大直徑深樁在公路橋梁施工中的質量控制

曾旭峰

1 概述

高等級公路的中小型橋梁普遍采用樁柱式墩臺、樁基礎。但隨著近年來我國公路與城市道路的迅速發(fā)展，互通式立交、樞紐內的橋梁越來越多，且與被交道路多為斜交，若一跨跨越被交路，主梁建筑高度增加，將影響到橋梁的長度以及主線的填土高度。若采用多柱式橋墩，尤其是設置在被跨道路的中央分隔帶內，既不美觀也不利于高速行車。隨著橋梁鉆孔樁基礎的發(fā)展，以及成孔成樁機具設備和高性能泥漿的使用，大直徑深樁越來越廣泛應用于公路橋梁建設中，以縮短橋跨，從而降低主梁建筑高度，減少工程投資。

2 大直徑深樁施工分類

大直徑樁柱系指樁徑大于250 cm的基樁，按其施工方法的不同可分為鉆孔灌注樁柱，鉆埋空心樁柱和挖空心樁柱三類。

3 施工內容、事故預防及注意事項

3.1 施工平臺

1)平臺構造。鋼管樁工作平臺由鋼管樁與縱橫梁組成，鋼管樁可用成品管或用6 mm～10 mm鋼板卷制而成，采用振動下沉法安裝到位。直徑0.5 m～1.2 m不等?？v梁常使用六四軍用桁架、萬能桿件桁架、貝雷桁架，使用時要注意設計鋼管的跨徑最好為節(jié)距的倍數，以提高支點的剪力。

2)鋼管樁施工。a.鋼管的成品有熱軋無縫鋼管、有縫焊接管和螺旋焊接鋼管三種，為便于長期周轉使用，施工時多采用成品管，鋼管分節(jié)，節(jié)的長度一般為4 m～6 m，節(jié)與節(jié)之間的鋼法蘭圈用電焊連接，以增加連接剛度。b.鋼管樁的底節(jié)刃腳處要貼焊鋼板圈，離刃腳一定高度h要設內橫隔板來提高垂直承載力，以便較容易外拔。c.鋼管樁施打在軟弱地層時宜用高頻激振，深層或終振階段宜使用低頻激振，每次振動時間根據土質情況及振動機能力大小來定，一般不超過10 min～15 min，振動時間過多對振動機的零部件易于磨損。

3)鋼管樁施工工序。a.在浮吊工作船進入墩位前，先經過測量將樁位用浮標形式定位，待定位船拋錨就位后，選用平臺鋼管樁中一根作定位樁，先行振入，以后再以此根做定位的標準。b.施打順序以浮吊移動方便為準，浮吊大致分為三類:汽車(履帶)浮吊、桅桿浮吊及龍門浮吊，其中汽車浮吊是在鋼駁船上裝設汽車(履帶)吊，考慮到振動錘的沖擊力較大，為穩(wěn)定起見，常將船尾(頭)對準鋼管樁，鋼管樁安裝了振動錘后，頂部用4根風纜固定，纜風繩可設在工作船上或已施打的鋼管樁上，纜風的作用是控制鋼管樁的豎向傾斜，鋼管樁振沉到工作平臺高程后停止，再接長，依次施工直到設計位置，一個平臺的鋼管樁要集中施打，才能發(fā)揮效率。c.當平臺鋼管樁出水較高或流速較大時，鋼管樁頂要設橫梁，設剪力撐，形成框架，然后在橫梁上安裝縱桁梁，在縱桁梁節(jié)間支點上安置工字鋼橫梁，并用抱箍固定，在橫梁上鋪設木(竹)跳板，在此平臺架設工作基本完成。

