特殊地質施工條件下超大變徑固結擴盤樁垂直度測量技術研究

王海龍 肖 得

（中交一公局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

隨著國家科技快速發(fā)展，橋梁技術水平也在提升，該項目設計樁基位置處于兩道水渠之間空間狹小，無設置群樁的空間。因此設計樁型為固結擴盤樁基，可通過變徑有效地改善現場不良的地質，從而提高成樁質量。固結擴盤樁基對單樁承載力及其垂直度的要求過高，使用單一的測量方式不能滿足其精度要求，須選取合適的測量方法才能有效控制樁基垂直度誤差，保證樁基質量。

1 工程概況

該項目由于大橋橫跨兩道引黃濟青引用水渠，橋梁跨徑達100m 以上，兩道水渠之間空間狹小，無設置群樁的空間，設計樁型為固結擴盤樁。

樁長64m，樁身至上而下18m 為3.5m 直徑，以下除擴盤處外全變?yōu)?.5m 徑；設置5 個固結體內擴盤，樁盤間距10m，盤徑4.5m，盤高2.3m，樁盤固結體直徑5.5m，高度3.3m，孔壁弧度小，易塌孔，而且該段土層有兩層稍密的粉土層，增加了塌孔的風險。

將樁周圍施9 根直徑1.8m 的高壓旋噴樁，樁基上部3.5m徑部位采用了水泥土固結體護壁，還能增加樁的摩擦力，效果比鋼護筒堅實穩(wěn)固。復合固結體高壓旋噴布置示意圖如圖1 所示。

圖1 固結體護壁示意圖（單位：cm）

2 測量流程

2.1 樁基周邊已有結構物沉降觀測

大橋橫跨兩道引黃濟青引用水渠，橋梁跨徑達108m，兩道水渠之間空間狹小，樁基設計在距離已有結構物的坡腳，樁基開挖后大壩邊上會垂直挖開3m 多，造成大壩邊緣土質垮塌、大壩下沉，土質松垮會造成樁基塌孔，垂直度偏差影響樁基質量。在這種惡劣的施工條件下，根據實際情況分析試驗，將開挖裸露在外面的邊坡進行噴漿。

為保障現場施工安全，對周邊大壩進行沉降觀測布控，分為2 個部分：沉降觀測點埋設，水準測量和數據記錄。觀測期間如發(fā)現沉降異常，則對已有結構物進行不間斷監(jiān)測，直至確認無安全隱患后才可允許樁基進一步施工。

觀測點是固定在已有結構物上的測量標志，觀測點采用測量釘加固在大壩混凝土頂面作為觀測立尺點，便于沉降觀測，觀測點設置3 個分別布設在大壩邊緣，易觀測位置，埋設位置能保證施工期間內順利進行觀測，并正確反映沉降。

2.2 樁基施工場地沉降觀測

鉆機就位前，將樁孔周邊地面夯平、壓實。原地面如土質虛軟會造成鉆機就位后下陷，存在施工安全隱患，并造成樁基垂直度偏差影響樁基成品質量。

對此，在鉆機施工范圍內進行反復碾壓，碾壓完成后采集鉆機就位前原地面標高，再將鉆機開到打樁位置進行碾壓，然后復測原地面觀察是否有沉降變化、是否符合鉆機施工規(guī)范條件。

2.3 高壓旋噴樁

測量方式：平面控制網等級采用E 級測量控制網，高程測量控制網采用四等水準進行觀測，確保樁基在施工放樣中精確無誤。應用全站儀坐標定向法進行測量，由3 個已知點其中一個作為校核點，通過校核點確認此次設站是否復核放樣要求，放樣示意圖如圖2 所示。

圖2 放樣示意圖

放好的點位用鋼筋埋設，為防止點位被破壞而影響施工進度，用事先做好的空心桿標示牌套在鋼筋上，達到施工標準化和有效保護點位的效果。

高壓旋噴樁一共有9 根相互連接，每三個樁位點相連成一個等邊為3.037m 的等腰三角形。利用等腰三角形的邊長關系，9 根樁通過等腰三角形定理，進行點位與點位之間聯動復測，從而降低反復測量點的時間和縮短施工期限，將這種測量方法命名為“等邊三角聯動復測法”。

鉆機就位時確保鉆頭中心及樁位中心在同一鉛垂線上，其對中誤差小于10mm；鉆機就位后，鉆桿垂直度檢查驗收合格才可以鉆進。

鉆機垂直度控制測量是樁基施工測量中的重點，由于垂直度是直接反映施工質量的最重要因素之一，垂直度偏差過大，容易改變樁基受力，導致安全事故發(fā)生，下面介紹如何用全站儀測量鉆機的垂直度。

