沖孔灌注樁在公路橋梁應(yīng)用中的施工工藝

方　濤

(中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長沙　410000)

0　引言

隨著市政工程技術(shù)的不斷完善，沖孔灌注樁已成為公路橋梁施工中一種常見的施工工藝[1]。沖孔灌注樁是一種在泥漿護壁下沖擊成孔再灌注水下混凝土的樁基礎(chǔ)形式，適用于填土層、淤泥層、黏土層、砂土層等復(fù)雜地層施工。但由于其施工工序較多[2]且對測量放樣、泥漿制備、沖擊成孔、清孔等工序的技術(shù)要求較高，所以在施工中做好對其質(zhì)量的管理和控制至關(guān)重要。同時，在沖孔灌注樁施工時，外界影響因素干擾多[3]，易產(chǎn)生梅花孔，偏、斜、彎孔，塌孔等，這使得建造成本大大增加。對此，本文結(jié)合湖南長沙某PPP公路橋梁工程，對其所采用的沖孔灌注樁從施工工藝流程及要點等方面進行分析總結(jié)，進而完善了此類樁基在施工中出現(xiàn)問題所采取的加強技術(shù)措施。經(jīng)工程實踐表明，其施工質(zhì)量符合要求，為此類樁基在湖南地區(qū)公路橋梁方面的工程應(yīng)用提供借鑒參考。

1　工程概況

瀟湘北路位于湖南長沙望城區(qū)濱水新城，沿湘江西岸呈南北走向，全長8.54 km；涉及尾水管道、道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。由于施工場地毗鄰湘江，導(dǎo)致地下水與湘江形成互補關(guān)系，使得粉細(xì)砂及圓礫層中地下水量較大，故要求基礎(chǔ)埋置深度相對較深，所以對于橋梁基礎(chǔ)均采用沖孔灌注樁。同時，本工程中所采取的樁長為21 m～32 m，樁徑為1.2 m～1.8 m，所使用的成樁設(shè)備如圖1所示。

2　工程地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)有的工程地質(zhì)勘察報告，發(fā)現(xiàn)在鉆孔控制深度內(nèi)：耕土厚0.50 m～0.70 m，淤泥厚0.90 m～2.30 m，粉質(zhì)粘土厚1.40 m～4.40 m，粉細(xì)砂厚0.60 m～1.30 m，圓礫厚4.40 m～12.20 m，礫質(zhì)粘性土厚1.10 m～7.40 m，強風(fēng)化花崗巖厚0.90 m～7.30 m。同時，根據(jù)規(guī)范[4,5]要求，將場地內(nèi)各土層的物理力學(xué)性質(zhì)及樁基工程特性指標(biāo)按表1所示采用。由于場地內(nèi)地質(zhì)情況復(fù)雜，存在夾層且局部地段巖層起伏較大，將樁基置于設(shè)計要求的持力層——中風(fēng)化花崗巖上。

3　施工工藝與控制要點

3.1　沖孔灌注樁的施工工藝

沖孔灌注樁的施工工藝流程如圖2所示。

3.2　沖擊灌注樁的施工要點

1)測量放樣。

首先，根據(jù)已布設(shè)的施工測量控制網(wǎng)進行樁位放樣；同時，由于場地施工環(huán)境復(fù)雜，且過程中有線路轉(zhuǎn)折點，故加設(shè)臨時控制樁(設(shè)置在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上)，以此確保樁位的精準(zhǔn)性。在測量放樣中，成孔前、埋設(shè)護筒后、終孔后與下鋼筋籠前均需進行檢測，并做好原始記錄以更好地保存歸檔[6]。

2)供排漿系統(tǒng)及泥漿制備。

沖孔灌注樁是靠泥漿來進行護壁的，避免在成孔過程中塌孔，所以對泥漿指標(biāo)要求很高。特別是比重及粘度的控制：若比重過小，則易塌孔；若比重過大，則不利于鉆機工作，且還影響所設(shè)計的樁側(cè)摩阻力。故本工程所采用的泥漿是膨潤土、堿、CMC通過一定比例拌和而成的，主要控制的指標(biāo)有：比重為1.2～1.4，粘度為18 Pa·s～24 Pa·s，pH值為8～10，含砂率不大于4%，膠體率不小于95%，失水率不大于40 mL/h，泥皮厚不大于6 mm/h。同時，對所建立的泥漿及沉淀池外圍設(shè)置高1.2 m的防護欄桿，并在欄桿上懸掛警示標(biāo)志。

