青藏铁路多年冻土区管桩基础施工工法中铁十一局集团电务公司青藏项目部 一、前言新建青藏铁路格拉段站后电力标段讫于格尔木，沿线经不冻泉、五道梁、风火山、沱沱河、雁石坪、唐古拉山、安多、那曲、当雄、羊八井，止于拉萨（DK814+150～DK2005+962.85），正线长1142公里全程最高海拔5072米，其中望昆北至安多北段（DK957+640～DK1513+770）550公里位于青藏高原多年冻土区或不良地质地带，多年冻土指冻结状态持续二年或二年以上的土（岩），多年冻土上限一般在1.9~4.8米左右多年冻土按照含冰量大体分为少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层5种类型本次35kV电力线路工程直线杆塔主要采用ZM型双杆,电杆基础根据多年冻土上限分布采用ф500—6～10m预制管桩穿透冻土层上限2～2.5倍以保证电杆基础的稳定在多年冻土地段进行管桩施工，冻土扰动对管桩产生的沉降及冻胀上拔造成的病害是本工程的难点和重点在青藏高原多年冻土地区35kV电力线路电杆管桩基础施工中，采用大功率旋挖钻机干法成孔插入式管桩施工已被实践证明具有对冻土环境热扰动小、成孔速度快等特点.本工法于2005年7月20日顺利通过了青藏铁路建设总指挥部的技术评审，对多年冻土地区预制桩基础的钻孔及安装施工具有广泛的推广价值及借鉴意义。
二、工法特点1、施工速度快,所需工期短，减少了对青藏高原多年冻土环境的热扰动，冻土回冻时间短，回冻效果明显2、施工操作简单,使用劳动力少，机械化作业程度高3、管桩施工后控制点误差小，精度高.4、有效控制管桩基础冻拔位移明显的现象5、 对管桩基础施工后的质量采取了跟踪检查措施，确保了冻土地段管桩安装质量.三、适用范围本工法适用于多年冻土区电力线路杆塔基础和不良地质地区(沼泽、河床等低洼地带）基础的施工四、施工设备的选型(一）钻机选型根据青藏高原高寒、缺氧等恶劣的自然条件，结合青藏铁路电力工程电杆管桩基础沿铁路分布线路长，电杆桩位分布零散（基本档距为120米）的实际特点，钻孔机械设备应满足以下要求：1、要最大程度地减少对长年冻土的热扰动,宜采用干钻快速成孔法施工2、一年之中只有3～4个月适于施工，有效施工时间短，必须采用效率较高的钻机.3、本电力线路电杆桩位分布零散，钻机移动频繁,且每移动一次只能钻孔两个，必须选择自行行走速度较快的大功率钻机4、为保护青藏高原脆弱的生态环境，尽可能避免产生各种污染，不宜用正、反循环钻机、冲击钻机等二）钻头选型在施工中可能遇到各种不同地质条件,所以在施工中相应地采取以下不同类型的旋挖钻机钻头进行施工：1、短螺旋钻头,适用于一般地质条件，细砂、中砂、砾沙、角砾土、圆砾土及抗压强度不高的中风化层。
2、带导向管的勘岩钻头，适用于强度不均匀地质、易偏孔地质及中风化层.3、筒式切削钻头，适用于岩层局部破碎、软硬不均，存在孤石与冰层、破碎岩无规律交织，局部抗压强度极高地质三)起重机械选型1、本工程预制管桩较重，采用人工无法操作2、青藏高原高寒缺氧，高原机械功率降效达49％以上，必须采用大功率起重设备3、沿线路地形复杂,普通汽车吊在沙地及浅沼泽地段无法行走根据地质情况、管桩设计要求及施工调整范围，本工程采用了日产SUNY220型履带行走式旋挖钻机，钻头直径选用无需更换的800mm筒式切削钻头,最大进尺深度20米，最大动力220KW；起重机械采用QY-16型16吨越野汽车吊，以满足本工程施工需要.五、施工工艺（一） 工艺流程多年冻土地区旋挖钻机干法成孔插入式管桩施工工艺流程见图1A管桩吊装管桩稳固钻 B 孔B管桩吊装回 填定期沉降观测场地恢复、环保恢复法兰螺栓孔定位安装护筒取出护筒根开定位、高差操平法兰螺栓孔定位埋设沉降观测桩取出护筒测量定位管桩就位钻机就位钻 A 孔制作护筒铺设施工便道吊车就位埋设护筒图1 旋挖钻机干法成孔插入式管桩施工工艺流程图注：本工程中每基电杆为两根管桩，本工艺叙述中以A、B来区分左右管桩。
