鉆孔灌注樁技術(shù)在高速公路橋梁施工中的應(yīng)用探究

李建學(xué)

摘要：作為現(xiàn)代橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要形式，鉆孔灌注樁主要承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的豎向荷載，并將其傳遞至樁體周圍的介質(zhì)（如土體）中，進(jìn)而通過(guò)樁體與巖土產(chǎn)生的剪切力來(lái)維持樁頂上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。新時(shí)代的發(fā)展背景下，鉆孔灌注樁因其適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便、成本較低、抗震性好等特點(diǎn)在現(xiàn)代公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。鑒于此，筆者基于專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，就鉆孔灌注樁施工技術(shù)在高速公路橋梁建設(shè)中的具體應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，具有一定的參考性，盼為讀者學(xué)習(xí)引用。

關(guān)鍵詞：高速公路；橋梁工程；鉆孔灌注樁；施工技術(shù)

1、鉆孔灌注樁特點(diǎn)分析

1.1適用性廣

鉆孔灌注樁施工沒(méi)有特定的地質(zhì)條件與地理要求，即可在陸地使用，也可在水域使用，其成樁工藝適用于泥土、砂石以及各種基巖；施工過(guò)程受季節(jié)氣候影響較小，施工現(xiàn)場(chǎng)即可在曠野、山區(qū)、也可在城市與郊區(qū)；成樁直徑可小到0.3～0.6m，可大至2～4m甚至更大。

1.2承載力強(qiáng)

鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)可根據(jù)需要樁徑、樁長(zhǎng)與最適合的承載層任意選擇，以此確保樁體承載滿足實(shí)際需求。當(dāng)有特殊需求時(shí)，可通過(guò)變截面（如擴(kuò)大底樁）的形式提高單樁承載力。實(shí)踐證明；鉆孔灌注樁可為橋梁上層結(jié)構(gòu)提供的承載力達(dá)到5000～7000KN，且在某些特殊橋梁工程中可通過(guò)增大樁體截面積或加長(zhǎng)樁身長(zhǎng)度的方式使其承載了達(dá)到10000KN。

1.3抗震性好

鉆孔灌注樁深入地層一定深度，即可基巖淺埋，也可嵌入基巖，具有強(qiáng)大而堅(jiān)實(shí)、與地基結(jié)合良好的特性，促使地基為橋梁整體提供一個(gè)極大的水平承載了，進(jìn)而表現(xiàn)出良好的抗震性能。

2、鉆孔灌注施工技術(shù)

2.1工藝流程

鉆孔灌注樁施工過(guò)程主要可分為成孔、清孔、混凝土灌注三大階段，具體流程細(xì)分為：

場(chǎng)地準(zhǔn)備→放線定位→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→泥漿配制→鉆頭鉆進(jìn)→泥漿循環(huán)→成孔→一次清孔→鉆機(jī)移位→鋼筋籠吊裝→導(dǎo)管安裝→二次清孔→混凝土灌注→導(dǎo)管拆除→成樁檢測(cè)→樁頭破除。

2.2技術(shù)要點(diǎn)

隨著技術(shù)的發(fā)展，鉆孔灌注樁成孔技術(shù)（工藝）呈現(xiàn)出多樣化形式，我國(guó)目前常用的有正、反循環(huán)、沖抓錐、潛水鉆、螺旋鉆、沖擊鉆與振動(dòng)沉管等方法。基于現(xiàn)實(shí)情況的考慮，本文主要以反循環(huán)成孔工藝為研究對(duì)象。

所謂反循環(huán)鉆進(jìn)，是指沖洗液通過(guò)孔壁與鉆桿間的環(huán)狀空間流入鉆進(jìn)孔底冷卻鉆頭并經(jīng)鉆桿內(nèi)腔將鉆渣攜帶至地面的施工方法，該工藝主要適用于粘土、填土、砂礫、粉土與淤泥等地質(zhì)條件。反循環(huán)鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆桿內(nèi)腔橫截面積大大小于其與孔壁間的環(huán)狀斷面積，因此沖洗液上返速度可達(dá)2～3m/s，為正循環(huán)的40倍以上，增大了排渣能力，從而提升了鉆孔速率，并從使用效果來(lái)看，反循環(huán)鉆進(jìn)優(yōu)于正循環(huán)鉆進(jìn)。需要注意的是，對(duì)于無(wú)地下水地層與自重濕陷性黃土層而言，反循環(huán)鉆進(jìn)成孔則不適用。