測量方法為采用全站儀平距法，全站儀可直接測量需檢測目標與設站位置間的平距角度，其精度誤差1s 以上最佳，精度越高越準確。并設置獨立控制網控制，控制網加密點為混凝土澆筑式獨立測量墩，測量墩設計為圓柱式（直徑300mm，高1600mm），頂面放置固定式測量基準點托盤。測量墩設置在視野開闊的地方且正對樁位，這樣提高了對鉆機各個角度的垂直度控制。一般架設儀器使用三腳架架設，使用測量墩可以直接將儀器架設在測量墩上減少測量耗時，加快施工進度，且牢固不易被破壞。

觀測點是在鉆機大臂上、下同一豎直軸上各自黏貼測量反光貼片。反光貼是帶背膠的材料，具有很好的耐侯性，防水、防曬、防霉，在夜間測量由于防反光材料的特性，反光能向光源投射方向反射光線，能夠在夜間測量時快速找到設置的點位進行測量，一般的免棱鏡測量相比，具有敏感的識別度、可靠度、精確度。

主要測量步驟有以下3 步：1）鉆機進場后根據實際鉆機大臂凹凸情況設置測量反光貼片，將鉆機調平至垂直狀態(tài)，先將鉆機大臂上端黏貼測量反光貼片并測量其軸、軸坐標記錄，采集數據進行下端放樣確認下端反光貼位置，使其上下2 個反光貼片在同一坐標軸上。2）根據鉆機架設方向確定大臂的縱橫方向，以駕駛室正對方向為縱向，垂直縱向方向為橫向；分別在縱向和橫向鉆機正面架設全站儀。3）利用全站儀反光貼片的測距功能，瞄準大臂上部的反光貼中心進行水平、豎直制動測量鉆機反光貼到儀器的水平距離以及儀器水平面到上部反光貼的高差，保持水平制動松開豎直制動移動至下部反光貼后測量水平距離以及儀器水平面到上部表面的高差，準確至1mm。

按式（1）計算鉆機在測試高度范圍內的斜度（傾斜量）：

式中：Δ為鉆機在測試高度范圍內的斜度（傾斜量）（mm），結果正負號按以下規(guī)定計?。簷M向豎直度向左幅傾和縱向豎直度向路線前進方向傾用“+”表示；反之用“-”表示。為測試高度范圍內鉆機上部反光貼到基準的水平距離（mm）；為測試高度范圍內鉆機下部反光貼到基準的水平距離（mm）。

按下式計算鉆機在測試高度范圍內的豎直度（垂直度）：

式中：為鉆機在測試高度范圍內的豎直度（垂直度）（%），準確至0.01。結果正負號按上述規(guī)定計??；（-）為測試范圍內大臂上下反光貼的高度（mm）。

利用全站儀反光貼片的測距功能觀測，鉆進過程中每隔4h 進行鉆機垂直度測量，一旦有偏差及時調整以確保鉆桿垂直度。鉆機大臂上下2 個反光貼記錄測出的平距進行計算。

2.4 固結擴盤樁

根據設計樁位放線埋設護筒，護筒周圍填黏土；開鉆前縱橫調平鉆機，安裝導向套。鉆機就位時確保鉆頭中心及樁位中心在同一鉛垂線上，其對中誤差小于10mm；鉆機就位后測量護筒頂標高。對鉆機的對中、鉆桿垂直度檢查驗收合格才可以鉆進。鉆孔過程中定期進行垂直度檢測、鋼筋籠定位、成孔檢測。

平面控制網采用E 級GPS 控制網：

式中：為固定誤差（mm）；為比例誤差系數；d 為相鄰點1 距離（km）。相鄰點最小距離應為平均距離的1/2～1/3；最大距離應為平均距離的2～3 倍。

主要技術應用見表1。

表1 主要技術應用

復測采用了標稱精度為（5mm+0.00005%×D）的7 臺大地測量型雙星雙頻GPS 接收機，安置天線采用三角架和對中精度小于1mm 的光學對中器。作業(yè)前對GPS 接收機和光學對中器進行了檢驗校正，經權威鑒定儀器檢驗全部合格。觀測前精心進行時段設計，避開少于4 顆衛(wèi)星的時間窗口，選擇最佳時段，測量的具體觀測技術要求如下：采用GPS 靜態(tài)相對定位模式進行測量，有效時段長度為≥60min；觀測時段數≥1.6；衛(wèi)星高度角15°；有效衛(wèi)星總數≥4 顆；數據采樣間隔5s；PDOP ≤6mm。

