第十一章  技术革新，追赶世界
 

第九节  钻孔桩——桥梁基础工程的一大创新

 

　　成昆铁路建筑里程1083.32公里，穿越地质构造的大裂谷、断裂带、地震区，几乎每一公里，都面临着大自然的阻拦。

　　桥梁在战胜不良地形、地质方面，承担了更多的“责任”。成昆铁路共有991座桥梁、2263个涵洞，设计与施工，饱含着勘测设计工作者和建设者的无穷智慧。

　　现在我们来看一下，他们在桥梁的基础施工中，是如何战胜卵石层的。

　　一、基础问题是桥梁的根本

　　桥梁工程，基础是根本，必须掌握充分的地质、水文资料，采取针对性的设计、施工方法。

　　成昆铁路横跨氓江水系、金沙江水系、元江水系。

　　桥梁从一开始就遇上了基础难题：河床的漂卵石层粒径大，渗水强，基础难以穿过。

　　以往设计深基只有沉井和打桩两“板斧”，遇到这些情况这两“板斧”均难奏效。因此,基础施工问题,成为当时迫切需要解决的课题。

　　何为“卵石”?

　　卵石是坚硬岩石经河水亿万年冲刷形成的卵形石块，小者拇指雨花石，大者如聚餐的园台面，非常坚硬。在这些卵形石块密布的流域修建桥基，围堰明挖、沉井和打桩等方法都不易成功。

　　谭葆宪将基础遇到的难题向技术副总指挥彭敏作了详细的汇报分析。

　　彭敏指出：基础是百年大计的根本，大部分均需下至基岩，落在土层的基础也必须有足够的安全系数。这是成昆铁路桥梁基础的设计原则。

　　二、钻孔桩一一山区桥基技术的突破

　　成昆铁路遇到一个特殊地层，就是卵石层。桥基遇到卵石，钻头钻不下去，桩也打不下去，怎么办?各种老办法都试了，基础就是下不去!熟悉彭敏的工程技术人员却充满了信心。 他们认为：彭敏将长江大桥的基础难题都攻克了，并创造了世界纪录，卵石层还在话下?!

　　这话传到彭敏耳里，他笑笑说：具体情况要具体分析，长江大桥的“管柱钻孔法”解决不了卵石层。特殊矛盾要用特殊的方法!古人说“一样服一样啊!”

　　其实，卵石层难题，也是世界桥梁史上的新问题，没有在卵石层上建造大桥的先例，技术人员也查不到任何可借鉴的资料。

　　彭敏解决难题总是依靠各类专家的集体智慧。他的“杀手锏”就是组织“战斗组”。

　　1965年6月组成了基础新技术战斗组。

　　有人提出可否用冲击钻的原理，将卵石冲碎?冲击钻对付坚硬的混凝土是可行的，而卵石层是由无数大小不一的漂卵石，没有整体的固定性，理论上说是不行的。又有人提出，“冲击”的原理对粉碎卵石还是有意义的。

　　采用冲击法砸碎卵石，是个新思路。如果制造一个巨型钻头，用吊机吊起来往下砸，可将卵石砸碎，然后再设法将碎石取出来。

　　纸上谈兵出思路，经过实践才能出“真理”。通过现场试验，认为是可行的，但是接下来的许多问题如何解决：

　　孔径大小如何选择?碎石如何提取上来?遇有渗水如何办?深孔会不会塌坍?一个桥墩需钻几个桩孔?如何布置桩孔?采用什么钻机?钻头落井如何处理?……

　　针对各种问题，战斗组一个一个地反复研究、试验，一个一个地找到了应对方法。
 

 

　　(YKC—30型钻机在作业•选自《成昆铁路•6•画册》)
 

　　钻机是非建桥专用机械，从钻孔，清孔到灌注水下混凝土，机具都不配套。战斗组结合实际进行改造。试验证明，钻机的钻头，轻了，砸不碎卵石，一般要用1.5吨以上的超重钻头。

　　由于钻机最轻的8吨，最大的13吨，最重的部件超过一般汽车的运载能力，不利于长途运输，加上陡坡限制，因此，限制了使用范围。为此，战斗组与施工单位研制了简易钻机。简易钻机的钻头有2.5～8.0吨，冲程可灵活调整，冲击能量大，适用于坚硬地层和漂卵石层。特别利于大孔径施工，在安宁河2号大轿6号墩曾用简易钻机，成功地完成3米直径的桩基。

 

 

　　(用万能杆件拼装钻架的“简易冲击钻机”正准备钻孔•选自《成昆铁路•6•画册》)
 

