橋梁工程施工中沖孔灌注樁施工技術(shù)研究

楊 薈

（山西路橋第六工程有限公司,山西 晉中 030621）

0 引言

所謂沖孔灌注樁，即為在泥漿護(hù)壁中進(jìn)行沖擊成孔、并在水下灌入混凝土的一種樁基礎(chǔ)形式。沖孔灌注樁施工技術(shù)的適用范圍廣，可用于各種復(fù)雜地層的施工中，如砂土層、黏土層、填土層等，再加上其施工成本低，故被廣泛使用在公路橋梁工程施工中[1]。但是，該施工技術(shù)的施工過程較復(fù)雜，施工技術(shù)要求較高，在施工過程中，存在較多的影響因素，易出現(xiàn)塌孔、彎孔、梅花孔等問題，提高施工成本，故在公路橋梁工程施工中，施工單位應(yīng)熟悉與掌握沖孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。基于此，該文就橋梁工程施工中沖孔灌注樁施工技術(shù)的運(yùn)用展開探討，以供大家參考。

1 灌注樁的類型

灌注樁大致可劃分機(jī)械成孔灌注樁、人工挖孔灌注樁兩類。

1.1 人工挖孔灌注樁

所謂人工挖孔灌注樁，即采用人工法，進(jìn)行挖土成孔，制作與放置鋼筋籠，并通過現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土后所形成的鋼筋混凝土樁。一般情況下，若樁直徑較大，可采用人工挖孔樁，但是在最近幾年中，隨著建筑工程施工技術(shù)水平的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，為更好地確保施工人員的人身安全，出現(xiàn)了機(jī)械成孔灌注樁，逐漸取代了人工挖孔灌注樁。

1.2 機(jī)械成孔灌注樁

現(xiàn)階段，機(jī)械成孔灌注樁大致可劃分為沖擊成孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁這兩種類型[2]。

第一，沖擊成孔灌注樁，即采用沖孔樁機(jī)，通過沖錘做自由下落運(yùn)動(dòng)進(jìn)入土層中，在孔壁中擠入混合泥漿、泥土、沖碎的巖石，采用泥漿循環(huán)清孔方法，將一些碎渣排出孔外，將鋼筋籠置入孔中，現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土后所形成的樁。盡管沖擊成孔灌注樁的成孔速度較慢，但是該樁的適用性較強(qiáng)，在各種地質(zhì)條件中，均可使用沖擊成孔灌注樁[3]。當(dāng)遇到中微風(fēng)化巖、孤石、夾層等復(fù)雜地質(zhì)時(shí)，為確保施工質(zhì)量與施工進(jìn)度，大多數(shù)情況下，施工單位會(huì)選擇使用沖擊成孔灌注樁。

第二，旋挖成孔灌注樁，即鉆桿在電動(dòng)機(jī)牽引下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，底部帶有活門的桶式鉆頭通過回轉(zhuǎn)將巖土破碎，然后在鉆斗中裝入破碎的巖土，鉆斗在伸縮鉆桿與鉆機(jī)提升設(shè)備的提升作用下，將土從孔中挖出來，重復(fù)以上步驟，不斷進(jìn)行取土與卸土，直到孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度為止[4]。在卵石、碎石土、回填土、砂土、黏土、粉土等中，旋挖成孔灌注樁的進(jìn)孔速度較快，但是若遇到中微風(fēng)化巖石、夾層、大孤石等時(shí)，其進(jìn)孔速度會(huì)變慢，加大進(jìn)孔難度，旋挖鉆頭易磨損。

2 工程案例

某一公路橋梁工程，采用沖孔灌注樁施工技術(shù)，樁長(zhǎng)約50 m，具有1 m、1.5 m、1.8 m三種樁徑，共設(shè)有120根樁。通過地質(zhì)勘察后發(fā)現(xiàn)，該橋梁工程施工場(chǎng)地位于河流沖積平原，地質(zhì)條件存在較大的差異性。在下伏基巖中，分布有火成巖、沉積巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等，在上覆土層中，分布有淤泥質(zhì)沙土、淤泥等，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)流塑狀，較松散，提高了沖孔灌注樁的施工難度。其中，沖孔灌注樁施工工藝流程，如圖1所示。

圖1 沖孔灌注樁施工工藝流程

3 沖孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工前期準(zhǔn)備

3.1.1 施工現(xiàn)場(chǎng)

