鉆孔灌注樁施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

張亞

（貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著各領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，橋梁施工技術(shù)也越來越成熟，能夠更好地滿足民眾的日常出行需求。在眾多橋梁施工技術(shù)中，鉆孔灌注樁技術(shù)因具有穩(wěn)定、快捷且施工期間不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到橋梁工程中。在橋梁工程中，樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量對(duì)橋梁的整體運(yùn)行安全起決定性作用，若是施工期間質(zhì)量控制不當(dāng)，很有可能造成嚴(yán)重的后果。因此，在鉆孔灌注樁施工過程中，施工人員要根據(jù)工程的實(shí)際情況，加強(qiáng)質(zhì)量控制，保證工程質(zhì)量，同時(shí)推動(dòng)我國橋梁工程的發(fā)展。

1 樁基施工技術(shù)及鉆孔灌注樁

1.1 樁基施工技術(shù)

樁基施工技術(shù)多種多樣，具體的施工技術(shù)要綜合施工現(xiàn)場(chǎng)的多種因素合理選擇。按照施工方法可以將樁基礎(chǔ)施工技術(shù)分為灌注樁和預(yù)制樁兩大類。

預(yù)制樁是通過錘擊、靜壓等方式，將提前預(yù)制好的樁身打入土中。灌注樁則是通過機(jī)械或者人工等方式在樁位上挖孔，然后在孔內(nèi)安裝鋼筋籠，最后灌注混凝土成樁。

灌注樁主要有挖孔灌注樁和鉆孔灌注樁兩種。挖孔灌注樁采用人工挖孔方式，施工過程中的安全性不好把控。挖孔灌注樁一般適用于樁基深度不超過20m，且現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件穩(wěn)定的工程。

鉆孔灌注樁是指通過專業(yè)的鉆孔設(shè)備，在指定的坐標(biāo)點(diǎn)上鉆孔，在其中放置鋼筋籠、灌注混凝土而形成的樁。相較于挖孔灌注樁，鉆孔灌注樁的適用范圍廣泛得多，其也因此被越來越多地應(yīng)用在橋梁工程施工中。其多用于黏性土、砂土、礫卵石等土層，樁基入土深度大、承載力強(qiáng)，還可以在水下進(jìn)行施工。鉆孔灌注樁按照不同工藝又可分為：旋挖法、沖擊鉆法、正循環(huán)及反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆法等。

1.2 鉆孔灌注樁的原理及常見質(zhì)量缺陷

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件進(jìn)行放樣，確定樁的坐標(biāo)點(diǎn)，借助機(jī)械在地質(zhì)層中鉆孔，經(jīng)過放置鋼筋籠、灌入泥漿、灌注混凝土等環(huán)節(jié)，最終形成樁基。在鉆孔灌注樁施工過程中，需要注意以下要點(diǎn)：鉆孔完成后要及時(shí)進(jìn)行清孔作業(yè)，清孔作業(yè)完畢后，需要在孔內(nèi)注入泥漿，起到護(hù)壁和潤滑的作用。當(dāng)孔內(nèi)條件達(dá)到灌注混凝土的要求時(shí)，可采用導(dǎo)管法灌注混凝土，由于該工序較為復(fù)雜，所以要做好對(duì)各環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，如導(dǎo)管質(zhì)量、泥漿質(zhì)量、水泥混凝土質(zhì)量等，以確保灌注施工的質(zhì)量。之后還要對(duì)樁基進(jìn)行相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)，至此，樁基礎(chǔ)施工才算全部完成。

因?yàn)闃痘A(chǔ)要同時(shí)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的重力、立柱受到的橫向推力、地質(zhì)復(fù)雜應(yīng)力等，所以樁基的施工質(zhì)量很大程度上決定著橋梁的整體質(zhì)量。雖然鉆孔灌注樁施工技術(shù)有諸多優(yōu)勢(shì)，但常會(huì)出現(xiàn)塌孔、縮孔、鉆孔偏斜、混凝土離析、坍落度不合格、樁身夾泥、分散性的蜂窩、集中氣孔、樁底沉渣、樁身斷裂等質(zhì)量缺陷，究其原因，主要是鉆孔質(zhì)量問題、混凝土原材或配合比不合適、灌注工藝水平低等。因此，在鉆孔灌注樁施工過程中，要嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，規(guī)范施工體系，避免質(zhì)量缺陷。

