公路橋梁施工中鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用探析

李 響 孫寧嶸

（1.濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.濟(jì)南市市政工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

公路橋梁的施工區(qū)域、地質(zhì)條件比較復(fù)雜，橋梁主體重量大、整體沉降要求小，因此大多采用樁基礎(chǔ)來承受主體傳下來的荷載，而鉆孔灌注樁技術(shù)廣泛應(yīng)用于此類橋梁的樁基施工，其工藝特點(diǎn)是可適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件、作業(yè)速度快、成樁質(zhì)量高、總體造價(jià)較低，而這種施工方法的難點(diǎn)在于工藝流程較多，施工質(zhì)量控制難度大，關(guān)鍵是對鉆孔、鋼筋籠下放、水下混凝土灌注成樁等幾個(gè)步驟進(jìn)行重點(diǎn)管控，同時(shí)還要加強(qiáng)對埋設(shè)護(hù)筒、清孔等幾個(gè)工序的質(zhì)量管理。

1 前期準(zhǔn)備工作

1.1 地質(zhì)勘察及施工方案確定

公路橋梁施工區(qū)域的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，而地質(zhì)條件對鉆具和鉆孔方法的選擇具有非常重要的影響，施工單位在前期準(zhǔn)備階段要開展全面的地質(zhì)調(diào)查活動(dòng)，掌握土壤、地下水、巖層的具體情況，然后以此為基礎(chǔ)正確地選擇成孔機(jī)具和方法。常用的鉆孔方式包括以下幾種：

第一，沖擊鉆成孔。這種施工方法適用的地質(zhì)條件最為廣泛，根據(jù)沖程的不同適用的地質(zhì)也不同。高沖程主要用于處理相對堅(jiān)硬的基巖、漂石以及卵石層，中等沖程可用于處理砂卵石地質(zhì)，低沖程可在砂礫層、風(fēng)化層以及黏性土上實(shí)現(xiàn)鉆孔。

第二，全套管沖抓成孔。這種鉆孔方法要求施工區(qū)域的地質(zhì)條件為松軟的土層，典型的如黏土和砂土，如果一個(gè)鉆孔位置既存在軟土層，又存在堅(jiān)硬的土層，那么這種施工方法將不適用。

第三，旋挖鉆成孔。在沙土、黏性土以及粉狀土的施工中可采用旋挖鉆成孔的方法，其成孔的直徑可達(dá)到1.5m 到4m 的范圍內(nèi)，深度可達(dá)到60m 以上，顯然，這種施工方法要求土質(zhì)堅(jiān)硬程度較低。

第四，正循環(huán)鉆孔。施工方法適用于基巖、淤泥質(zhì)土層、粉土、黏土等各種地質(zhì)條件，操作方法相對簡單，但是缺點(diǎn)也較為明顯，那就是速度慢、排土能力差。

第五，反循環(huán)鉆孔。鉆孔方式適用的土壤地質(zhì)條件和正循環(huán)鉆孔法基本一致，但是這種方法克服了正循環(huán)鉆孔法的缺點(diǎn)，在排土效率上大幅提升，缺點(diǎn)是設(shè)備較為復(fù)雜，使用成本高[1]。

施工單位在作業(yè)之前要通過廣泛的地質(zhì)勘察活動(dòng)充分了解作業(yè)區(qū)域的地質(zhì)條件，尤其是根據(jù)鉆孔深度了解巖層的類型以及堅(jiān)硬程度等參數(shù)，然后在其基礎(chǔ)上正確選擇鉆具，制定出合理的鉆孔施工方案，這是前期準(zhǔn)備階段非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

1.2 場地平整及測量放線

第一，實(shí)現(xiàn)“三通一平”。公路橋梁作業(yè)區(qū)域大多在野外環(huán)境下，施工之前要開辟出臨時(shí)性的道路，為物資進(jìn)出、渣土清運(yùn)等創(chuàng)造良好的條件。與此同時(shí)，施工過程中還會(huì)使用到水、電等，這些也要在準(zhǔn)備階段完成。其次，在鉆孔施工之前要將作業(yè)場地平整好，將多余的渣土清運(yùn)出場地。

第二，測量放線，做好水準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)以及控制網(wǎng)的部署。鉆孔灌注樁施工要確保所有的成樁處于相同的標(biāo)高上，在前期準(zhǔn)備階段要根據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)精確測量基準(zhǔn)點(diǎn)，確保鉆孔施工機(jī)械在安裝標(biāo)高上的一致性，根據(jù)鉆孔施工的要求設(shè)置鉆孔樁位，形成網(wǎng)格化控制[2]。

