40cm，首批砼灌注时计算好方量，必要时采用双料斗双料管灌注，确保导管的首次埋深不少于1m，后续混凝土浇筑时导管的埋深控制在2～6m之间。

2）孔内混凝土应一次连续灌注完毕。

3）浇筑至桩顶时采用人工辅助振捣，提高桩身质量。

（12）成桩检测

混凝土浇筑完成并达到28d龄期后及时组织自检和第三方检验，对检验发现存在的问题进行分析总结，后续施工时及时纠偏。

4 应用成效

（1）锚固桩施工效率对比

锚固桩采用机械成孔工艺施工，每天施工进尺可达到10～20米，2～3天成孔1根桩基，且施工期间不受气候影响。传统人工挖孔作业每天施工进尺1米，平均1.2月成孔1根桩基，且雨天为确保施工人员安全，处于停工状态。采用施工效率机械成孔工艺施工，效率大幅提高。

（2）锚固桩施工质量对比

采用人工挖孔桩施工，桩基垂直度难以控制，很难达到铁路验收标准规定的桩基垂直度误差不得大于1°；采用机械成孔，因机械原理以及旋挖钻机垂直度实时数显，可有效控制桩基垂直度质量。

（3）锚固桩施工安全风险对比

采用人工挖孔桩成孔，孔下作业安全风险大；采用机械成孔，无孔下作业风险。

（4）锚固桩施工成本对比

采用人工挖孔桩成孔，桩基护壁需要施工至基底；采用机械成孔，护壁施工至W2地层，极大缩减了施工成本。

参考文献

[1]《客货共线铁路路基施工技术规程》（Q/CR9651-2017）

[2]《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB 10414-2018）

[3]《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10415-2018）

[4]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2018）

[5]《铁路工程基桩检测技术规程》（TB 10218-2019）