2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用案例

2.1 工程概況

該橋梁位于我國西南某省，線路區(qū)東部為平原地形，西部為丘陵地形。橋梁總長(zhǎng)度為3480m，分左右兩幅，單幅橋梁寬度為16m，兩邊各設(shè)有護(hù)欄，橋面橫坡向外2%。該橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土灌注樁，全線共有175 根樁基礎(chǔ)，樁的中心位置偏差控制在-100～+100m 之間，柱徑約為1.8m，樁徑比柱徑寬0.2m。橋梁的安全等級(jí)為一級(jí)，基準(zhǔn)使用年限為100年。

該橋梁工程路線較長(zhǎng)、工程量大、工期短且所在地區(qū)的地質(zhì)主要為粉土和粉砂，根據(jù)地質(zhì)情況，采用旋挖鉆機(jī)施工、泥漿護(hù)壁、導(dǎo)管法灌注水下混凝土。結(jié)合《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63—2007）、該地區(qū)地質(zhì)勘察報(bào)告以及原位測(cè)試結(jié)果，確定地基承載力基本容許值和樁基參數(shù)（見表1）。

表1 地基承載力基本容許值及相關(guān)樁基參數(shù)表

地基土類別鉆孔樁樁側(cè)土標(biāo)準(zhǔn)值/kPa粉質(zhì)黏土粗砂粉砂質(zhì)泥巖（全風(fēng)化）泥質(zhì)粉砂巖（強(qiáng)風(fēng)化）泥質(zhì)粉砂巖（中風(fēng)化）承載力基本容許值/kPa標(biāo)貫值/220 260 20 60 100建議值80 220 400 120 500——140

2.2 施工機(jī)械

合理選擇機(jī)械設(shè)備是保證工程進(jìn)度的關(guān)鍵。在該工程中，除了一些常用的設(shè)備，還使用了4 臺(tái)TR400D-II 型旋挖鉆機(jī)，該設(shè)備穩(wěn)定性好、成孔效率高、工作能力強(qiáng)，適用于該工程。具體施工機(jī)械見表2。

表2 機(jī)械配置表

序號(hào)數(shù)量1 2 3 4 5 6種類全站儀水準(zhǔn)儀混凝土攪拌機(jī)混凝土運(yùn)輸罐車旋挖鉆機(jī)炮車型號(hào)萊卡萊卡JS500洛陽中集凌宇6m3 TR400D-II型三軸運(yùn)梁炮車3 6 4 8 4 2

2.3 平整場(chǎng)地與樁位放樣

場(chǎng)地平整要根據(jù)實(shí)際情況開展，主要包括清除雜物、土方開挖、填換軟土等。由于該工程所在區(qū)域的土質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土，雨水沖刷后會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，因此應(yīng)在鉆進(jìn)工作位置進(jìn)行換土以及鋪墊枕木，保證鉆機(jī)在工作過程中不發(fā)生位移和傾斜。

平整工作完成后，使用全站儀放出樁位位置和樁位中心線。為方便復(fù)核樁位，對(duì)樁位設(shè)置十字護(hù)樁。量測(cè)人員復(fù)核設(shè)計(jì)圖紙中的坐標(biāo)及水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)無誤后，方可進(jìn)行樁位放樣，最終安裝調(diào)試鉆機(jī)。

2.4 埋設(shè)護(hù)筒

為保護(hù)孔口地面、防止坍孔、防止鉆孔過程中的沉渣回流等，需要在鉆孔施工前埋設(shè)護(hù)筒。在淤泥質(zhì)的粉砂層鉆孔灌注樁施工中，一般通過振動(dòng)沉拔錘埋置護(hù)筒。該工程中采用10mm 鋼板制成的護(hù)筒，并在刃腳1m 范圍內(nèi)用鋼板加固，防止埋置過程中護(hù)筒變形。

