张 琦

(黑龙江省龙建路桥第一工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150028)

在铁路桥梁的钻孔灌注桩施工中，桩基础位于承压水地层的情况比较罕见，如果施工单位没有足够的经验，不对此情况予以特别的重视和准备，往往会造成桩基无法成孔的情况，即使勉强成孔，灌注混凝土时也会产生严重的超灌现象，且非常容易导致桩身混凝土质量不合格的情况，从而造成废桩，对工期、造价等产生巨大影响。目前国内的相关研究成果并不是很多，比较有代表性的如王锦宝研究了承压水地层采用旋挖钻配合降水的方法进行施工[1]；胡志广研究的高承压水地区采用冲击钻钻孔，配合抛填黏土、片石、碎石等对承压水层进行封闭处理方法[2]。如果在富水量大的承压水地层进行大规模降水，会引起地基的附加沉降，鉴于铁路工程对地基沉降的高敏感性，采用降水的方法进行施工并不合适。本文依托北黑铁路(龙镇至黑河段)升级改造工程项目三莲山特大桥的钻孔桩基础施工，根据试验与理论计算，考虑工期、造价等因素，综合采取处理措施进行施工，对前人的先进经验进行了补充与细化，并总结出相应的施工方法。

1 工程简介

北黑铁路(龙镇至黑河段)升级改造工程项目三莲山特大桥为全线最长特大桥，为全线重点控制性工程，桥梁全长1 419.55 m，孔跨布置为43～32 m单线简支T梁，钻孔灌注桩基础408根。其中12#～21#桥墩位于承压水地层范围内，共140根桩基。设计采用直径1.25 m桩基，桩长36～44 m。设计单位给出的方案为提高地面护筒高度，通过提高孔内泥浆高度与承压水水头相平衡的方法进行钻孔施工。

1.1 地质概况

桥址区的地层为第四系全新统冲洪积层黏土、中砂、砾砂，第四系上更新统坡洪积层粉质粘土，下伏第三系孙吴组砂砾岩、泥质砂岩。泥岩等。上部地层主要为黏土、中砂、砾砂，层厚约为12 m，其下间隔分布泥岩层、泥质砂岩层。

1.2 水文概况

桥址区地表水主要为太阳河及小支流，地下水主要为承压水，承压水主要分布于下伏的多层泥质砂岩层中，间隔的泥岩层为隔水层。承压水初见水位埋深为20.5～27.6 m，主要接受大气降水、地表水、侧向径流和越流补给。桥梁位于两山夹一沟的地形中，太阳河河床两侧地形起伏较大，造成该层承压水水头较高，勘测期间水头高于原地面6 m。

2 施工方法的研究

2.1 实测地层承压水水头

在确定穿越承压水地层的桩基后，制作直径10～20 cm，厚2～3 mm左右的钢管作为测水头管，同时制作反滤网并牢固地安装在测管底部。在桩位附近利用钻井机或其他设备将制作好的测压管慢慢打入地层，并时刻观测管内水位，在打入过程中一旦观测到测管内水位迅速上升，立即停止打入并记录稳定后的管内水位距原地面(工作平台)的高度h1、与初见承压水层位置距原地面的高度h2，同时记录承压水层上限的高程。

2.2 初步计算所需泥浆重度

本项目桩基施工以泥浆平衡法为核心方法，即将泥浆重度控制为

(1)