3)鉆機就位。

利用已修筑好的施工平臺平整穩(wěn)固鉆機底座，使其中心與樁位中心對正準(zhǔn)確，確保在鉆進過程中不發(fā)生傾斜和位移。

4)埋設(shè)護筒。

由于樁基上部存在易塌孔土層(粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、圓礫層)，為保證沖擊成孔步驟的順利進行及其施工質(zhì)量，在樁基上部設(shè)置鋼護筒進行護壁。護筒采用厚12 mm鋼板卷制焊接，且護筒內(nèi)徑比樁基直徑大200 mm；埋深5 m，上部設(shè)置2個溢漿孔。施工護筒時，先用鉆機鉆至孔深1 m～2 m處，再用360系列振動錘打入土層。嚴(yán)格控制好護筒的垂直度：護筒中心與樁位中心偏差不大于50 mm，護筒斜度不大于1%。

5)沖擊成孔。

沖擊開始時，采用小沖程開孔，直至起到導(dǎo)向作用；待深度超過沖程加鉆頭全高后，再進行正常沖擊。鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進行，根據(jù)地質(zhì)報告注意地層變化，做好泥漿及對位檢測，且撈取樣渣保存，并做好整個鉆進記錄。同時，在鉆進過程中，保持孔內(nèi)水位高于護筒底口500 mm以上。

6)清孔。

第一次清孔：在測孔完成后，先繼續(xù)對孔底注入泥漿，再通過沖擊錘低沖程反復(fù)沖攪，最后利用供排漿系統(tǒng)將孔內(nèi)沉渣排出，進而為水下混凝土的灌注提供較好條件。

第二次清孔：澆筑混凝土前，由于安裝鋼筋籠及導(dǎo)管時間較長，孔底易產(chǎn)生沉渣，故利用導(dǎo)管進行二次清孔。二次清孔控制標(biāo)準(zhǔn)為：泥漿比重為1.03～1.10，粘度為17 Pa·s～20 Pa·s，含砂率不大于2%，膠體率不小于98%。清孔完畢后，利用吊錘測試孔底沉渣厚度，控制厚度不大于2 cm。

7)鋼筋籠的制作及安裝。

鋼筋籠采用分段吊裝，分段長度控制在9 m；垂直入孔，徐徐下放；主筋采用機械套筒連接(2p)[7]，梅花點焊箍筋，焊接時在孔口均設(shè)置支撐及固定，對于頂節(jié)鋼筋籠在鋼護筒位置范圍內(nèi)增設(shè)一個加強箍，在確保離孔底20 cm～30 cm和校正對中后，在加強箍四周兩個垂直方向焊接Ф25定位鋼筋(吊筋)。

聲測管是利用100%聲波投射法來檢驗樁身所澆筑混凝土的質(zhì)量和強度，從而來進行對橋梁結(jié)構(gòu)的完整性檢測；沿著樁身等距離對稱布置，再利用鋼絲綁扎在鋼筋籠的加勁筋上；其埋設(shè)長度比實際樁長多1 m，且距鋼筋籠底部5 cm～15 cm；最底端封閉，安裝過程中用專用的液壓鉗對U型槽中橡膠密封圈進行擠壓密封，全部連接完畢后，把灌水法檢測聲測管的密閉性。因樁基直徑的限制，工程所用樁中均埋設(shè)4根。