2.5 泥漿制備

在鉆孔灌注樁施工中，泥漿起到穩(wěn)定護(hù)壁、冷卻鉆頭、懸浮鉆渣的重要作用，其性能指標(biāo)對(duì)鉆孔質(zhì)量的影響較大，泥漿性能指標(biāo)見表3。為保證鉆孔順利進(jìn)行，要選用優(yōu)質(zhì)黏土造漿護(hù)壁。在鉆孔過程中，孔內(nèi)水頭位置要高于地下水位，并隨時(shí)測(cè)定泥漿的相對(duì)密度、黏度、含砂率等性能指標(biāo)。隨著鉆進(jìn)過程中地質(zhì)條件的不斷變化，要隨時(shí)向孔內(nèi)投放黏土，以保證泥漿比重，最終滿足成孔要求。在易坍塌的砂層中鉆進(jìn)時(shí)，可以適量摻入外加劑，以改善泥漿質(zhì)量。

表3 泥漿性能指標(biāo)

挖孔方式地層情況相對(duì)密度含砂率（%）黏度/（Pa·s）靜切力/Pa 酸堿度/pH 膠體率（%）旋挖沖擊一般地層已坍地層1.10～1.20 1.20～1.40≤4≤4 18～26 20～30 1～2.5 3～5 8～11 8～11≥95≥95

2.6 鉆孔

鉆孔時(shí)，旋挖鉆機(jī)采用420kN·m 的動(dòng)力頭，樁孔凈間距為9.5m。根據(jù)鉆孔樁的直徑需求，選取1.8m、2.5m、2.9m 三種多級(jí)鉆頭。為保證鉆孔樁的垂直度，先采用2.5m 鉆頭鉆進(jìn)，從鋼護(hù)筒頂口鉆至22m 高程后，采用2.9m 鉆頭對(duì)鉆進(jìn)段進(jìn)行掃孔，清除鋼護(hù)筒內(nèi)壁的巖土。徹底掃孔完畢后，利用導(dǎo)正鉆頭復(fù)核校對(duì)鉆頭中心位置，再次采用2.5m 鉆頭鉆進(jìn)。當(dāng)鉆進(jìn)過程較慢時(shí)，先選用1.8m 截齒鉆頭取芯鉆孔，再改用2.5m 鉆頭鉆進(jìn)至孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

2.7 一次清孔及成孔檢測(cè)

鉆進(jìn)完畢后進(jìn)行一次清孔，一次清孔作業(yè)選用循環(huán)換漿法，多次使用泥漿循環(huán)清孔，孔內(nèi)鉆渣會(huì)伴隨泥漿液排出孔外，以此到達(dá)清孔目的。在清孔過程中，要保持漿面穩(wěn)定，并及時(shí)補(bǔ)充泥漿，以確保泥漿的相對(duì)密度、黏度、含砂率等性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)。經(jīng)檢測(cè)，孔內(nèi)沉渣厚度小于5cm，則符合要求。

2.8 混凝土施工

2.8.1 鋼筋籠制作安裝

鋼筋原材料、半成品與成品要根據(jù)檢驗(yàn)狀態(tài)、結(jié)果、使用部位等做好標(biāo)示標(biāo)牌，并分別存放。要求鋼筋籠加工場(chǎng)地平整、排水順暢，并做好下墊上覆工作。制作鋼筋籠時(shí)，為了便于后期吊車吊裝，每節(jié)鋼筋籠要小于18m，主筋接焊采用雙面搭接焊，且焊接接頭在同一截面的數(shù)量小于50%、焊縫大于5d，加強(qiáng)筋圈焊接同主筋一致。鋼筋籠檢查指標(biāo)見表4。