2.2.1泥漿配制

利用泥漿的目的在于鉆進(jìn)過(guò)程中一邊循環(huán)一邊對(duì)孔壁形成一層泥漿膜，保證孔壁任何部分的靜水壓力>0.02MPa。實(shí)踐表明，當(dāng)?shù)叵滤頗≥2.0m時(shí)，鉆孔護(hù)壁可用清水裸孔鉆進(jìn)，但在鉆進(jìn)護(hù)筒底口存在松散層滲漏系數(shù)較大時(shí)，為確?？變?nèi)水頭高度，則應(yīng)考慮泥漿鉆進(jìn)；當(dāng)?shù)叵滤頗≤1.0m時(shí)，為確保鉆進(jìn)順利進(jìn)行，必須綜合考慮護(hù)壁方法，在粉土層與粘土中鉆進(jìn)時(shí)，可取泥漿比重為1.02～1.04，在易塌孔土層（如砂層）中鉆進(jìn)時(shí)，泥漿比重則需加大至1.05～1.08。泥漿其他指標(biāo)為：含砂率≤6%；膠體率≥90%；黏度測(cè)定17～20min；失水量<20ml/30min。

2.2.2鉆進(jìn)施工

開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，啟動(dòng)泥漿泵，輕按鉆頭逐漸加快轉(zhuǎn)速，鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制鉆頭轉(zhuǎn)速與鉆挖速度（具體可參考下表1），保持鉆機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，以防刮拖鉆孔，并仔細(xì)觀察排水情況，保持孔內(nèi)水位高出自然地下水位至少2.0m。鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆進(jìn)土質(zhì)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，當(dāng)土質(zhì)泥砂量較大時(shí)，說(shuō)明為透水性較大的淤泥夾砂層，此時(shí)需要加入適量粘性土（或膨潤(rùn)土）提升泥漿稠度做好護(hù)壁工作；當(dāng)為較好粘土層時(shí)，可適量灌入清水，利用孔內(nèi)自造泥漿達(dá)到護(hù)壁效果，但均需控制泥漿比重在1.02～1.08范圍內(nèi)。

2.2.3清孔

清孔的目的是抽、換原鉆孔內(nèi)泥漿，降低泥漿的相對(duì)密度、粘度、含砂率等指標(biāo)，清除鉆渣，盡量減少孔底沉渣厚度，防止樁底存留過(guò)厚沉淀而降低樁的承載力，常用的清孔方法有抽獎(jiǎng)法、換漿法、掏渣法、噴射法與砂漿置換鉆渣法。清孔一般分兩步實(shí)施，即成孔后進(jìn)行第一次清孔，鋼筋籠與導(dǎo)管安裝完成后進(jìn)行第二次清孔，嚴(yán)禁采用超鉆方式代替清孔。具體質(zhì)量要求為：

（1）清孔后，孔底沉渣對(duì)于端承樁應(yīng)≤50mm，對(duì)于摩擦樁應(yīng)≤300mm，對(duì)于摩擦端承、端承摩擦樁應(yīng)≤l00mm；

（2）清孔后，灌注混凝土前泥漿性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到：孔底500mm以內(nèi)的泥漿比重<1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s。

2.2.4混凝土灌注

（1）混凝土性能參數(shù)。①原材料：粗骨料宜選用卵石，石子含泥量小于2%，以提高混凝土的流動(dòng)性，防止堵管；②一般混凝土初凝時(shí)間僅3～5小時(shí)，只能滿足淺孔小樁徑灌注要求，而深樁灌注時(shí)間約為5～7小時(shí)，因此應(yīng)加緩凝劑，使混凝土初凝時(shí)間大于8小時(shí)；③攪拌方法和攪拌時(shí)間：為使混凝土具有良好的保水性和流動(dòng)性，應(yīng)按合理的配合比將水泥、石子、砂子倒入料斗后，先開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī)并加入30%的水，然后與拌合料一起均勻加入60%的水，最后再加入10%的水（如砂、石含水率較大時(shí)，可適當(dāng)控制此部分水量），最后加水到出料時(shí)間控制在60～90秒內(nèi)；④坍落度選擇：坍落度應(yīng)控制在180±20mm之間，混凝土灌注距樁頂約5m處時(shí)，坍落度控制在160～170mm，以確保樁頂浮漿不過(guò)高。氣溫高，成孔深，導(dǎo)管直徑在250mm之內(nèi)，取高值，反之取低值。

