鉆孔灌注樁在橋梁施工中的應(yīng)用探討

藍(lán) 青

(河北省滄州市交通運(yùn)輸局公路工程處)

1 引言

鉆孔灌注樁是公路及城市橋梁建筑中常采用的一種形式，因其獨(dú)特已被廣泛采用。但鉆孔灌注樁屬于水下隱蔽工程，一般施工質(zhì)量效果無(wú)法直接觀察，雖然其施工工藝并不復(fù)雜，但施工中的每個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，會(huì)影響整個(gè)樁的質(zhì)量，一旦出現(xiàn)缺陷樁，處理起來(lái)也麻煩，往往影響工期，增加投資。因此，嚴(yán)格控制好鉆孔灌注樁每個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，是提高樁基質(zhì)量的關(guān)鍵。橋梁鉆孔灌注樁施工常見(jiàn)的重點(diǎn)問(wèn)題主要有兩個(gè)：一是橋梁鉆孔灌注樁施工中遇到溶洞的判定及處理;二是做好澆注水下混凝土的技術(shù)控制。筆者結(jié)合橋梁鉆孔灌注樁施工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，做一些分析，為確保橋梁鉆孔灌注樁施工提供一定參考。

2 工程實(shí)例

某大橋橋墩采用鉆孔灌注樁，樁基直徑1.3m、1.5m兩種，共60根樁。根據(jù)勘察資料反映，其中深層的強(qiáng)風(fēng)化灰沿巖層呈硬狀，強(qiáng)度高，厚度不均，埋藏淺，巖溶較發(fā)育，穩(wěn)定性差，巖土工程分級(jí)為Ⅳ級(jí)軟巖，不宜作為樁基礎(chǔ)的持力層。而弱風(fēng)化石灰?guī)r層強(qiáng)度高，完整性好，厚度大，埋深適中，巖土工程分級(jí)為Ⅴ級(jí)次堅(jiān)巖，可作為樁基礎(chǔ)的持力層。

3 鉆孔灌注樁施工中溶洞技術(shù)處理

3.1 樁基溶洞的判定

根據(jù)現(xiàn)有取得的地質(zhì)資料分析，初步判斷斷裂層走向。通過(guò)取到的巖樣測(cè)出風(fēng)化巖樣及鐘乳石碎塊含量可初步判斷溶洞存在的可能性。另外，在鉆孔施工出現(xiàn)錘頭入巖后漏漿或漏塌;入巖一定深度后，突然進(jìn)尺加快，有時(shí)不用提錘而錘自動(dòng)下沉;入巖后泥漿逐漸改變顏色，尤其從黃色邊為黑色，說(shuō)明有溶洞，并且被軟塑流塑狀態(tài)淤泥質(zhì)粘土所添充等各種現(xiàn)象，都可判定溶洞的存在。

該工程在鉆孔施工中，根據(jù)鉆探資料及現(xiàn)場(chǎng)施工清孔來(lái)看，該區(qū)域主要存在兩種形式的溶洞：(1)一類為充填性溶洞。主要由可塑的粘性土沖填，中間間斷夾有小部分灰?guī)r巖塊;當(dāng)鉆孔時(shí)出現(xiàn)此類溶洞時(shí)，能感覺(jué)到鉆機(jī)進(jìn)尺突然加快，孔內(nèi)泥漿面緩慢下降，鉆機(jī)錘頭有輕微晃動(dòng)和搖擺。(2)另一類為溶蝕嚴(yán)重的溶洞。此類溶洞一般溶蝕裂隙發(fā)育，溶蝕面清晰。有的呈溶溝槽狀;有的巖芯溶去20% ～30%;有的為空溶洞，孔內(nèi)有少量漏水。當(dāng)鉆孔時(shí)出現(xiàn)此類溶洞時(shí)，泥漿面會(huì)陡然下降，鉆機(jī)錘頭晃動(dòng)厲害，并伴有傾斜現(xiàn)象。

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，通過(guò)成孔過(guò)程的監(jiān)測(cè)，正確判斷溶洞的存在，大小、數(shù)量、填充狀況、溶洞或暗河;判斷溶洞特征并采取相應(yīng)的措施。