3.2 鉆機就位和埋設護筒

鉆機就位和埋設護筒是鉆孔灌注樁施工的第一步，是保證成孔垂直度的關鍵，必須嚴格要求。在一般墩位地段，采用人工配合機械的方法，平整場地，清除雜物;場地處于陡坡時，應挖成施工平臺。同時在樁基外圍四周適當的位置設置臨時排水，防止地表水流入。護筒埋設必須符合要求，經技術人員檢查后，方可使用。將組裝好的鉆機就位于鉆機底座上，鉆頭精確對準放好的樁位。鉆機擺放水平，鉆機底盤的前后支腿下枕好枕木，并擱置水平尺，在鉆進過程中隨時觀測，及時調平。鉆機頂部的起吊滑輪緣、鉆頭中心和樁孔中心三者保持在同一鉛垂線上。鉆頭尖對準樁位十字中心，偏差不得大于5 mm，然后再進行調平，直至符合要求。鉆機擺放水平，鉆機底盤的前后支腿下枕好枕木，并擱置水平尺，在鉆進過程中隨時觀測，及時調平。鉆機頂部的起吊滑輪緣、鉆頭中心和樁孔中心三者保持在同一鉛垂線上。鉆機對正樁位后，根據設計的泥漿比重向孔內投擲造漿材料，通過鉆機的反復沖擊制備泥漿。鉆孔過程中隨時進行樁位復測，檢查孔徑、傾斜度以及鉆機平穩(wěn)程度，防止孔位偏斜，并做好鉆孔記錄。鉆孔時要高度重視泥漿護壁，適時測泥漿相對密度、粘度、含砂率等主要指標。鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進行，注意土層變化。鉆機鉆進過程中每個臺班由現場操作人員撈取一次鉆渣并在記錄表中做詳細記錄，以便與地質剖面核對。當鉆至設計標高時，立即檢孔，包括孔位、孔深、孔徑、垂直度等。認可后方可進行清孔并進行灌注前的準備工作。

3.3 泥漿控制

粘土選用水化快、造漿能力強、粘度大的膨土或接近地表經過凍融的粘土。選擇時參照以下條件:

1)粘土風干后不易碾碎，顏色較深;

2)水浸濕后能大量膨脹;

3)膠體率不低于95%;

4)含砂率不大于4%;

5)制漿能力不低于2.5 L/kg。

當選用粘土難以滿足泥漿要求時，再摻用添加劑改善泥漿性能。設置泥漿池、儲漿池、沉淀池，并用循環(huán)槽連接，做好環(huán)境保護。開鉆時應先往孔內灌注泥漿，待泥漿輸進鉆孔一定數量后，方可開始鉆進。粉土層，泥漿比重控制在1.1～1.2之間;粉細砂層，泥漿比重在1.2～1.3之間;中層砂，泥漿比重控制在1.3～1.4之間;老黃土層，泥漿比重控制在1.04～1.1之間。鉆進中如泥漿有損耗、漏失，應予補充，并按時檢查泥漿指標。遇土層變壞應增加檢查次數，并適當調整泥漿指標。每鉆進2 m或地層變化處在泥漿槽中撈取鉆渣樣品，查明土類并記錄，以便與設計資料核對。

3.4 鉆孔中事故的預防及處理

為了避免或減少斜孔、塌孔、彎孔、擴孔現象，鉆進時應注意:

1)樁的開鉆，只有在其相鄰樁的混凝土澆筑完24 h后才能進行。

2)機架基礎的安裝要牢固，穩(wěn)定，并經常用水平儀檢測，及時調整。

3)大直徑鉆孔樁要充分發(fā)揮泥漿的護壁、防坍孔和懸浮鉆渣作用，并且要使鉆渣在泥漿池中循環(huán)時能夠迅速下沉。泥漿性能好，護壁效果好、孔壁泥皮薄而密，孔底沉淀少;泥漿性能差，孔壁會造成較厚而散的泥皮，并且在孔底形成很厚的沉淀。鉆孔過程中控制泥漿的比重在1.20～1.40之間，粘度 T=22 s～30 s，同時加強對現場泥漿比重、粘度的控制。

4)在含粘土中砂、砂礫地層中，若發(fā)現泥漿漏失嚴重，沖擊成孔時投入一定量粘土，借沖擊鉆頭作用將粘土擠入砂、砂礫空隙中，并適當增大泥漿比重。

5)清孔。

采用換漿法進行初步清孔，要求用手摸泥漿中無2 mm～3 mm大的顆粒為止，并使泥漿比重減小到1.15左右。清孔后用測繩配合標準錘測孔底沉淀厚度，用儀器測泥漿指標。清孔時，注意始終保持孔內水位高出地下水位1.5 m～2.0 m，以防止塌孔。不得用加深成孔深度的方法代替清孔。為了保證清孔徹底，在澆筑混凝土前，對孔底進行射風處理。

