摘 要：通过唐山市古冶区城区外环路北线工区K37+800上跨采石场专用线立交桥的施工实践，使用冲击桩成孔的施工技术解决了地下裂隙和溶洞岩石层等复杂地质条件下的施工难题。

关键词：钻孔灌注桩；超长钢护筒；钢筋混凝土配重；下沉；冲击成孔

1 工程概况

唐山市古冶城区外环路工程北线K37+800上跨采石场专用线立交桥，该桥布置为3×30m+3×25m预应力混凝土小箱梁结构，下部采用双柱式框架桥墩和肋式桥台，钻孔灌注桩基础，桥面路幅宽度为24.5m，铁路轨顶到箱梁底板的高度≥7.0m，桥墩距离铁路中心线≥6.0m。该桥梁桩基础采用钻孔灌注桩：剩余6#桥台的4根桥台桩基（直径1.2m）础无法正常成孔，原因是该桥台桩基处于采空塌陷区的复杂地质条件下，地下岩石层出现裂隙或溶洞。

2 确定技术方案

该座桥整体位于采空塌陷区、地质情况复杂，地下岩石层因不明原因而存在多处裂隙或溶洞，在5#、6#桥台桩基础冲击成孔的过程中，发现孔内泥浆部分或全部渗漏。为此，经过研究决定采取高压旋喷桩的围护加固技术措施， 5#、6#桥台部分桩基础获得成功。但是，6#桥台桩基础仍剩余4根桩基础无法成孔、且存在严重塌孔现象。

3 施工技术准备

3.1 钢护筒加工制作

制作内径为130cm，壁厚为10mm钢护筒（钢护筒制作直径比设计大100mm，以满足桩基之平面位置、桩径及桩基之倾斜度符合要求），长度为1.2m/节。

3.2 计算钢护筒长度

（1）根据地勘资料、施工图纸，该桩人工挖孔、凿岩至地面以下 27.8m，则该桩护筒总长度应做成28m。

（2）根据地勘资料、施工图纸，该桩人工挖孔、凿岩至地面以下30.7 m，则该桩护筒总长度应做成31m。

（3）根据地勘资料、施工图纸，该桩人工挖孔、凿岩至地面以下27.8m，则该桩护筒总长度应做成28m。

（4）根据地勘资料、施工图纸，该桩人工挖孔、凿岩至地面以下30.7 m，则该桩护筒总长度应做成31m。

4 设计制作钢筋混凝土块配重

计算钢护筒下沉过程的阻力

钢护筒自重计算

按照最深的桩孔计算：通过上面数据可以看出，选择最大长度的31m作为基础数据，计算下沉该深度时护筒的摩擦阻力，作为设计配重数量的最大值。

计算钢护筒下沉到31m时，护筒自重为：

G =2×3.14×0.65×31×0.01×7.8=9.87t

计算下沉到最大深度的摩擦阻力

在钢护筒下沉到31m时（取τ0=19.5），护筒的摩擦阻力为：

F=τ0A=19.5×2×3.14×0.65×0.01×31=24.68t

则抵抗摩擦阻力的差值为：

G-F=9.87-24.68=-14.81t

式中：A——包围在护筒外侧与土接触的面积

τ0——土对护筒壁的摩阻力，取砂砾石摩阻力为19.5。

由此可以看出：钢护筒下沉时的摩擦阻力差值为14.81t，则需要的配重至少为14.81t。

计算预制混凝土块的数量

计划预制1600×1000×500钢筋混凝土预制块，作为钢护筒在下沉过程中施加重压的重力源。

每块预制钢筋混凝土块的重量为：1.6×1.0×0.5×2.5=2.0t

则至少需要预制混凝土块的数量为：14.81÷2=8块

在施工过程中，根据钢护筒下沉的深度和护筒璧同挖孔土壁摩擦力的大小，用汽车吊将混凝土预制块逐块施加在护筒上口，将钢护筒逐节压入成形的挖孔之中。考虑理论计算的误差，计划制作10块的混凝土配重块方能保证下沉。为保证混凝土预制块在吊装过程中稳定，在预制块中布设两层Φ12@100钢筋网片，同时在预制块4角部位分别布设一个Φ14吊环，以方便吊裝。

5 施工工艺

5.1 施工方法

施工工艺流程程序：①场地平整→②桩位放线定位→③吊机就位→④钢护筒埋设→⑤施加混凝土配重→⑥人工挖孔、吊机配合外运土方→⑦沉入钢护筒至预定深度→⑧增加并对接焊接钢护筒一节→重复⑤～⑧施工过程至岩石层→⑨人工先凿岩石、再下沉钢护筒至可靠岩石层为止→⑩孔内注水→检查不渗水后改用冲击钻孔机械钻孔至设计深度

5.2 施工机械

16t汽车吊、10t自卸车、CZ-30型冲击桩机。

5.3 人工挖孔和钢护筒的沉入

已经成孔深度范围的施工方法

施工要点：先下沉钢护筒、后人工挖孔

在整平的作业区域内，重新进行测量放线，准确确定桩基的平面位置，并进行标识。

开挖并埋设第一节钢护筒，入地1m左右。焊接第二节钢护筒，安装配重——混凝土预制块施压，使钢护筒下沉至上端露出地面30～50cm为止。由专业人工挖孔、清理土石方。

焊接第三节钢护筒，缓缓压入地下。

待第三节钢护筒剩余外露地面30～50cm左右时，作业人员清除钢护筒内的土体至第一节钢护筒底部。

安装下一节钢护筒。

逐节重复循环作业，直至钢护筒地到达岩层、无法继续下压为止。钢护筒下沉过程中，随时检查钢护筒的倾斜度，确保护筒下沉质量。

裂隙或溶洞岩石层范围的施工

施工要点：先人工挖孔、后下沉钢护筒

注意事项：划定作业警戒区域，设置警戒线，禁止无关人员进入作业区域。设置安围栏不低于1.2m；并设置防坠落措施的密目安全网。对于已成孔的设置盖孔板和标志。

5.4 冲击钻成孔

施工要点：先检测桩孔是否渗漏、后冲击成孔向钻孔内部注满水，观察水位是否降低，以之判断下部岩层是否仍存在裂隙或溶洞。冲击钻孔开始前，为保证钻孔的垂直度，在孔底岩石面铺筑200～300mm的块石找平。冲击钻孔过程中，控制钻头冲程在1～1.5m左右。冲击过程中，每1～2m要检查一次成孔的垂直度情况。成孔后，从孔内取出的泥浆测试值的（孔底、孔中、孔口）平均值与注入的净化泥浆相近，且实测孔底沉渣厚度不能大于设计和规范要求。

5.5 浇筑水下混凝土

水下混凝土灌注采用内径为350mm的导管。此时桩孔内泥浆密度应控制在1.15～1.25t/m3之间。首批灌注混凝土埋置深度≥1.0m。导管下口距钻孔孔底间距0.4m；在灌注过程中保持孔内水头高度。埋管的深度2～6m，以防导管提离混凝土面发生断桩现象。水下混凝土灌注应高出设计桩顶0.5m～1.0m。

6 结语

在处于地下裂隙或溶洞岩石层的复杂地质条件下，成功地解决了冲击桩基础在成孔的过程中、泥浆部分或全部渗漏的技术难题，本文提供了切实可行的借鉴经验和方法。

作者简介：方征（1965-），男，大专，高级工程师，总工程师。