二）施工操作要点1、施工定测施工前对设计图提出的线路路径及电杆桩位进行档距、高程、转角等复核测量;根据设计选定的电杆型式逐基进行定位测量（管桩定测控制桩位分布见图2）施工前检查电杆中心桩是否稳固，有无松动现象,如有松动现象应定稳固后复测根据施工规范及设计对电杆管桩基础根开、迈步、水平高差、横向位移及法兰螺栓孔方向的五项指标要求，在施工定测时对每基管桩采取六点控制的方案，控制桩位分布见图2中心桩控制桩控制桩控制桩控制桩控制桩控制桩图2 管桩插入控制桩位分布图AB2、管桩就位由于φ500-6~10m预制管桩自身较重，现场运输及施工极不方便，为使在施工中对青藏高原植被破坏程度减到最小，管桩运输至杆位最近便道侧后，采取大绳牵引及人工滚动的方式进入杆位3、钻机就位因本工程投入使用的大功率旋挖钻机自重达70吨,属于履带行走式，对植被破坏严重为满足青藏铁路施工环保要求，旋挖钻机基本沿线路站前修筑的施工便道行走,至每基杆位处防护横向进入施工现场，对钻机进入的道路软土质地段先铺设枕木，上面垫20mm厚的钢板，对土质较硬地段采用铺设厚30mm橡胶垫进行防护4、钻机钻孔（1）钻孔前根据杆位地形及冻土融化程度，确定钻孔后是否会出现塌孔现象，如遇到流沙地段采用钢护筒进行防护,护筒厚度为20mm，直径为900mm，高度根据冻土融化深度确定，一般在1500～2000mm左右，钢护筒放置在杆位中心,由旋挖钻机钻头将护筒下压至流沙中。
2）钻机就位后，调平钻机，保持钻机垂直稳固、位置准确,防止钻杆晃动引起孔径扩大钻机调整好后，将钻头着地,将进尺深度调为03)钻进时原地顺时针旋转开孔,然后以钻斗自重加液压力作为钻进压力，初入孔下压力控制在80-90kPa4)初钻入冻土时不给进量钻进,钻进岩层时，提高下压力（控制在100～150kPa）,钻到坚硬岩旋挖斗无法钻进时，换用短螺旋勘岩钻头破岩，利用筒式切削钻头出碴5）当钻头挤满钻渣后，停止下压及回旋,逆时针方向转动动力头，稍向下送行,关闭钻头回转底盖，上提钻斗时要慢，防止提速过快钻头碰撞孔壁提离孔口后，钻机自身旋转至翻斗车处，用动力头顶压杆，将底盖打开，卸掉钻渣.然后关闭底盖，旋回空位,慢慢将钻头放至孔底，继续钻进6）当孔深距设计高程差0.5m左右时，按设计要求管桩上段3-4米均匀涂抹中性凡士林，以保持管桩与冻融土之间的隔热性,并将管桩吊起来，准备下放.钻进到设计深度时,及时检查孔深及沉渣厚度,当沉渣厚度大于允许厚度时,及时清孔清孔时，将钻头放至孔底顺时针旋转将虚渣清除清孔后，再次检测孔深、孔位及垂直度.5、A管桩插入（1）当钻孔深度达到设计要求后，在成型孔内缓缓倒入300mm中砂作为垫层。