　　采用整体铸造的十字型钻头，重1.5～2.5吨，冲击行程0.35～1米，钻头刃角和摩擦角，根据不同地质确定。

　　 抽碴筒用厚5～10毫米的钢板卷成圆筒，直径为钻头直径的60～70%，高度为1.5米左右。筒底有单开、双开和球阀式三种。

　　钻机配备的主要机具是：钻头2～3个，抽渣筒1～2个，电焊机1台，空气压缩机6～9立方米1台，氧割设备1套，混凝土拌合机1台，吸泥机直径100 毫米 1套，混凝土导管直径200-250毫米1套，混凝土吊、漏斗各1个，千斤顶10～15吨2个，打捞工具1套。冲击钻机震动大，部件较易损耗，须有充足的易损配件备用。

　　注入泥浆是防止孔壁坍塌并使钻渣悬浮的关键措施。对漂卵石和砂土地层,泥浆比重以1.5左右为度。其他较坚硬地层以1.2左右为宜。

　　每次抽碴后，要注入适量泥浆，然后在正常钻进中均匀注入少量泥浆。也可直接投入粒径5～10厘米的粘土块，利用钻头冲击造浆。在漂卵石层，1米直径的桩孔，每钻进1米约需粘土500公斤。

　　吸泥时，将吸泥机放入孔内，利用高压风把石碴和泥浆吸出。

　　孔深钻至设计标准后，要对孔深、孔径、孔斜及孔位偏差进行实测检查。

　　下混凝土前再射风翻碴。

　　为保证灌注质量，还对桩身配筋、桩身混凝土标号、桩的防护等定出标准。

　　对承台座板的构造及混凝土标号、与基桩的连接、钢筋布置都作了细致的设计。

　　利用钻机进行水下混凝土灌注是个经济的办法。钻机配起吊设备采用导管法灌注，控制导管埋入混凝土1～3米之间。

　　经试验，每台钻机最慢每小时钻0.5米，最快2.6米，平均为0.18米。——又一世界级新技术诞生了!
 

 

　　(简易冲击钻机在钻孔作业•选自《成昆铁路•6•画册》)

　　也许读者会问：上述叙述并看不出有什么技术含量呀!是的，卵石层是铁路桥梁的基础遇到的前所未有的困难，没有专用机械，没有特殊材料，奇迹就是用这些通用机具、土办法创造出来!

　　办法不在姓洋姓土，看谁符合客观规律。

　　这个新方法于1965年6月，先后在黑井顺河大桥、嘎立牛日河9号大桥进行了钻孔桩基础的试点。两个试点工程顺利通过了漂卵石层。

　　桩群布置采用行列式、梅花式或环状。直线墩台：一般为对称布置，并使桩群纵向有较大的截面模量。曲线墩台：多使桩群横向有较大的截面模量，不对称布置时，对摩擦桩按满足恒载偏心要求考虑。

　　钻孔桩最小钻头直径为80厘米。成孔桩径有直径90、100 、110、140、300厘米等多种。最长的钻孔深达43.55米。通过或嵌入的主要地层为漂卵石、砂卵石、粘砂土夹碎石、淤泥质粘土(龙街层)、山坡堆积层、第三系砂页互层、白云质灰岩等。

　　钻孔桩基础法不存在抽水问题。这个办法自钻孔至混凝土灌注完成,全部在泥桨护壁的条件下进行。地层内的块石、漂石,冲击钻均能将其冲穿透，因此它不怕透水和漂石阻挡，能够较顺利地在透水的漂卵石河床上修建深基础。
 

 

　　安装护壁套简.选自选成昆昆铁路.6.画册
 

　　小河子大桥3号墩用钻孔桩基础,工期仅1.5个月;而4号、5号墩用沉井法做基础，受透水、漂石阻挡，工期长达半年多。

　　成昆铁路在桥梁基础施工中曾遇到三大难题：一是河床有漂卵石层，二是遇龙街粉砂软厚层，三是在陡坡开挖基础，容易切断山坡地层结构而引起坍滑。

　　钻孔桩基础的试验成功，这三个难题迎刃而解。

　　三、挖孔桩一一钻孔桩的“兄弟桩”

　　钻孔桩很快在全线推广应用。但在缺少钻机的情况下，在钻机重量太大，运输困难的情况下，能否在陡坡上用人工挖孔呢?能否在孔下对大卵石进行小爆破做挖孔桩呢?这是战斗组下一个攻克的课题。

