1.工程概况：
1.1工程简介
济东高速公路焦修段新月铁路分离式立交桥是本项目的重点控制性工程，桥梁全长8.32m，其中主桥为4_35m预应力砼连续箱梁+2_50m预应力砼T梁+4_35m预应力砼连续箱梁结构，主跨结构为2_50m预应力砼T梁，跨越新月电气化铁路及中铝专用铁路运输线，主跨中墩21墩位于两条铁路之间，地势较为低洼，且紧邻新月电气化铁路，与铁路钢轨最近距离仅为3.2m，与铁路边高压回流线最小距离为0.65m，共有Φ2.2m钻孔桩4根，设计桩长80m。
1.2地理位置及地质条件
该墩位处地质条件：自上而下0～25m为亚粘土层，25～80m为细砂层。由于该墩紧邻新月电气化铁路，而该铁路车流量较大，为6～7分钟/次，且重车与空车穿插运行，对该墩处地基造成较大震动，由于细砂层分布较厚，在钻孔过程中极易塌孔。且该墩位处地面标高较低，两侧铁路线未设置排水系统，导致该处积水无法排除，加之上层土质腐殖质较重，形成较厚一层流动性较强的淤泥层，在钻孔过程中地质极易发生扰动和破坏。
2.施工情况
2.1试桩情况
由于该墩地质条件，且紧邻铁路，在钻进过程中若发生塌孔事故，将直接影响到铁路的安全运营。因此确定先选用离铁路较远的21-1基桩进行试桩，此桩距离铁路钢轨距离为5.4m。由于21墩钻孔桩桩长较长，距离拌和站较远，灌注砼时须绕行3公里便道穿越中铝专用铁路运输线临时施工道口。而此桩距离铁轨距离相对较远，且为距离施工道口最远的桩位，由于工期较为紧张，为方便后续其他各桩的施工，因此决定选择21-1基桩作为试桩。
21-1基桩在试桩时采用正循环回旋钻机进行钻孔施工，共埋设3节直径2.4m、单节长度1.5m的钢护筒，在埋设护筒前对桩位处采用砂砾石进行了换填。在钻孔过程中突遭大暴雨，雨水急速在地表汇集，升至护筒顶标高以上，引发塌孔。为避免临近铁路路基在塌孔过程中发生沉陷而导致重大安全事故，现场为抢险采用挖掘机挖除附近施工便道所垫砂砾石进行回填，事故发生时，最底部一节钢护筒在孔壁坍塌时落入孔中。经过及时抢险，险情得控制，保证了铁路的通行安全。
通过试桩发生塌孔事故，总结经验教训如下：对21-1基桩地质条件认识不足，在施工过程中没有做好遇到突发情况（突降暴雨）时的紧急预案，导致突发情况下出现事故。
2.2塌孔处理施工准备
2.2.1沉井方案选择
21-1基桩桩位处发生塌孔事故后，土层已经受到严重扰动破环，且由于孔位标高低，地下水丰富，上层土质已经液化，流动性较强。普通钢护筒由于刚度不够，无法承受护筒外液化土形成的不均衡的压力，将导致严重变形。经方案比选，决定采用沉井处理。
沉井初选材料为钢沉井和预制钢筋混凝土沉井两套方案。钢沉井具有刚度大，节间连接容易，施工快捷方便的优点，缺点是加工耗时长，不易运输且费用较高；预制钢筋混凝土的优点为沉井尺寸可根据施工实际情况灵活掌握，现场预制不需运输，费用省，缺点是沉井预制精度低，不易养护。经反复对比决定采用预制钢筋混凝土沉井。
2.2.1沉井加工
预制钢筋混凝土沉井内径2.6m（比设计孔径大0.4m），防止沉井下沉时偏位过大导致桩身偏位。井壁厚20cm，每节高1.5m，共制作4节（第一节沉井底部预制成45刃角以便下沉）。为提高沉井的强度和刚度，采用C50砼进行浇注。沉井钢筋笼纵向设40根Φ16主筋，横向布设间距10cm的φ10螺旋筋，以提高沉井竖向抗压力和侧向抗剪力。沉井井壁顶、底部分别呈“十”字形预埋四个吊环和四块钢板以用作提升沉井和相邻沉井间焊接连接之用。沉井混凝土浇注完后立即搭设密封暖棚进行养护，棚内设2个煤炉，烧上开水进行蒸汽养护。养护三天后，现场用回弹仪测试沉井混凝土强度，若达到40Mp以上，即可使用。
2.2.2成孔机具准备
由于试桩时塌孔，原孔位已采用砂砾石回填，且有一节钢护筒掉入孔中，因此已经不能再使用原来的机具进行钻孔，必须采用冲击钻成孔。经多方收寻只找到直径1.2m、1.5m倒锥型Ⅳ翼型冲击钻头2个，重量分别为2t、5t。但很难找到直径2.2m的冲击钻头，工厂加工耗时长，不能满足工期要求。因此根据施工现场情况，决定采用两个钻头配合施工，先将重5t的直径1.5m的大钻头的四翼采用钢棒焊接延长，周围用2cm厚钢板焊接成一圆圈，保证直径达到2.2m。施工时先用重2t的直径1.2m的小钻头进行冲击进尺，然后用加工好的直径2.2m的大钻头进行扩孔至设计孔径，钻头提升采用提升能力为8t的电动卷扬机。施工时配以GBS型泥浆泵一台，16T吊车一辆用于移动钻机就位和吊装下放钢筋笼，ZL-50型装载机一台用于平整场地，整修便道。
