２０１１年第４期　第３７卷总第１６２期　ｎ　ＢｕｉｌＪｄｉ　ｎｇ　Ｍａ　・１４ｌ・　２０１１年８月　

浅谈铁路桥梁大直径桩施工技术措施　

范红兵　

（中铁十八局集团有限公司）　

摘要：随着社会不断进步，大直径桩在我国铁路桥　

梁工程基础中得到较为广泛的应用，文章结合了铁路桥梁　

大直径桩基的特点、施工工艺上的难点及国内成功的解决　

方法，可供有关专业人员参考。　

关键词：铁路桥梁；大直径桩；施工措施　中图分类号：Ｕ４４８．１３　文献标识码：Ｂ　

文章编号：１６７２—４０１１（２０１１）０４—０１４１—０２　

０前言　

“桥梁成败关键在基础”，这是建桥的　各言，而基础的发　

展趋向应为大直径桩，因为它有许多优越性，如可承受很　

大荷载，可减少水中作业，可加快工期，抗震性、抗风稳　

定性良好，具有较强的抵御冲击能力，故安全可靠性高且　

能减少承台工作量，因而总造价相应会低，这与采用多根　

小直径桩有明显差异。通常情况下，桩径小、桩数多，工　

程量大、造价高、工期也会长、河中施：亡难度也就大。但　

是，大直径桩的设计理论尚不完善，桩基试验资料不多，　

其数据不具有系统性、准确性，很多问题都应认真加以研　

究，使之合理、准确和适用。特别是大直径桩施工质量受　

工程地质条件、水下混凝土灌注工艺、现场管理等因素的　

影响，桩质量离散性大，缺陷事故时有发生，工期及造价　

也因此较难控制，在施工过程中极易出现问题，其施工过　

程中的难点问题常常困扰着现场的施工人员　Ｊｊ。因此，为　

保证工程的质量，对铁路桥梁大直径桩的施工难点进行深　

人研究并提出相应的对策是十分必要的。　

１　铁路桥梁大直径桩施工面临的新形势　

１．１　大直径桩的概念不断更新　

随着成孔机械和成桩工艺及配套设施的改进和提高，　

大直径桩的涵义也在不断变化。目前的大直径桩的涵义远　

远不是２０世纪８Ｏ年代认为０．８ｍ就称大直径了，当前一般　

把直径大于等于２．５　ｍ的桩定义为常规意义上的“大直径　

桩”，其空心者为“大直径空心桩”（本：　所指桩即以上两　

种），小于２．５　ｎｌ的桩统称“常规直径桩”或简称“桩”。大直　

径桩的深度从几十米到上百米不等，这就要求每根桩均有　

较好的质量，否则发生质量事故后，不仅补桩修复困难，　

而且对经济会受到很大损失，工期也将延长，质量也会存　

在一定缺陷。　

１．２大直径桩结构形式的不断优化　

大直径桩从灌注桩、钢管桩或钢筋混凝土管桩多用于　

桥梁和楼字，发展到今天有矩形、Ｔ型、十字型、条型、　

垂直型、倾斜型等多用于建筑、水利等１５１２程，出现形式多　

样的桩。为改善大直径桩施工中出现的不良现象，目前的　大直径桩在结构形式上进行了很多的优化，出现了许多在　设计及施工上更加合理的结构形式。目前，在铁路桥梁大　

直径桩中较为常见的几种结构形式包括：单桩（双桩）双柱　

结构、钻埋空心桩、沉挖空心桩及压浆混凝土桩。　

１．３　无承台、变截面、大直径空・，Ｌｅ桩的社会经济效益更加　

明显　长期以来，大、中跨径桥梁深水桩基结构大多采用有　

承台、等截面、常规直径群桩形式。常用承台施工受地层、　

人力、设备和季节因素影响，工序繁多且受工期限制，无　

法实施工厂化（或装配化）作业；清孔手段的限制，桩尖沉　

淀层的存在，降低了整桩的承载能力；桩身缺陷事故往往　

难于避免，由事故带来的巨额处理直接费使施工单位蒙受　

巨大经济损失，何况即使处理成功，对承载潜质的损害也　

会造成结构性能的大打折扣。为适应结构受力要求，使施　

工误差的修正有更大盈余，铁路桥梁深水基础桩必须采用　

变截面结构。变截面段的采用为取消承台提供了有力条件。　

随着承台的取消，下部构造受力将更加明确，水下施工难　

度减少，从而有力地争取了施工工期，为桥梁基础走向装　

配化铺平了道路。　元承台、变载面、大直径空心桩撇除了大直径桩施工　

中出现的上述弊端，桩基结构与受力状况更合理，结构抗　

弯刚度大大增加，荷载稳定性、防撞能力将大大改善；施　

工工序急剧减少，为加快工程进度创造了有利条件。通过　结构空心化，大大减少了结构的圬工体积，社会经济效益　

十分明显。　

１．４施工大直径桩的钻机性能提升快　

我国在大直径桩施工时开始多从１３本、德国等引进钻　机，这些钻机的特点是外型小、重量轻、扭力大，既便于　

安装、运输，又有利于快速钻进。近年国产大型钻机相继　

问世，在直径上、深度上可满足于目前生产需要。另外也　可以利用小功率钻机采取分级扩孑Ｌ的工艺，亦可扩大成为　

２．５—４．０　ｍ桩孔。钻机以钻进最优化参数进行程序化钻进，　

例如可以根据不同地层，自动调节钻机转速、钻压大小、　

给进量大小，因而可提高钻进效率，减轻工人劳动强度，　

减少钻机产出机械故障，同时可以保证钻孔质量（孔径大小　

和钻孔斜率）和安全保障体系　。　

２铁路桥梁大直径桩施工难点的对策　

针对铁路桥梁大直径桩施工具体情况，并结合大直径　

桩的特点，总结已成功运用于铁路桥梁大直径桩施工过程　

中难点的解决方法。　（１）根据大直径灌注桩的荷载传递特性可知，基桩承　载力除了与桩身混凝土强度、桩径、桩长、长径比等内在　因素有关外，还与桩穿越的各土层的层厚和力学性质、嵌　