3.2 樁基溶洞技術(shù)處理

(1)回填片石、粘土。該方法在這些工程中用得較多，適用于較小的溶洞、溶槽、溶溝及小裂隙等地區(qū)，回填的數(shù)量應(yīng)以填充滿為準(zhǔn)。溶洞的大小可通過(guò)泥漿的流失來(lái)判斷。要是采取投片石及粘土處理。一般鉆孔中出現(xiàn)溶洞時(shí)，采用的是拋填片石處理。片石直徑不宜過(guò)小，一般在50～70cm之間。投石時(shí)要注意錘頭傾斜的方向，錘頭向哪個(gè)方向傾斜，就往哪個(gè)方向投石，以保證石頭能順利快速落到溶洞中。如果孔內(nèi)泥漿面下降過(guò)大，必要時(shí)要補(bǔ)抽泥漿到樁孔內(nèi)。

(2)套用鋼護(hù)筒法。工程中出現(xiàn)了溶洞深度在3m以上的空洞，采用了套鋼護(hù)筒法施工。護(hù)筒的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=h+3(m)，護(hù)筒的內(nèi)徑根據(jù)有多少層溶洞來(lái)確定，最底層溶洞所放的護(hù)筒應(yīng)不小于根基的設(shè)計(jì)孔徑，上一層溶洞所放的護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)大于底層護(hù)筒內(nèi)徑3～5 cm。以此類推。施工時(shí)，但進(jìn)尺接近溶洞頂部時(shí)，如所用的鉆機(jī)為回旋鉆，則提起鉆頭、鉆桿，移開(kāi)鉆機(jī)，換用沖擊鉆時(shí)，沖擊鉆頭直徑和鋼護(hù)筒的外徑一至，沖進(jìn)時(shí)輕錘敲打，使孔壁圓滑堅(jiān)固，控制提升高度不超過(guò)50cm。當(dāng)沖擊穿過(guò)溶洞頂部時(shí)，反復(fù)提升沖錘，在頂部范圍內(nèi)上下慢放輕提，直至沖錘不明顯受阻礙，這樣就可以下放鋼護(hù)筒至孔底，若底部還有溶洞，則重新鉆孔的鉆頭和下一層鋼護(hù)筒外徑一致。

(3)采用旋噴樁技術(shù)處理溶洞。該工程有一處橋墩樁基溶洞較多，無(wú)法滿足支承樁嵌巖深度的要求時(shí)，采用旋噴樁加固處理，進(jìn)行樁基基底的加固，以提高樁基的支承能力。該樁基采用了“單管旋噴技術(shù)”進(jìn)行施工，進(jìn)行旋噴施工前用高壓水流沖洗旋噴段粘土，提高了置換率，增加了旋噴樁強(qiáng)度。另外，促使水泥漿及部分化學(xué)漿液混合凝固，形成旋噴樁，從而達(dá)到加固地基的目的，該技術(shù)應(yīng)用于N值為0～30的淤泥、粘性土、砂礫及含部分卵石層的地層中。

4 鉆孔灌注樁水下混凝土澆注控制

4.1 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求配制混凝土

混凝土的配合比設(shè)計(jì)不僅須滿足樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度，同時(shí)又要最大限度地適應(yīng)導(dǎo)管法澆注水下混凝土的機(jī)理及工藝要求。按要求進(jìn)行試配，應(yīng)考慮以下原則。

(1)試配成的混凝土強(qiáng)度，應(yīng)比樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)。

(2)用水量及水泥用量，應(yīng)比普通混凝土大，水泥用量采用每立方米混凝土400～500kg為宜。

(3)含砂量及水灰比是技術(shù)關(guān)鍵，含砂量宜取40% ～45%，水灰比能直接體現(xiàn)混凝土和易性及流動(dòng)性，根據(jù)澆注工藝的特點(diǎn)，建議應(yīng)比一般混凝土適當(dāng)增大，0.5～0.6為宜。

(4)隔水層交界處的混凝土初凝時(shí)間，不得早于樁身全部混凝土澆注時(shí)間，一般控制在6～8 h為宜。

4.2 確保水下混凝土初灌封底

樁底沉渣量過(guò)大及清孔不干凈，或?qū)Ч芫嗫椎滋h(yuǎn)，初灌量不夠沒(méi)能埋住導(dǎo)管等因素都可能造成水下混凝土初灌不封底，因此應(yīng)認(rèn)真清孔及檢查計(jì)算。在下完鋼筋籠后，認(rèn)真檢查沉渣量，不能超過(guò)規(guī)范要求，如有必要還應(yīng)二次清孔;核算初灌量混凝土量;導(dǎo)管底端距孔底高度依據(jù)樁徑、隔水層等因素而定，一般最高不超過(guò)0.5m為宜。