2.2.3电力供应
在混凝土拌和站设置400KVA变压器一台集中供电，150kw柴油发电机作为停电时的备用电源，由拌和站埋设电线杆将电引至钻孔现场。
2.2.4砼供应
由混凝土拌和站集中拌和、供应，配备两台JS1000型强制式砼搅拌机，电子计量配料系统一台，ZL-50型装载机一台负责上料。由于21-1桩位离拌和站较远，需绕行穿过中铝专用铁路运输线临时施工道口，车程约为3公里，因此配备4台8m的混凝土运输车进行运输，以确保混凝土灌注的连续性。
2.3冲击钻成孔施工
2.3.1下沉井
测量工程师放出孔位中心桩，然后用人工围绕中心桩挖孔埋设第一节沉井。埋设深度为1m，埋设时必须控制沉井中心偏位不得大于5cm。埋设好后，将沉井周围的空隙用砂砾石和粘土的混合料填满夯实，然后加载进行预压下沉，在下沉过程中要求做到均匀、对称除土，加强现场观测，发现偏差及时纠正，纠偏采用偏除土法和加压法，严格控制井内余土深度及井孔顶底高差。
第一节沉井压入原地面以下后，将第一节沉井顶部吊环割掉后，将第二节沉井安放在第一节
沉井顶部，将第二节沉井底部的四块钢板和第一节沉井顶部的四块钢板焊接在一块。并用速凝混凝土将两节沉井间的缝隙堵塞密实，防止沉井下设后，井外流砂从沉井间的缝隙流入孔中。按此方法逐节下设沉井，下至第四节时，沉井无法下设，为防止沉井倾斜，停止预压。将孔内砾石、浮渣清除后，用水泵抽干孔内积水，并用吊篮吊下工人进行排查，发现沉井为塌孔时掉入的钢护筒所阻挡，将沉井范围内的钢护筒进行切割处理后，继续预压沉井至预定标高。最顶上一节沉井顶部标高控制在高出原地面标高60cm以上，以防止孔位周围积水、泥浆等汇入孔中。
2.3.2泥浆制备
由于该桩位距离铁路较近，且曾经发生塌孔事故，地质情况极不稳定，为了防止火车通行时地基震动而再次引发塌孔，同时由于采用冲击钻施工，振动较大，对泥浆性能要求较高，施工中以化学泥浆护壁为主，先用膨润土+食用碱+CMC+水的配方组成的化学泥浆，根据不同的地层，确定化学泥浆的配比。泥浆制备要有制浆池、储浆池、沉淀池，并采用循环槽和管道连接，施工时泥浆顶面高出施工水位（或地下水位）至少1.0m以上。在施工中每隔1h检查泥浆性能指标，并应经常检查钻渣成分，已确定当前地质情况，当发现土层变化较大时应及时调整泥浆性能指标。
2.3.3冲击钻成孔
先采用2t钻头进行冲击，每次提升高度控制在3-4m为宜，以防震动过大而损坏卷扬机和钢
丝绳，提升、下落时应节奏均匀。小钻每次进尺达到1m左右时，应换上大钻进行扩孔，防止小钻进尺过深而发生卡钻事故。由于大钻为自行加工，整体刚度、稳定性较差，每次提升高度不得大于2m，防止冲击时脱焊。冲击钻施工时应连续进行，中途不停，并填写钻孔施工记录，在交时应交待钻进情况及下一班应注意事项。
在钻进过程中始终保持孔内泥浆水位高于施工水位1～2m以形成水头压力，并应经常注意土
层变化，在进行0-25m范围内冲击成孔时，应提高孔内水头，并向孔内投入膨润土以提高泥浆的比重和黏度，同时还可投入粒径10-20cm的卵石，使冲击钻在下落过程中能使卵石嵌入孔壁四周，以提高孔壁的刚度和稳定性，防止塌孔。当进入粘土层时，应减小泥浆比重，防止泥浆比重过大产生沉淀糊住钻头，从而影响钻头的提升和下落，且此时应减小钻头的提升高度，防止冲击进尺过深而卡钻。
2.4清孔及成孔检测
终孔检验合格后，及时进行清孔作业。
2.5钢筋笼安装
清孔完毕后下放钢筋笼，下放时防止触碰孔壁，避免再次塌孔。
2.6水下砼灌注
钢筋笼就位后，及时进行水下混凝土灌注工作。
3结束语
新月铁路分离式立交桥21-1基桩采用冲击钻成孔施工已经完毕，超声波检测结果为Ⅰ类桩，无扩孔、缩孔情况，桩位偏差在规范允许偏差范围内。现场施工表明对21-1基桩塌孔处理方法、机械设备配置和工序安排合理，为后续施工赢得了宝贵的时间和经验。