式中：γ′为所配置的泥浆重度，kN/m3；γw为水的重度，kN/m3；h1为稳定后的测管内水位距原地面的距离，m；h2为初见承压水层位置距原地面的高度，m。

注：计算时另加上的2 m为安全富余高度。

图1 测管示意图

2.3 根据计算结果确定施工方法

(1)确定泥浆比重的上限值

同济大学的朱栋文、赵春风等的研究成果表明：泥浆比重增大加大了孔壁泥皮厚度，不利于桩身侧摩阻力的发挥，且易导致桩基缩径[3]。同时，如果泥浆比重过大，在泥质砂岩与砂质泥岩地层中非常容易造成泥块悬浮在泥浆中，造成清孔困难，极易导致灌注混凝土后桩身有泥块夹层，导致质量事故。《铁路桥梁钻孔桩施工技术规程》(Q/CR 9212—2015)第4.4.1条第2款规定：冲击钻使用管型钻头钻孔时，泥浆比重可为1.1～1.3[4]。《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)第6.3.2条第3款规定：灌注混凝土前，孔底500 mm以内的泥浆相对密度应小于1.25[5]。故泥浆比重的上限值不能盲目根据计算值确定使用，必须控制在一定范围内，根据三莲山特大桥现场桩基础施工的成果经验综合考量，泥质砂岩承压水地层钻孔时的泥浆比重上限值宜定为1.35。

(2)方案的确定

当计算的泥浆比重小于上限值时，可直接在原地面直接施作施工平台，严格按照计算值配制泥浆。钻进前应配制足够数量的泥浆，如在钻进过程中泥浆有损耗，应及时补充。同时，每隔30 min检查泥浆指标一次，如指标不合格应立刻调整泥浆指标，且钻孔时必须保证孔内水面时刻高于计算时采用的高度。当钻孔至大约承压水上限高程时，向孔内投入黏土加小块石进行侧壁封堵，采用小冲程反复进尺，越过承压水层时可恢复正常冲程进尺。在钻孔深度达到设计深度，确认钻孔合格后，即进行清孔作业，最终成孔、灌注混凝土。

当计算的泥浆比重大于上限值时，必须综合采取提高筑岛平台高度、提升护筒高度的方法来加大孔内泥浆的高度，并以本文第2.2条所述的计算原则进行计算，直至孔内泥浆自重不小于承压水测管压力，经经济比选后确定筑岛高度与孔内水面高于筑岛平台面的高度。施工前应按照泥浆比重上限值配制泥浆，护筒应埋设在较坚硬密实的土层中至少0.5 m，在钻孔深度接近至承压水层上限时，应适当增加黏土及小块石的抛投量。

2.4 关于钻机类型的选择

项目部前期在承压水地层分别采用旋挖钻机、反循环钻机按照上述方案进行了试钻，在富含承压水的泥质砂岩地层中钻进时均出现了不同程度的坍孔，后改用冲击钻进行钻孔，结果表明：采用冲击钻配合上述方案进行钻孔，可以比较顺利地进尺和成孔。故在泥质砂岩承压水地层进行钻孔灌注桩施工，采用冲击钻进行钻孔是最为合适的。

3 结 论

(1)在泥质砂岩承压水地层中进行钻孔作业前，施工单位需要先对地勘资料进行仔细地阅读，确定分布在承压水地层内的桩基础，通过现场桩位附近的勘察，充分掌握桩位所在地层的承压水分布情况，从而进行泥浆重度的初步计算。根据计算结果、施工场地条件等综合采取提高筑岛、提升护筒、冲击钻配合抛投黏土及小块石进尺等方法进行钻孔作业，钻孔时应着重检查泥浆参数的变化并及时进行调整。

(2)本文所述的综合处理方法在砂质泥岩、泥质砂岩地层中进行钻孔作业实施效果较好，与在场地进行大面积打井释放承压水水压、在桥址区大面积提升筑岛高度、全程钢护筒跟进等方法相比较，极大程度地降低了质量事故风险，同时减少了工程造价和最大限度地节约工期。

(3)本文研究内容普遍适用于砂岩或泥质砂岩的承压水地层钻孔灌注桩施工，对于铁路工程、公路工程等其他高水头承压水地层钻孔灌注桩施工亦有借鉴价值。

(4)在承压水地层中进尺时，向孔内抛投黏土及小块石的方法对孔壁进行隔离封堵是有效的，但在试验及施工中，向孔内抛投的黏土及小块石的数量及配比并无具体控制要求。本项目在承压水地层钻孔过程中，发现向孔内抛投的黏土及小块石的数量、配比对孔壁封堵效果有较大影响，但本次研究内容未对以上两种数据进行归纳总结。若对以上内容进行系统研究，总结出不同水头、不同承压水层深度的地层所需的黏土、块石的配比及投量，会对此类施工更具指导意义。