第三，形成臨時(shí)材料場地。鉆孔灌注樁施工要使用到大量的鋼筋、碎石、水泥以及其他各種類型的工程物資，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際條件設(shè)置好臨時(shí)性的材料存儲(chǔ)區(qū)域，必要時(shí)搭建物資存儲(chǔ)棚，做好防雨、防潮等措施。

第四，施工前復(fù)核樁位。鉆孔作業(yè)之前要再次復(fù)核鉆孔的樁位，確保其標(biāo)高、水平位置等滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。鉆孔灌注樁在鉆孔之前會(huì)根據(jù)圖紙上的要求為每一個(gè)鉆孔位置設(shè)置具體的樁號，復(fù)核階段也要再次檢查樁號是否和圖紙保持一致。

2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒具有兩個(gè)方面的核心作用：一是為鉆具提供導(dǎo)向和固定的作用，排渣時(shí)也會(huì)利用到護(hù)筒；二是為混凝土灌注作業(yè)形成模具，混凝土依靠護(hù)筒來成樁。

第一，護(hù)筒的制作要求。（1）護(hù)筒可使用鋼筋混凝土材料預(yù)制，或者使用鋼板預(yù)制，前者的厚度一般可達(dá)到8cm 到10cm，后者的厚度一般可達(dá)到4cm 到8cm。具體使用哪一種護(hù)筒可結(jié)合成本、樁體高度等因素來加以確定，護(hù)筒上設(shè)置有溢漿口，一般為1 到2 個(gè)，確保灌漿過程的順利實(shí)施；（2）鉆孔是在護(hù)筒內(nèi)實(shí)施的，因而護(hù)筒的內(nèi)徑通常要比鉆孔樁的直徑略微大一些，當(dāng)然，也要比鉆具更大一些。如果采用沖擊鉆或者沖抓鉆成孔，護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)該比鉆具直徑大出30cm到40cm，如果采用回旋鉆成孔，護(hù)筒的內(nèi)徑要比鉆具直徑大出20cm 到30cm[3]。

第二，護(hù)筒埋設(shè)方法。護(hù)筒的埋設(shè)方法具有多種類型，典型的包括錘擊埋設(shè)、振動(dòng)埋設(shè)、加壓埋設(shè)等，要根據(jù)護(hù)筒的類型合理選擇，避免對其造成結(jié)構(gòu)變形或者損壞。護(hù)筒的埋設(shè)深度通?？刂圃?m 到4m 的范圍之內(nèi)，如果項(xiàng)目具有特殊要求，可提高護(hù)筒的長度。護(hù)筒內(nèi)存在一定的水位設(shè)置要求，其頂部的標(biāo)高要具備足夠的保持水位的能力，通常護(hù)筒的頂部標(biāo)高比地面高出300mm，護(hù)筒的傾斜度直接關(guān)系到鉆孔和成樁的質(zhì)量，因此在埋設(shè)護(hù)筒的過程中要將其傾斜度控制在1%以內(nèi)。

2.2 制備泥漿

配置泥漿使用的材料包括粘土（主要為膨潤土）、添加劑以及水，粘土的品質(zhì)要求為塑性指數(shù)不得低于25，粘土的粒徑大小控制在0.005mm 之內(nèi)，這種對粒徑的要求并不是百分之百要達(dá)到，只要超過50%的黏土顆粒小于這一數(shù)值即可。制備泥漿使用的添加劑包括有機(jī)類和無機(jī)類，在泥漿中加入純堿可避免粘土顆粒物沉底，使其更加充分和均勻地分散在泥漿中。有機(jī)類的添加劑主要包括丹寧液和拷膠液等，其作用是降低漿液的黏度，使其便于流動(dòng)。泥漿的主要作用是保護(hù)成孔的內(nèi)壁，通過泥漿的潤濕作用使成孔內(nèi)壁的表層不易脫落。

2.3 安裝鉆機(jī)

鉆機(jī)的水平度、鉆桿的垂直度以及鉆機(jī)的底座的穩(wěn)定性等直接決定了鉆孔施工的質(zhì)量和安全性，施工單位在鉆機(jī)就位之前要對地基進(jìn)行夯實(shí)處理，可使用振動(dòng)機(jī)反復(fù)錘擊地面，確保其承載力能夠承受鉆機(jī)的重量。同時(shí)，使用專業(yè)的測量工具檢測鉆機(jī)底座的水平度是否滿足要求。鉆機(jī)的鉆進(jìn)方向和桅桿的角度密切關(guān)聯(lián)，施工單位在鉆機(jī)就位之后要嚴(yán)格檢查桅桿的垂直度能否滿足鉆孔施工的技術(shù)規(guī)范，當(dāng)其角度設(shè)置正常的情況下鉆頭可在孔道內(nèi)輕松的提升，如果角度存在問題，一方面鉆孔可能會(huì)歪斜，另一方面在提鉆過程中鉆頭有可能與孔壁碰撞擠壓，進(jìn)而破壞鉆孔施工的成果。