高程控制測量精度等級為二、三、四、五等。各等級高程控制采用水準儀測量，四等以下等級可采用測距三角高程測量。本施工高程測量控制網等級應用四等水準測量規(guī)范，采用全站儀三角高程測量法，確保樁基在施工放樣中精確無誤。

如圖3 所示，、兩點之間高差，與水準儀測量一樣，直接將全站儀架置在中間處，在、處分別架設測量棱鏡片，通過前后鏡進行測量，獲取、之間水平距離、豎直角，獲取前視數據和、兩點之間距離、豎直角。

圖3 全站儀三角高程測量示意圖

為保證護壁質量，采用現場配置泥漿并用泥漿池儲備，儲備的泥漿量能夠保證單根樁成孔施工的需求量。旋挖作業(yè)時，保持泥漿液面高度，以形成足夠的泥漿柱壓力，并隨時向孔內補充泥漿。灌注混凝土時適時做好泥漿回收，以便于再利用，防止環(huán)境污染。鋼護筒埋設前采用全站儀準確測量放樣，保證鋼護筒頂面位置偏差不大于2cm，埋設鋼護筒斜度不大于1%；埋設鋼護筒前，采用與護筒同直徑的鉆頭先預鉆至護筒底的標高位置后，使用挖掘機挖斗作為吊臂吊起護筒入孔口，用挖掘機挖斗將鋼護筒壓入預定位置。護筒的平面位置采用十字護樁精確控制。

根據樁位點設置護筒，護筒的內徑不大于樁徑直徑200mm，護筒頂部高出原地面200mm，使護筒平面位置中心與樁設計中心一致。

樁位中心點經過放樣確定后，中心點在埋設護筒時會被破壞，按照要求必須設置4 個保護樁，又叫十字護樁。用十字護樁校核護筒的準確性，保證點位偏差，并保證后續(xù)的鉆機就位、下方鋼筋籠對準的準確性。由于施工現場環(huán)境復雜，有時會破壞護樁，影響護樁準確度，導致樁基偏位。

將十字護樁點位用混凝土澆筑，保證護樁不易移動，并采集4 個護樁樁位點坐標，有效控制護樁偏位，如果發(fā)現護樁偏移，應該及時重新放樣埋設護樁，使其護樁十字線拉設準確無誤，為樁基施工提供保障。

固結擴盤樁基和高壓旋噴樁垂直度控制難度較大，在旋挖鉆桿舉升和調平過程中，軸線與水平面的夾角隨鉆桿位置的變化而變化。對鉆桿舉升過程中會出現的垂直度偏差進行測量控制。

垂直度觀測采用獨立控制網控制，控制網加密點為混凝土澆筑式獨立測量墩，測量墩設計為圓柱式（直徑300mm，高1600mm），頂面放置固定式測量基準點托盤。測量墩設置在視野開闊且正對樁位，這樣提高了對鉆機各個角度的垂直度。

在鉆機大臂上下同一軸線上各自黏貼測量反光貼片，能夠在夜間測量時快速找到設置的點位進行測量，比一般的免棱鏡觀測方便、迅速、準確。

利用全站儀反光貼片的測距功能觀測，鉆進過程中每隔4h 應進行鉆機垂直度測量，一旦有偏差要及時調整，以確保鉆桿垂直度。測量鉆機大臂上、下2 個反光貼后進行記錄并將測出的平距、角度進行計算。

3 成孔檢測

采用上述測量方法控制旋挖固結擴盤樁終孔后，委托第三方用傘形成孔質量檢測儀對樁孔、盤腔進行掃描檢測，檢測項目有孔深、孔徑、盤位、盤腔直徑和盤腔高度、垂直度。檢測結果表示孔深、孔徑、盤位、盤腔直徑和盤腔高度、垂直度全部符合設計及規(guī)范要求。

4 結語

以前采用單一的測量方式不能夠完全控制樁基垂直度，會導致鉆機在作業(yè)時不能及時調整自身垂直度，使樁基成孔后處于傾斜狀態(tài)。經過上述測量方法，該項目在固結擴盤樁施工過程中，采用了各種測量方法對固結擴盤樁進行測量控制，取得測量成果。

垂直度控制采用獨立控制網控制，加強對鉆機各個角度的垂直度控制，從而更好地控制樁身的垂直度，使其滿足設計承載力要求，加快了后續(xù)施工進度。最終通過上述測量方式，使變徑固結擴盤樁基的垂直度要求滿足施工規(guī)范，使其單樁承載力滿足26000kN，垂直度符合設計及規(guī)范要求，提高了后續(xù)基礎及下部構造的穩(wěn)定性。