4.3 嚴(yán)格控制好整樁澆筑時(shí)間

優(yōu)質(zhì)的水下混凝土是通過(guò)以不變的澆注混凝土速度連續(xù)澆注而獲得的，如果澆注混凝土的中斷時(shí)間大于混凝土的凝固時(shí)間就會(huì)形成一個(gè)冷縮縫，致使水下混凝土形成的質(zhì)量下降。通過(guò)導(dǎo)管法澆注的水下混凝土有一個(gè)“流體靜力平衡點(diǎn)”，在這個(gè)點(diǎn)上，導(dǎo)管內(nèi)重力與水的流體靜壓力所引起的流動(dòng)阻力平衡，又與混凝土和導(dǎo)管壁、先澆混凝土形成的隔水層阻力的摩擦平衡?！傲黧w靜力平衡點(diǎn)”失衡就會(huì)引起混凝土流動(dòng)，在“流體靜力平衡點(diǎn)”以上添入的混凝土越多，流動(dòng)就越快。因此，要控制好澆筑時(shí)間，就應(yīng)確?；炷敛婚g斷地供應(yīng)，控制好添入料斗的混凝土的速度，就能主動(dòng)順利地完成一根樁水下混凝土的澆注。

4.4 澆注過(guò)程中應(yīng)防止導(dǎo)管堵塞及控制導(dǎo)管埋深

導(dǎo)管的堵塞與澆注時(shí)間、混凝土和易性、澆注技術(shù)操作有關(guān)。如澆注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易使上部混凝土接近初凝，形成硬殼，泥漿殘?jiān)粩喑恋?，加厚積累在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注困難而形成堵管;混凝土和易性不好或離析使石子聚集在一起流動(dòng)性差，也會(huì)導(dǎo)致堵管;澆注技術(shù)操作不佳，不能快速連續(xù)澆注，混凝土和泥漿不能保持流動(dòng)狀態(tài)，也可使導(dǎo)管堵塞。在澆注過(guò)程中，導(dǎo)管堤深過(guò)大，或灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致已澆注的混凝土流動(dòng)性降低，從而增大混凝土與導(dǎo)管壁的摩擦力，在提升時(shí)而導(dǎo)致導(dǎo)管破裂而產(chǎn)生斷樁。導(dǎo)管插入混凝土中的深度應(yīng)根據(jù)混凝土的質(zhì)量、供應(yīng)速度、澆注速度，孔內(nèi)護(hù)壁泥漿狀態(tài)來(lái)決定。同時(shí)，為減少混凝土在澆注過(guò)程中的擾動(dòng)，一般情況下，要求水下澆注導(dǎo)管達(dá)到埋入新澆混凝土最小深度0.7m，最大為2～5m為宜。

4.5 防止鋼筋籠上浮

水下混凝土澆注時(shí)，為防止鋼筋籠上浮而影響澆注質(zhì)量，應(yīng)確保樁孔內(nèi)鋼筋籠構(gòu)造和位置嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求焊制和安裝到位，當(dāng)澆注到鋼筋籠底部時(shí)放料要緩慢，盡量減小導(dǎo)管埋深以減小對(duì)導(dǎo)管的沖力。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，鉆孔灌注樁作業(yè)難度大，施工質(zhì)量難控制，這就讓我們認(rèn)識(shí)到要充分發(fā)揮鉆孔灌注樁安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的優(yōu)點(diǎn)，就需要在施工過(guò)程中加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，同時(shí)在施工前要認(rèn)真熟悉設(shè)計(jì)圖紙及有關(guān)施工、驗(yàn)收規(guī)范，核查地質(zhì)和有關(guān)灌注樁方面的資料，對(duì)施工過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的一些問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行分析處理，做到科學(xué)組織，精心施工，嚴(yán)格管理，施工質(zhì)量是完全有保證的，一些常見(jiàn)的質(zhì)量通病也是完全可以避免的。

［1］ 秦順全.橋梁施工控制：無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法理論與實(shí)踐［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 公路工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)(橋涵)［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］ 桂業(yè)昆.邱式中.橋梁施工專項(xiàng)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2005.