岩段的长度和力学性质等地基强度因素，孔壁泥皮、清孔、　

水下混凝土灌注等诸多外部因素有关。这些外部因素是我　・１４２・　２０１１年８月　２０１１年第４期　第３７卷总第１６２期　

们在施工过程中必须注意并严格控制的。　

（２）铁路桥梁大直径桩的长度往往较大，钻孔时最为　

常用的是泥浆护壁法。对于泥浆护壁法中的正循环回转钻　

进，由于大直径桩孔中钻杆与孑Ｌ壁之间空隙大，泥浆上返　

流速慢，携渣能力差，孔底不容易清干净，会影响成桩质　

量（达不到无沉渣的要求）；而泵吸反循环由于泥浆的循环完　全依靠砂石泵抽吸产生的负压来维持，有效吸程较小，不　

适应长度大于５０　ｉｎ的桩。针对这种情况，必须采取气举反　

循环办法，即利用空压机将压缩空气送人钻杆内与泥浆混　

合形成比重小于１的掺气泥浆，在钻杆外泥浆压力作用下　

钻杆内掺气泥浆携带渣屑返回地面，通过调整气压，克服　

桩长度与直径大的影响。　

（３）在大直径桩基成孔的过程中，随着孔径的加大，　

孔壁环拱作用急剧减弱，必然造成孑Ｌ壁不稳定因素的增加，　

特别是淤泥质沙黏土、粉砂土等覆盖层处易产生孑Ｌ壁滑坍　现象；另一方面，地质构造中的冲积层所夹带的卵石、漂　

砾石往往也给成孔施工过程带来不小的麻烦，特别是卵石、　

漂砾石的厚度较大时问题更加突出，它不仅使护筒所受的　

阻力较大而难以下沉到设计高程，而且在钻进过程中漂砾　

石常堵塞钻头的排渣孔和导管，使钻进速度较慢。　

对于孑Ｌ壁的坍塌问题，通常可以采用分段成孔、分级　

扩孔的施工方法，以便有效地解决成孔机械扭矩不足的矛　

盾。但是，这一方法也增大了护壁工作的难度；孔径的加　

大，也使排渣的矛盾显得尤为突出。目前，施工中更为有　

效的方法是采用高聚凝、低固相、不分散聚丙烯酰胺高效　

油田泥浆。　

为了克服冲积层中的卵石、漂石对于成孔施工的影响，　

有必要用抓斗将这层卵石、漂砾石抓出来。抓应当干抓和　湿抓相结合，防止出现筒底土体隆起，钢护筒发生变形的　

事故。一般而言，干抓速度较快，但护筒内外地下水位差　

较大时，护筒底部的土隆起，护简周围的土体及地下水涌　人筒内，护筒周围局部地方出现空洞，护筒壁从均匀承受　

土压力变为不均匀承受土压力，护筒因刚度不足会发生变　形。湿抓则由于筒内水的作用影响抓土效率，进度慢。故　

保证在不发生隆起情况下应尽量采用干抓方法。具体施工　

过程中，可先确定合适的干抓深度，其后护筒内注水至与　

地下水位齐平后再用抓斗，其间不断注水以保持筒内水位　

不变，将卵石、漂砾石层穿透后再采用钻机钻孔。　

（４）接桩钢筋工作量的加大，是大直径桩灌注法施工　

的又一难点。单靠增加焊机台数，又存在工作台面过小的　

矛盾。目前，螺纹钢筋冷轧连接接头的出现已部分地缓和　了上述矛盾，并在国内多座特大桥上有成功的先例。当然，　

根本的解决方法应该走空心桩拼装化道路。　

（５）护壁泥浆用于保持桩孔的稳定性，大直径桩成桩　施工的风险主要取决于泥浆的质量和控制　］。泥浆在使用　

过程中应做到以下几点：①应提供泥浆的使用情况及此类　

地质条件下对稳定性的判断、桩的尺寸、施工方法。应注　

意到的特殊问题是，泥浆组成的类型、源地、桩基施工时　

间、桩长、周围温度、土壤和地下水的化学成分；②代表　

性实验室或现场试拌的结果，以证明泥浆符合规范；③作　