2.4 鉆孔

鉆具和鉆孔方法的差異性導(dǎo)致其在鉆孔環(huán)節(jié)采用不同的施工措施，此處以使用最為廣泛的沖擊鉆成孔方法為例，介紹具體的鉆孔施工策略。

第一，注入泥漿。實(shí)施鉆孔之前根據(jù)作業(yè)區(qū)域的土質(zhì)情況向鉆孔位置注入適量的泥漿，如果孔道內(nèi)本身就存在一定高度的地下水，也可直接利用這些水在孔道內(nèi)制備出泥漿，具體做法是先在其中添加黏土，然后將其攪拌成均勻且流動(dòng)性強(qiáng)的泥漿。

第二，實(shí)施鉆孔。在前期的地質(zhì)勘察階段應(yīng)該已經(jīng)充分掌握了鉆孔位置的地質(zhì)條件，根據(jù)硬度合理調(diào)整沖程大小，整個(gè)鉆孔過程中要注意控制操作的速度，總體上要慢操作，不宜過快的鉆孔，否則容易引發(fā)塌孔之類的問題。

第三，處理好特殊的地質(zhì)條件。如果鉆孔的過程中遭遇了堅(jiān)硬而不平整的巖層，沖擊鉆作用力難以均勻地施加在巖層上，此時(shí)可在巖層表面填充一些碎石，使其更加平整，確保沖擊鉆的均勻作用。有些土質(zhì)條件下還要對漿液的粘稠度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2.5 清孔

第一，驗(yàn)孔。鉆孔結(jié)束之后不能立即實(shí)施清孔，而是要組織專業(yè)的技術(shù)人員以及監(jiān)理工程師對成孔質(zhì)量開展全面的驗(yàn)收，確保成孔質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)收內(nèi)容包括孔位、孔深、孔徑、垂直度、沉渣厚度等，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行清孔，整個(gè)檢驗(yàn)過程要在最短的時(shí)間內(nèi)完成，拖延的時(shí)間過長會(huì)增加塌孔的風(fēng)險(xiǎn)。

第二，清孔。鉆孔的過程中會(huì)在成孔的底部產(chǎn)生大量的渣土、巖石碎屑以及泥漿，這些物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響混凝土灌注施工的質(zhì)量，所以鉆孔結(jié)束之后可采用換漿法將底部的碎屑清理出來，這種清孔方法的優(yōu)點(diǎn)在于整個(gè)操作過程不會(huì)依賴于其他的設(shè)備，之前的鉆孔注漿設(shè)備可再次用來完成清孔的操作，泥漿在整個(gè)過程中用于保護(hù)孔壁，使其不會(huì)塌陷。

第三，確認(rèn)清孔效果。清孔并不是簡單地完成相關(guān)操作即可，清孔后要保證孔底的沉淀層厚度不大于設(shè)計(jì)或規(guī)范要求，工程實(shí)踐中要求孔底沉渣的厚度不得超過10cm，檢查時(shí)使用專門的測試錘，初次觸底時(shí)記錄數(shù)據(jù)，稍微晃動(dòng)后在此記錄數(shù)據(jù)，二者之間的差值即為沉渣的厚度，整體上操作方法較為簡便。

2.6 安裝鋼筋籠和導(dǎo)管，完成二次清孔

第一，制作鋼筋籠。鋼筋的加工可在預(yù)制廠完成或者在施工現(xiàn)場的鋼筋加工棚中完成，如果采用前者，只需將成品運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場安裝即可。如果采用第二種方式，則要監(jiān)測鋼筋籠加工質(zhì)量，主要包括鋼筋型號、鋼筋籠尺寸、長度、鋼筋間距以及焊接質(zhì)量等等，在焊接之前要確保主筋和加強(qiáng)筋之間保持垂直，可使用直角尺檢測二者之間的垂直度，主筋和加強(qiáng)筋之間采用焊接的方式來加固，施工時(shí)重點(diǎn)檢查焊接質(zhì)量。

第二，安放鋼筋籠。鋼筋籠自重非常大，只能采用吊裝的方式將其下放在孔道內(nèi)部，具體實(shí)施前要根據(jù)鋼筋籠的結(jié)構(gòu)造型合理布置吊裝的點(diǎn)位，主要是掌握起吊之后的平衡性，確保其受力均勻，不要在吊裝的過程中發(fā)生變形。下放鋼筋籠的過程中要放慢速度，通過人工的方式實(shí)時(shí)微調(diào)其下放的方位，防止鋼筋籠和孔壁發(fā)生碰撞。另外，在灌注混凝土漿液的過程中，鋼筋籠會(huì)受到?jīng)_力和浮力的擾動(dòng)，有可能發(fā)生上浮，為了避免這種情況，應(yīng)該在護(hù)筒上設(shè)置專門的固定點(diǎn)，將鋼筋籠的位置牢牢固定住。