為平穩(wěn)、安全設(shè)置樁基，施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，施工單位應(yīng)提前整平處理施工場(chǎng)地，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)沉淀池、泥漿處理池的開挖施工進(jìn)行合理安排。為保證施工安全，施工單位應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定相應(yīng)有效的安全防護(hù)措施。

3.1.2 測(cè)量放樣

在施工場(chǎng)地附近不受影響的位置處，設(shè)置與標(biāo)記橫向軸線控制點(diǎn)與縱向軸線控制點(diǎn)。根據(jù)施工圖紙要求，準(zhǔn)確確定沖孔的位置，監(jiān)理工程師對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)收，通過驗(yàn)收后，方可設(shè)置鋼護(hù)筒與安裝樁機(jī)。

3.1.3 施工機(jī)械設(shè)備

在該次沖孔灌注樁施工中，需配置沖樁機(jī)，在施工現(xiàn)場(chǎng)制作鋼筋籠，同時(shí)利用汽車，向樁孔位置吊裝鋼筋籠，利用商品混凝土制作樁身，并使用水下導(dǎo)管來灌注混凝土[5]。

3.1.4 鋼護(hù)筒

在該工程中，利用鋼板加工制作鋼護(hù)筒，利用黏土填充與夯實(shí)鋼護(hù)筒的周邊，鋼護(hù)筒的埋設(shè)深度應(yīng)控制在1.5 m左右。

3.1.5 泥漿的制備

在沖孔灌注樁施工之前，施工單位應(yīng)根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)與施工要求，對(duì)泥漿材料進(jìn)行合理制備，對(duì)泥漿材料的比重進(jìn)行合理配置。根據(jù)施工要求，合理確定泥漿材料各項(xiàng)指標(biāo)值，其中膠體率不得小于98%，含砂率不得大于2%[6]。但是，在制備泥漿過程中，應(yīng)注意以下施工細(xì)節(jié)：第一，妥善處理多余的泥漿材料，采用特定的輸送管道，在泥漿池中傳送與儲(chǔ)存泥漿材料，保證后續(xù)施工的正常進(jìn)行。第二，嚴(yán)格控制施工原材料的質(zhì)量與使用量、施工人員數(shù)量，在制備泥漿材料過程中，為加快泥漿材料的制備速度，施工人員應(yīng)對(duì)施工原材料的配合比與質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢驗(yàn)。

3.2 施工工藝

3.2.1 護(hù)筒的埋設(shè)

在鋼護(hù)筒的外側(cè)焊接加強(qiáng)筋，可提高鋼護(hù)筒的強(qiáng)度。利用人工法對(duì)護(hù)筒坑進(jìn)行開挖，護(hù)筒坑的直徑比護(hù)筒的直徑要大0.5 m，同時(shí)將上方全部的雜填土均挖除，直到挖至原土層以下0.3 m深度為止。護(hù)筒坑坑底應(yīng)保持平整，同時(shí)其坑深度至少要達(dá)到150 cm[7]。

3.2.2 泥漿護(hù)壁

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件與采樣的施工方法，選用合適的泥漿類型。在該公路橋梁工程是中，選用膨潤(rùn)土作為泥漿制備材料，膨潤(rùn)土的塑性指數(shù)應(yīng)控制在5~25 mm之間。

3.2.3 沖孔

在樁機(jī)就位之前，為保證樁機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，應(yīng)在其底部放置枕木，而在設(shè)置枕木過程中，為避免鋼護(hù)筒在周邊土體擠壓作用下發(fā)生移位與變形，應(yīng)選擇合理的位置放置枕木[8]。為保證樁機(jī)的穩(wěn)定性，樁孔中心、滑輪邊緣、樁錘中心應(yīng)重合，應(yīng)對(duì)樁機(jī)角度進(jìn)行合理調(diào)整，使其偏差控制在2 cm之內(nèi)。在進(jìn)行沖孔過程中，應(yīng)使用50 cm長(zhǎng)度的錘子對(duì)土層不斷進(jìn)行敲擊。若土層為粉質(zhì)砂土或細(xì)砂，在這種情況下，應(yīng)在該土層中加入一定量的砂礫石、黏土塊，然后進(jìn)行不斷碰撞與沖擊，制作形成泥漿，可有效保護(hù)孔壁。在沖擊施工過程中，樁位中心與沖孔中心應(yīng)保持重合，以保證泥漿面的穩(wěn)定。若二者不重合，在這種情況下，應(yīng)利用片石回填處理原沖孔。當(dāng)回填片石達(dá)到孔上部0.5 m位置處時(shí)，開始進(jìn)行二次沖孔。在碎亂土體沖進(jìn)過程中，為保證沖孔的質(zhì)量與效率，避免出現(xiàn)重復(fù)破碎，應(yīng)徹底清除孔中的殘?jiān)?/p>