　　人工挖孔灌注桩基础与钻孔桩基础的区别是：不需要笨重的钻机，只需镐、锹开挖。它适用于地下水少的地层，但需要护壁，需对大卵石凿眼搞小爆破，需要向井下送风，防止缺氧。

　　1966年1月铁道兵四十七团指战员首先在轸溪中桥2号墩实施人工挖孔，就地灌注钢筋混凝土桩基础，仅用不到三天时间，不到100工日就完成了该墩的基础，简称“挖孔桩”。

　　挖孔桩设计的有矩形、方形、圆形等截面。采用的最小截面为1.0×1.0米，最大截面为3.7×3.8米。最大桩长30米。通过或嵌入的主要地层为粘土、龙街层、粘砂土、粘砂土夹碎石、粉砂、粉细砂、中砂、粗砂、中粗砂夹粘砂土互层、块石、块碎石土、砂砾石、卵石土、漂卵石、泥岩、砂页岩互层、辉长岩、花岗岩、石灰岩等。

　　人工下井挖深孔一般为1～2人;地面起吊出碴，卷扬机起吊为3～4人：人力起吊为4～5人。浅挖，快护，交替作业，挖孔过程中要经常检查桩身净空尺寸和平面位置，孔的中线位置和截面尺寸应符合设计要求。

　　劳动机具：短柄铲、十字镐、短柄锹。绞车、抽水机、掏水桶、老母鸡(测井下氧气含量)。

　　人工下井深挖，安全是最重要的。一要防塌孔，做好支撑;二要防缺氧，做好通风。桩长在20～30米时，连队干部最怕井下缺氧。当时没有检测仪器，就买来几只“试氧鸡”。在井下挖孔时，都有“试氧鸡”陪伴，避免了意外事故。
 

 

　　(挖井时吊运出土•选自网络)
 

　　挖孔桩不仅解决了钻机不足和陡坡上钻孔桩基础施工的困难，还为灌注桩造孔闯出了一条新路，在成昆铁路桥基中大量采用。

　　专家若是坐在办公室里，靠查找技术资料来解决陡坡桥基难题，大桥深基的难题真是不可逾越的。设计人员深入施工现场，与干部、群众相结合，从实际出发，因地制宜，充分发挥有利因素，实践、总结、再实践，终于找到了“闭门专家”望不可及的窍门。

　　在钻孔桩、挖孔桩这一对“兄弟孔桩”的面前，陡坡也好、河滩也好，卵石也好、岩层也好，浅基也好、深基也好，除了深水基础，统统举手投降。

　　四、多样实践，完善钻、挖孔桩理论

　　钻孔灌注桩基础是成昆铁路桥基施工的一大革新。我们的战斗组信奉辩证唯物主义认识论，为取得钻孔桩的实践提高到理论的层面，遵照毛泽东的“一个正确的认识，往往需要经过由物质到精神，由精神到物质，即由实践到认识，由认识到实践这样多次的反复，才能够完成”的教导，作了许多不同的试验、实践，取得了规律性的认识，形成了自己的创新理论。

　　在黑井顺河大桥漂卵石层中冲击钻孔中，作了各种不同比重、含砂量、胶体率的泥浆与钻孔进度和护壁效果的试验，积累了防止孔壁坍塌的资料和钻孔泥浆指标的资料。

　　在大德立交桥钻孔桩施工中，采用了吸泥机、抽碴换水、吸泥吹风、吸泥射水等不同方法清孔，待桩身混凝土具有一定强度后，用地质钻机取样检查。

　　在用灌注桩身水下混凝土的大量记录中，反算桩径及用试桩开挖量测桩径等方法，找出了冲击钻头直径与成孔桩径的关系。

　　在黑井顺河大桥、牛日河5号和6号大桥进行了漂卵石层8根桩的轴向受压静载试验和7根桩横向受力静载试验，取得了漂卵石层的极限摩擦力和桩侧地层地基系数随深度变化的比例系数的数值。

　　还作了桥墩承台座板的光弹性模型试验，对承台座板的应力状态有了初步了解。

　　还修建了沉井式承台钻孔桩基础，局部支承桩钻、挖孔桩基础，单根、双根桩柱直通桥墩顶帽的钻、挖孔桩基础，这些都为特殊水文、地质及地形条件下采用钻、挖孔桩基础提供了新的良好的结构形式。