表4 鋼筋籠檢查內(nèi)容

序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0實(shí)際偏差/mm 3 5 2 3 -2 1 -11檢查內(nèi)容排間距基礎(chǔ)、錨碇、墩臺(tái)、柱間距梁、板間距灌注樁間距鋼筋骨架長(zhǎng)鋼筋骨寬和高箍筋、水平筋、螺旋筋間距彎起鋼筋位置柱、梁保護(hù)層厚度基礎(chǔ)、錨碇、墩臺(tái)保護(hù)層厚度板厚度檢查方法尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量允許偏差/mm±5±20±10±20±10±5±10±20±5±10±3 1 3 1 1 0

2.8.2 聲測(cè)管的加工及布置

選取Φ54mm 鋼管所制的聲測(cè)管，接頭處用套管連接，上端高出樁頂100cm，下端口用封底套管，管內(nèi)灌滿水并用塞子塞緊上端口，防止掉入異物。由于該工程樁徑大于1.5m，聲測(cè)管布置數(shù)量為3 根，呈三角形方式布置。聲測(cè)管安裝定位要準(zhǔn)確，通過焊接的方式固定于鋼筋籠內(nèi)側(cè)。

2.8.3 鋼筋籠下放

為了滿足長(zhǎng)節(jié)段鋼筋籠運(yùn)輸需求，該工程采用炮車運(yùn)輸。鋼筋籠入場(chǎng)后，先測(cè)量孔口定位架標(biāo)高與水平位置，然后采用320t 和50t 兩臺(tái)履帶吊機(jī)配合施工，鋼筋籠沿樁孔自然下放，下放過程中采用支撐架確保鋼筋籠下放穩(wěn)定。

2.8.4 混凝土灌注

該工程使用導(dǎo)管拔栓法進(jìn)行混凝土灌注。在灌注混凝土前，要再次測(cè)量孔深，確定沉渣厚度。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，把大于導(dǎo)管直徑1～1.5cm 的鋼板圓栓置于漏斗頸口外，用細(xì)鋼繩做牽引?；炷吝_(dá)到儲(chǔ)存量后，利用細(xì)鋼繩拉動(dòng)鋼板栓，使泥漿排入孔內(nèi)。混凝土灌入孔底后，通過孔內(nèi)混凝土面高度計(jì)算導(dǎo)管埋置深度，導(dǎo)管埋入混凝土面以下1m 以上，即表明首批混凝土灌注成功，可以繼續(xù)灌注。

正常灌注開始后，將大料斗換成小料斗，同時(shí)應(yīng)緊湊、連續(xù)地灌注混凝土。在灌注過程中，要及時(shí)測(cè)量孔內(nèi)混凝土面高度，確定導(dǎo)管抽拔時(shí)間和長(zhǎng)度，導(dǎo)管埋入混凝土的深度需控制在2～6m，避免導(dǎo)管脫離混凝土面或者不易出等，同時(shí)應(yīng)避免混凝土從漏斗外掉入孔底，導(dǎo)致混凝土面探測(cè)不準(zhǔn)確。此外，混凝土灌注速度要控制得當(dāng)，且要到混凝土面超過設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5～1m 時(shí)，才可停止灌注，這樣有利于清除浮漿。

3 結(jié)論

鉆孔灌注樁是一種主要的橋梁樁基礎(chǔ)施工形式，施工中嚴(yán)格控制每個(gè)環(huán)節(jié)可以有效加快施工進(jìn)度、降低施工成本。結(jié)合實(shí)際案例，得到以下結(jié)論：第一，平整場(chǎng)地與樁位放樣是鉆孔灌注樁施工中的關(guān)鍵一步，量測(cè)人員應(yīng)準(zhǔn)確復(fù)核樁位的中心位置，以確保后續(xù)工作的有效開展。第二，鉆孔灌注樁施工步驟較多，各施工環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密，必須合理規(guī)劃施工方案，控制好每個(gè)工序的施工質(zhì)量，并要求施工人員具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，使工程質(zhì)量得到最大化的保障。第三，鉆孔灌注樁施工的難點(diǎn)在于鉆孔和混凝土灌注施工，在施工過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際問題，找到具體原因，采取針對(duì)性的完善措施，保證工程質(zhì)量。