业中监测泥浆的测试细节和标定值。测试应包括流变特性、　

密度、含砂量、泥浆流失、过滤板厚度和ｐＨ值。根据这些　要求，若采用国内常规的泥浆自然循环的工艺，则将存在　

处理流量大、占用场地多、泥浆处理质量低和速度慢、泥　浆质量控制困难、难以满足施工需要等问题，同时还存在　

泥浆损耗大、废弃泥浆按照环保要求处理成本高等弊病。　

基于上述原因，可以选用ＺＸ一５００型泥浆分离设备。该设　备整机处理污染能力大、达到５００珊　／ｈ，净化除砂效率高，　

可以达到９０％以上（０．０７４　ｌｌｌｌｎ粒级）。操作简单的振动筛，　

故障率低，安装、使用及维护方便。直线振动方式使筛分　出来的渣料具有较好的脱水效果。可以调节的振动筛激振　

力、筛面角度及筛孔尺寸使其可以在不同的地层均保持良　

好的筛分效果。振动筛分效率高可以适应于各种钻机在不　

同的地层的造孔进尺。　（６）因桩径的加大，单桩混凝土供应量、导管灌注施　

工时要求配套的生产能力亦加大，对混凝土灌注设备与灌　

注技术能力的配合提出了更高的要求。通过钻埋方式形成　

大直径预应力空心桩，或预埋石料压浆法形成大直径压浆　

混凝土桩，为上述问题的解决提供了切实可行的方法。同　

时采用预制预应力空心桩，还能更好地解决大直径桩单位　

体积混凝土承载能力低下的缺陷，是实现桥梁结构拼装化　

（或工厂化）生产的一个有效突破。　（７）成孔后应用电磁波层析ＣＴ法检测桩径。电磁波　

层析ＣＴ探测技术就是利用不同介质之间吸收系数的差异，　

通过钻孑Ｌ之间扫描性的观测，并通过数学处理来重建两孔　之间介质吸收系数二维图像，继而推断地下介质的结构分　

布。一旦在大直径桩的施工过程中检测发现桩身质量事故，　

采用钻孔压力注浆能有效弥补缺陷，恢复和提高基桩的承　

载力。浆体在压力的作用下通过充填、渗透和挤密作用使　

桩身混凝土离析部位形成浆液与碎石的固结体，恢复和提　

高桩身混凝土的强度。对桩底注浆通过浆液对沉渣的置换、　

挤密和固结作用消除桩底沉渣对端承力的影响，并改善持　

力层的物理力学性能，恢复和提高持力层土体强度。具体　

施工时，首先对基桩进行钻孔取芯，确认缺陷的位置及缺　

陷的程度，对于大直径桩需钻２—３个孔，以保证注浆的质　

量　Ｊ。然后，埋设注浆管，注浆管直径一般为２　ｅｍ；开始　

对缺陷部位或桩底进行洗孔，以保证水泥浆渗透胶结良好；　

当孑Ｌ中冒水变清时，洗孔完毕，将孔上端封闭，并插上一　

根出气管。注浆采用纯水泥浆，水灰比为ｌ：１至０．６：１，并　

添加高效减水剂。开始注浆，水泥浆把孔中水赶出并从出　气孑Ｌ冒出时，将出气孔封闭，进行高压注浆。注浆过程中，　

以注浆量和注浆压力进行双控，作好现场记录。当压入足　

够的量，注浆压力达到３—５　ＭＰａ时，可终止注浆。　

［ＩＤ：６７４９］　

参考文献：　

［１］　左明福．深水大直径钻孔灌注桩若干问题刍议［Ｊ］．中国港湾　建设，２００６，（５）：３３—３５．　［２］　李明，高今．湖区大直径钻孔灌注桩的施工方法［Ｊ］．水运　工程，２００２，（８）：６３—６５．　［３］　陆大伟．大直径钻孔灌注桩泥浆护壁工艺与质量［Ｊ］．中国港　湾建设，２００２，（６）：３５—３９．　［４］邓子胜，胡兴南．水下大直径钻孔灌注桩施工技术［Ｊ］．施工技　术。１９９９，（９）：４—５．　材　之　¨．