　　对钻孔灌注桩基础的设计方法、施工操作、安全事项以及桩的静载试验等，战斗组曾于1966年6月和1967年10月提出规则草案。

　　在成昆线修建后期出现了大型孔径钻孔桩，如安宁河2号桥6号墩单桩基础。还有大型孔径为4米的挖孔桩，并以混凝土护壁代替临时木支撑。

　　桩基由群桩到单桩，桩径由小到大发展至3～3.8米，桩深已达43.55米。不仅在桥梁基础中广泛采用，还扩大应用于路基挡墙、护岸、隧道边墙、明洞基础以及整治滑坡的“抗滑桩”，显示出它的广阔前景。

　　钻孔桩采用吊机冲钻，穿石凿岩、灌注深水桩基，攻克了在漂卵石层中修建桥基的难关，既改善了劳动条件，又节省了大量圬工。

　　人工挖孔桩，使用机具简单，上马容易，开挖快，造价省，在小量地下水的条件下.适用于陡峻山坡，山麓堆积，特别是块石堆积、覆盖厚、基岩深的桥基。

　　全线采用钻孔桩基础的计有62座大中桥，152个墩台，共1155根桩，总长19676.9米。

　　全线采用挖孔桩基础的计有70座桥，209个墩台，共807根桩，总长8126.3米。

　　他们根据实践经验和试验成果，编写了《铁路桥梁钻孔灌注桩基础设计要点》、《钻孔灌注桩施工操作须知》、《钻孔灌注桩静载试验工作细则》等三个文件。这些成果已部分纳入1975年部颁《铁路工程技术规范》第二篇桥涵中。

　　五、钻孔桩与传统方法的结合创新

　　钻孔桩、挖孔桩是河滩与山坡桥基施工的新技术。

　　战斗组不满足取得的成绩，在施工实践中，将钻孔桩的与传统方法的结合，不断创新，主要有两项成果。

　　一项是沉井式承台钻孔桩基础，采用了钻孔桩与沉井相结合的方案，即沉井式承台钻孔桩基础。

　　另一项是局部支承桩基础。这是为了克服大量桥隧相连的条件下，桥基的施工困难而创造的新型基础。

　　成昆铁路上的险峻地形与复杂地质，给大桥建造带来相当大的困难、障碍。然而，挑战始终是创新的动力，成昆线的建设者们迎难而上，调查研究、科学试验，理论与实践相结合，采用优势互补，扬长避短一一产生新方法，满足新要求。

　　钻、挖孔桩基础的采用和发展，使桥梁基础设计施工获得更大的自由并取得显著成效。

　　钻孔桩基础，对地质的适应性强，除软土、淤泥和流砂等易坍孔和粘着钻头的地层须作施工工艺试验外，一般地层均可采用。尤其对透水性强的地层、大块石或大孤石地层、倾斜、凹凸不平的岩层，更显示其优越性。

　　挖孔桩基础，适用于无水或少水地层，施工没备简单，不受地形和运输条件的限制，施工进度快、使用劳动力少、造价低。同一墩台基础可以交叉平行作业。清孔彻底，必要时还可扩大桩底增加桩基支承力。可以直接掌握地质实际情况，有利于及时改善设计。

　　沉井式承台钻孔桩基础，在特殊情况下有很大的优越性。

　　局部支承桩基础，在特定条件下，节省圬工、减少劳力、缩短工期，均可因地制宜地推广使用。

　　全线采用钻、挖孔桩基础的有132座大桥，共362个墩台采用，总桩数1963根，桩长27800.2米。

　　武汉长江大桥基础施工创造的“管柱钻孔法”有苏联专家顾问指导，成昆铁路创造的“钻孔桩基础法”由新中国自己的桥梁专家与一线劳动者共同创造，书写了人类桥梁基础施工的新篇章。

　　991座桥梁经历了近50年的运营考验，迎战了半个世纪的江水冲刷，承载着祖国人民的安康。大桥威武挺立，钢铁彩虹依然展现。这一切，基于大桥的基础——坚如磐石。

　　大桥的基础啊，你不显山，牢固嵌入岩基;你不露水，用胸膛迎战洪水冲击;你不声张，持之以恒地肩负国防与社会经济的重任;你不炫耀，是设计者与建设者的人格、风貌的展现!

　　向你致敬，大桥的基础!你是成昆人的化身，你是成昆精神的体现!
 

　　(未完待续)
 

 

　　作者简介

　　作者，洪承惠，1944年7月出生。1962年入伍。铁道兵一师历任战士、班长、干事，参加成昆铁路大会战。1978年转业。历任科员、镇长、街道办主任等职。2004年8月退休后，立志全力写好《成昆铁路大会战》。
 

 

 

首发：铁道兵文化网

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编辑：向日葵