第三，安裝導(dǎo)管。導(dǎo)管用于完成后期的灌注操作，一般采用直徑20～30cm 鋼制導(dǎo)管、絲扣或法蘭連接，導(dǎo)管使用前要進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)，確保導(dǎo)管的密封性，下導(dǎo)管時(shí)記錄好導(dǎo)管安裝的每根長度和順序，便于進(jìn)行導(dǎo)管的拆除。導(dǎo)管距離孔底要保持一定的高度，一般將其設(shè)置在距離孔底400mm 的位置，不可將其直接放置到孔底，這樣容易造成堵塞，灌注過程應(yīng)連續(xù)，灌注過程中導(dǎo)管埋置深度控制在2m～6m之間，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提拔出混凝土面。

第四，二次清孔。導(dǎo)管和鋼筋籠安裝的過程中有可能將地面上的渣土等帶到成孔內(nèi)，為了確保灌注施工的質(zhì)量，可在鋼筋籠下放到位之后實(shí)施二次清孔，具體操作方法是換漿，二次清孔后各項(xiàng)泥漿指標(biāo)必須達(dá)標(biāo)，泥漿比重一般介于1.03～1.1 之間，粘度為17～20Pa.s，含砂率＜2%，膠體率不小于98%，樣品分別自頂、中、底分別取樣，以平均值為準(zhǔn)。

2.7 灌注混凝土

第一，首批混凝土澆筑。首批混凝土的澆筑直接影響到灌注樁底部的質(zhì)量，應(yīng)按規(guī)范計(jì)算首批混凝土灌注方量，確定料斗容積，確保首灌混凝土導(dǎo)管埋深大于1m，在工程實(shí)踐中還經(jīng)常使用滑閥配合完成第一批次混凝土的澆筑，滑閥的作用是將孔底的水分徹底排出，然后使用混凝土封底。

第二，灌注樁身混凝土。將配置好的混凝土材料使用專門的運(yùn)輸車輛及時(shí)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，每車混凝土均進(jìn)行坍落度檢測，合格后方可灌注，利用事先設(shè)置的導(dǎo)管以合理的速度將其灌注在孔道內(nèi)，嚴(yán)格控制導(dǎo)管提拔速度，注意做好導(dǎo)管之間的連接密封，等到接近頂部標(biāo)高時(shí)，注意控制停止灌注的時(shí)機(jī)，要超高灌注1m 左右。原則上灌注樁最好采用一次成型的灌注方式，如果中間因?yàn)楦鞣N原因中斷，那么應(yīng)嚴(yán)格控制中斷時(shí)間，否則樁身可能存在重大質(zhì)量隱患。

2.8 樁頭的處理

在實(shí)施混凝土灌注樁的施工時(shí)，一般頂部的標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高高出1m 左右，這樣是為了保證樁體頂部的施工質(zhì)量，等到其凝固到足夠的強(qiáng)度，將超過設(shè)計(jì)標(biāo)高大部分鑿除?；炷凉嘧兜膹?qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，通常采用環(huán)切法來處理樁頭，在具體操作的過程中要注意保護(hù)好樁頭的完整性，確保其中的預(yù)埋鋼筋、預(yù)埋金屬管件等不被破壞。樁頭處理完成之后還要再次檢查樁體質(zhì)量。

3 結(jié)語

鉆孔灌注樁施工技術(shù)在公路橋梁樁基施工中被廣泛地應(yīng)用，首先根據(jù)地質(zhì)條件、巖層類型等選用合適的鉆機(jī)，在具體施工時(shí)借助護(hù)筒進(jìn)行定位和鉆機(jī)導(dǎo)向，制作泥漿實(shí)現(xiàn)護(hù)壁、攜渣、潤滑鉆具，成孔之后下放鋼筋籠和導(dǎo)管，將底部的沉渣清理到合適的程度后實(shí)施水下混凝土灌注，成樁養(yǎng)護(hù)足夠時(shí)間之后將多余的樁頭鑿除才完成整個(gè)樁基的施工，嚴(yán)格按照此工藝流程逐級施工并進(jìn)行質(zhì)量控制，可以確保樁基質(zhì)量滿足規(guī)范要求，起到承載上部結(jié)構(gòu)和交通負(fù)荷的作用。