（2）混凝土灌注技術(shù)。①首批混凝土灌注：由于導(dǎo)管的管口埋在首批混凝土的深度要大于1m，導(dǎo)管的孔口離孔底的距離30～50cm，因此首批混凝土儲(chǔ)量必須大于樁底部混凝土一次埋深1.5m所需的體積，宜取1.3的超灌量系數(shù)。開(kāi)始灌注前，必須把隔水栓先放入導(dǎo)管用鐵絲吊在水面上，然后在其上灌注水泥砂漿和混凝土（加少量砂漿，避免粗骨料卡管），只有當(dāng)料斗和導(dǎo)管中首批混凝土的儲(chǔ)量滿足上述要求，才能剪斷鐵絲，使首批混凝土一次落入孔底，將導(dǎo)管的孔口淹沒(méi)，形成隔水層。隔水栓被導(dǎo)管內(nèi)混凝土壓出導(dǎo)管，以保證混凝土在無(wú)水的導(dǎo)管中呈現(xiàn)原狀送到孔底。以后混凝土不斷地通過(guò)導(dǎo)管的出口，進(jìn)入首批混凝土的下面，把首批混凝土及其上面的泥漿頂托上升，逐漸把樁孔用混凝土填滿；②后續(xù)混凝土灌注：連續(xù)灌注時(shí)如若出現(xiàn)間歇現(xiàn)象，則應(yīng)拉動(dòng)導(dǎo)管并檢查孔門返漿情況，待返漿停止后繼續(xù)灌注。進(jìn)入后期灌注過(guò)程時(shí)，由于孔內(nèi)壓力逐漸減小，致使混凝土密度出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，因此可采用落差調(diào)整的方式提升混凝土密實(shí)度與均勻性。另外，混凝土灌注過(guò)程中導(dǎo)管埋深（埋入混凝土深度）應(yīng)以2～6m為宜，且最小不得小于1m；導(dǎo)管應(yīng)勤提勤拆，控制提管速度在3m/min左右；混凝土灌注高度應(yīng)比設(shè)計(jì)樁頂高出至少50cm，以此確保樁頭破除后樁頂混凝土密實(shí)無(wú)雜質(zhì)；③混凝土灌注速度：水下混凝土灌注應(yīng)連續(xù)快速，以防塌孔或泥漿沉淀過(guò)厚，為保證頂層混凝土流動(dòng)性，便于導(dǎo)管提升，混凝土灌注高度應(yīng)>10m/h，對(duì)于樁徑<2.5m的灌注樁而言，其適當(dāng)灌注時(shí)間為：L<20m時(shí)為1.5～2h，L在20～40m時(shí)為2～3h，L在40～60m時(shí)為3～4h，L在60～70m時(shí)為4～5h，L在70～80m時(shí)為5～6h，L在80～100m時(shí)為7～8h，其中L樁長(zhǎng)。

3、結(jié)語(yǔ)（質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)）

（1）孔徑：不小于設(shè)計(jì)樁徑；

（2）孔位允許偏差：群樁≤10cm，單排樁≤5cm（斜樁以水平面偏差值計(jì)算）；

（3）傾斜度：直樁<1/100（挖孔<0.5/100），斜樁<設(shè)計(jì)斜度的±2.5%；

（4）孔深：摩擦樁不小于設(shè)計(jì)規(guī)定，柱樁（支撐于巖面及嵌入巖層的樁）比設(shè)計(jì)深度超深不小于50mm；

（5）孔內(nèi)沉淀厚度：摩擦樁不大于設(shè)計(jì)規(guī)定或100～200mm，柱樁不大于設(shè)計(jì)規(guī)定。

參考文獻(xiàn)

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