混凝土灌注是鉆孔樁最重要環(huán)節(jié)，而往往在施工中難以做到位，關鍵是出現問題后的處理方法。φ3.0 m鉆孔樁灌注在做到普通小樁徑灌注的同時，重點防范以下幾點:

a.鋼筋籠下放后，下放射風管，在灌注前開動空壓機，利用氣流擾動孔底沉渣，使之懸浮于泥漿中，以減少沉淀物。本橋鉆孔樁為嵌巖樁，樁底沉渣厚度不大于5 cm。

b.首批混凝土方量確保，其考慮有以下因素:《規(guī)范》要求、混凝土剪球完后不是呈絕對水平而可能呈錐體、擴孔、適當增加安全系數。施工前加工7.0 m3儲料斗，剪球采用蓋板皮球法，剪球時先將儲料斗儲滿，兩輛罐車就位后，剪球的瞬間，罐車加大馬力放灰，這首先在方量上確保成功。

c.孔深測定:由于孔斷面積7.1 m3，混凝土可能出現凸凹不平，測孔深取四個直角點，測繩緊靠鋼筋籠，且取最不利值。

d.混凝土灌注大約需要6 h，在灌注接近尾聲的時候，混凝土表面積有大量淤泥，這給測量帶來誤區(qū)，將淤泥或夾混凝土淤泥當成混凝土，其通過測繩憑手感沒有把握。而用事先準備的竹竿能精確判斷，甚至能測出混凝土面平整情況，這提供了準確的原始數據。

e.導管用內徑300 mm的無縫鋼管，拼接時，對導管進行編號，并對管的長度進行記錄，另外務必使導管軸線順直，內壁光滑。施工前導管必須通過水密試驗檢測。

3.5 施工應注意事項

3.5.1 鉆孔時注意事項

1)鉆機就位后，要固定牢固，防止由于在提錘和落錘時的沖擊，使鉆機移位，導致偏孔。2)開孔時，不要很快進尺，要加強造漿，使護筒底部孔壁穩(wěn)定。3)在進入巖層后，要經常檢查鉆頭的直徑尺寸，主要是鉆頭在巖層中磨損嚴重，如不及時補焊鉆頭，將導致孔縮徑，檢孔器下不去。

3.5.2 灌注混凝土時注意事項

1)導管的接頭要嚴密，必須每次逐個檢查，以防漏水。導管位于孔中央，并在灌注混凝土前進行升降試驗。安放時一定要保證導管的長度，灌注時記錄管拆除后的長度，作好灌注記錄。

2)混凝土原材料拌和必須均勻，杜絕運輸過程中的離析。每車混凝土均檢測坍落度、和易性，達不到要求的混凝土堅決不用。

3)為了確保澆筑過程的連續(xù)性，我們將采用部分商品混凝土，為了確保商品混凝土與自拌混凝土的同一性、均勻性，我們自拌混凝土與商品混凝土采用相同的混凝土配合比，并在水泥、外加劑等原材料上采用了同一來源。

4)制備混凝土的原材料必須符合技術規(guī)范及施工規(guī)范的要求。在施工過程中混凝土坍落度控制在18 cm～22 cm。

5)灌注工作須連續(xù)進行，盡量避免任何原因的中斷灌樁，由于混凝土數量大，灌注需要時間較長，通過在混凝土中摻入緩凝劑，以延遲其凝結時間。

6)灌注首批混凝土時應注意，導管下口離樁底一般為20 cm～40 cm。

7)灌注過程中隨時檢查混凝土頂面標高，作好灌注記錄。推算導管的埋深并及時拆除導管，一般控制導管埋深2 m～6 m。在最后灌注時導管不要急于拆短，而要加大高度，增加混凝土壓力，提高混凝土密實性?；炷翝仓慕K止高度應超出設計樁頂高程至少不小于1 m。

8)在灌注過程中，將孔內溢出的泥漿引流到相鄰的護筒內，以防止污染環(huán)境。灌注的樁頂標高應比設計標高高出1.0 m，此范圍內的泥漿和混凝土及時清除并注意防止損壞樁身。當混凝土達到一定強度時開挖基坑，清理樁頭進行樁基檢測，檢測率及檢測方法應滿足設計要求。

9)澆筑混凝土前，將聲測管上端用塞子堵死，待樁檢工作完成后，用水泥砂漿將聲測管灌滿且密實。

10)灌注快到樁頂時，由于上面的泥漿比重大，應多測幾次混凝土面的標高，確保超灌樁頂1 m。

4 結語

大直徑橋樁施工是一項十分重要的工作，需要周密考慮，精心組織，嚴格按照標準和規(guī)范來施工，使鉆孔樁的質量得到保證，成樁后的超聲波無破損檢測全部為A類樁，也為以后施工同類型樁積累了經驗。只有這樣才能最大限度地避免施工中可能產生的各種問題，優(yōu)質高效地完成施工任務。