8)灌注水下混凝土。

鑒于現(xiàn)場工程的技術(shù)需要，灌注前向商品混凝土公司進行技術(shù)交底，確定水下混凝土所采用的原材料及配合比如表2所示。

表2　水下混凝土配合比

灌注水下混凝土采用鋼導(dǎo)管灌注，其內(nèi)徑為25 cm～30 cm，且放置于離孔底30 cm～40 cm；在使用前進行水密承壓和接頭抗拉試驗[8]。在首次灌注時，保證有3臺混凝土料車在現(xiàn)場待澆，使導(dǎo)管一次性埋入混凝土澆筑面以下1 m，隨著混凝土的灌注，及時調(diào)整導(dǎo)管埋深，但仍保證導(dǎo)管的埋置深度控制在2 m～6 m。同時，在灌注過程中，一般會導(dǎo)致擴孔，控制擴孔系數(shù)為1.1。灌注標(biāo)高超設(shè)計標(biāo)高1.5 m，以此確保樁頭混凝土達(dá)到設(shè)計強度要求。

4　施工中的加強技術(shù)措施

為保證鋼筋籠的起吊剛度，在鋼筋籠截面內(nèi)結(jié)合焊接圓形加勁筋和三角筋@2 000，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。同時，為防止?jié)不炷習(xí)r鋼筋籠上浮，將4Ф20鋼筋焊接在主筋上或?qū)摴懿逶谥鹘钌显俸冈谧o筒上。當(dāng)樁頂高于地下時，加設(shè)定位環(huán)，每2 m一個，一圈四個。

因工期要求，采用多樁同時成孔，且樁距均小于2.5倍樁距，為減少地下水的滲透和防止土體的滑移，采取間隔沖孔方法沖孔。

為防止產(chǎn)生梅花孔，不僅在鉆頭和鋼絲繩之間設(shè)置保證鉆頭自轉(zhuǎn)向的裝置，且在錐頂四周環(huán)繞焊接一圈鋼筋。同時，在施工過程中，時常檢查轉(zhuǎn)向裝置，并及時掏渣。

發(fā)現(xiàn)偏、斜、彎孔時，立即停止施工且回填片石至偏孔上方3 m處，然后重新沖孔；若遇孤石，則先采用高低沖程交替沖擊，盡最大可能將孤石擊碎或擠入孔壁，若體積太大，則先適當(dāng)回填碎石，再以高沖程擊碎；其中，對遇地層變化及其斜時，宜采用先回填碎石，再低錘密打的方式糾正。

在成孔過程中因水壓、泥漿、土層等，或成孔后因鋼筋籠與孔壁發(fā)生碰撞的影響而造成孔壁的坍塌，立即停止施工；若輕度坍塌則通過加大泥漿比重解決，若坍塌較嚴(yán)重則先采用C15素混凝土回填，待穩(wěn)定后再低速沖進。

對于地質(zhì)中存在的溶洞處理為：首先在機械上對沖擊錘附加防卡環(huán)；其次，若遇到的溶洞中有泥沙充填滿的，即加大泥漿比重后按正常方法施工，若遇到未被填充的，則采用先回填與所遇巖層硬度相近的片石，再進行復(fù)打沖孔。同時，在進行混凝土澆筑時，使導(dǎo)管口避開溶洞部位以減少對溶洞部位孔壁的沖擊力。

5　結(jié)語

1)首先，在護筒埋設(shè)時，把護筒底以下2 m～4 m內(nèi)孔壁護實；其次，開孔階段控制泥漿比重，一方面減少沖錘阻力或產(chǎn)生粘錘現(xiàn)象，另一方面保證沉渣上?。蛔詈?，清孔測試泥漿及沉渣特性。

2)出現(xiàn)梅花孔，偏、斜、彎孔，塌孔等，均可采用回填碎石及片石，再配合適合的沖擊方式糾正。經(jīng)工程驗證，安全可靠，為上述類似工程提供一定的借鑒和參考。

3)對鋼筋籠的吊裝及水下混凝土的灌注等其他工序所采取的針對性加強技術(shù)措施，有效治理了質(zhì)量通病。

施工過程中樁只個別出現(xiàn)梅花孔現(xiàn)象，采取及時措施后挽回。最后，經(jīng)樁基檢測結(jié)果表明：所有樁身完整性良好，且其承載力均達(dá)到設(shè)計要求。

參考文獻:

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