2）由吊车将管桩吊起，管桩吊点应设在管桩顶部的法兰上，以保证管桩起吊后桩身与地面保持垂直，在下放过程中由人工配合护住管桩慢慢下落,以免管桩碰到孔壁.（3)在定位控制桩上拉设工程线确定管桩中心，将管桩底尖部放在桩位中心上；管桩底部定位后，转动桩身，保持管桩法兰对角两个螺栓孔与电杆排面成一条直线；螺栓孔定位后，采用水平尺对管桩顶部法兰进行操平6、管桩稳固300mm900mm200mm图3 固定木楔管桩定位完成后,采用自制木楔(见图3）沿管桩四周嵌入，以保证管桩在回填过程中的稳定性，稳固后撤出吊车.7、钻B孔在A管桩施工结束后,移动旋挖钻机至B桩位，根据所安装的A管桩中心,对B桩位进行复核，定位后进行旋挖钻孔8、B管桩安装成孔后，检查成孔中心是否在桩位中心，并对孔的深度进行复核,当B孔深度小于A孔深度时采用旋挖钻机进行清理调整，当B孔深度大于A孔深度时，孔内填灌高于偏差200mm的中砂层进行补充，然后采用旋挖钻机钻头将B管桩桩顶徐徐下压至与A桩顶水平.管桩的位移、迈步及法兰螺栓孔方向确定以电杆排面控制桩之间的工程线为依据，保证A、B管桩对称的四个螺栓孔中心在工程线上，高差采用全站仪进行测量控制，跟开定位主要采用钢卷尺核准定位，管桩垂直度定位主要以水平尺检测法兰面的水平度为主。
管桩各点控制顺序流程见图4，管桩安装剖面见图5）位移定位迈步定位跟开定位法兰方向定位高差定位管桩铅锤度图4 管桩安装控制顺序流程图LHλ图5 电杆预制管桩安装控制图AB9、管桩回填图6 捣固锤6000m(8000m)在管桩施工前，计算出每基管桩的回填土量，配备一定的粘土和中砂，然后将粘土与中砂采用1：78的比例进行人工均匀搅拌,含水量控制在8%-10％左右管桩插入后采用粘土砂浆进行回填,每回填300mm采用6m或8mф40钢管一端焊接8磅大锤头制成的捣固锤(见图6）沿四周夯实，回填过程中水平尺始终放在法兰上，同时全站仪对两管桩之间高差进行监控，发现管桩有偏差时及时调整,回填结束后撤出木楔，采用吊车取出护筒10、场地恢复施工结束后，清理走现场全部施工工器具，并将回填后剩余的弃土运往指定地点，对车辆行走后压实的地方采用铁锹或钉耙翻松11、定期沉降观测根据青藏高原多年冻土地段管桩基础施工扰动后回冻时间观测，一般在15~30天左右,在此期间管桩将会出现下沉或冻胀上拔现象,对施工质量将产生一定的影响全线路选择有代表性的不同地质、地温地段管桩，如多冰冻土、少冰冻土、河床、热熔湖塘地段，每种地段选择3～5基管桩，每基一根，在管桩回填后，采用1。
4米的ф18钢筋打入两管桩之间作为沉降观测基准桩，采用全站仪测出沉降观测桩与两根管桩的水平高差并记录备案定期对管桩进行定期沉降观测,一般第一次在施工结束后3天内每天观测一次，以后每月观测一次,发现管桩有明显沉降或上拔现象的立即通知建设单位和设计单位并及时处理六、机具设备电杆预制管桩基础采用旋挖钻机干法成孔插入式管桩施工主要机具设备详见表1.表1 主要机具设备配备表序号机械设备名称型号规格单位数量备注1旋挖钻机SY220台12越野吊车QY—16台13施工车辆5t辆14全站仪SEF5F台15水平尺05m把26钢 板4000*5000＊20mm块10根据地形确定7枕 木4m根50根据地形确定8护 筒φ900*2000个1根据地形确定七、劳动力组织电杆预制管桩基础采用旋挖钻机干法成孔插入式管桩施工劳动力配置详见表2.表2 劳动力组织一览表序号工 种人 数职 责1现场指挥1负责现场指挥、调度2旋挖钻机司机2钻孔施工3吊车司机2铺设钢板、吊装护筒、管桩4汽车司机1拉运施工人员、施工机具5测量工1负责桩位定测、管桩安装定位6普通工人6配合施工、回填及场地恢复7质量、安全、环保检查员2质量、安全、环保监督检查八、质量控制1、执行质量标准（1）、《铁路电力施工规范》TB10207—99；（2）、《铁路电力工程质量检验评定标准》TB10402-2003;(3）、《青藏铁路高原多年冻土区工程施工暂行规定》下册；。