3.2.4 清孔

采用換漿方法進(jìn)行清孔，在沖孔確定需終止時(shí)，沖進(jìn)施工需立即停止，并不斷攪動(dòng)沖孔底部的沉渣，進(jìn)而第一次清孔施工作業(yè)就此結(jié)束[9]。對(duì)于孔中的殘?jiān)?，第一次清孔難以將其完全清除，對(duì)樁基的施工質(zhì)量造成較大的影響，故需進(jìn)行第二次清孔。在第二次清孔施工作業(yè)結(jié)束后，施工人員需全面檢查清孔質(zhì)量與成孔質(zhì)量，直到孔底沉渣厚度、孔口返漿比重均滿足施工要求后，方可開始灌注水下混凝土。

3.2.5 鋼筋籠的制作和安裝

根據(jù)相關(guān)施工規(guī)范與施工要求，正確制作與安裝鋼筋籠。利用成型鋼板制作鋼筋籠，在主筋的內(nèi)部布設(shè)加強(qiáng)筋體系，同時(shí)清晰標(biāo)注主筋的位置，搭接長(zhǎng)度至少要達(dá)到10 d，雙面滿焊搭接位置。根據(jù)施工要求，在鋼筋籠的頂部安裝吊環(huán)，外側(cè)安裝保護(hù)層墊塊[10]。在加工完成鋼筋籠以后，為保證鋼筋籠的加工質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格檢查鋼筋籠的各項(xiàng)指標(biāo)，包括垂直度、間距、直徑等，保證其滿足施工要求。在安裝鋼筋籠過程中，為避免孔壁與鋼筋發(fā)生碰撞，鋼筋籠中心與樁孔中心對(duì)準(zhǔn)后，應(yīng)緩慢下放鋼筋籠，將其放到樁孔中，然后對(duì)其進(jìn)行固定，并復(fù)核其位置。若通過檢查，為避免鋼筋籠在后續(xù)施工過程中發(fā)生移位，要對(duì)鋼筋籠進(jìn)行第二次加固。

3.2.6 混凝土的灌注

現(xiàn)階段中，施工單位常采用泵壓法、導(dǎo)管法這兩種水下混凝土澆筑方法。在實(shí)際施工中，由于導(dǎo)管法的實(shí)用性較強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，故其被得到廣泛運(yùn)用。在利用導(dǎo)管法灌注水下混凝土過程中，需嚴(yán)格控制混凝土的初始灌注量。所以，在初次灌注混凝土過程中，應(yīng)綜合考慮各方面因素，如泥漿重量、導(dǎo)管埋置深度等。在下放第一盤混凝土過程中，導(dǎo)管的埋置深度應(yīng)控制在1 m左右。將浮球放入導(dǎo)管中，混凝土通過料斗進(jìn)入導(dǎo)管，泥漿與混凝土通過浮球隔離，浮球在混凝土的推動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，最后混凝土被擠出導(dǎo)管，然后抬升孔底鉆渣，在混凝土中埋入導(dǎo)管口。在灌注混凝土過程中，導(dǎo)管埋置深度應(yīng)控制在3節(jié)左右。若混凝土首次灌注量比較大，則鋼筋籠易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼筋籠移位。為避免以上現(xiàn)象，應(yīng)采取有效措施。在灌注混凝土過程中，不得中途停止，一定要連續(xù)灌注。采用繩索法測(cè)量灌注的深度，根據(jù)計(jì)算深度與測(cè)量數(shù)值，對(duì)導(dǎo)管上升速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)孔口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證孔口不返漿。在灌注水下混凝土過程中，應(yīng)提高灌注速度，單根樁的灌注時(shí)間不得高于8 h，可避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

4 沖孔灌注樁施工中存在的問題與應(yīng)對(duì)策略

4.1 孔壁坍塌

樁孔中的水位，不得高于地下水位1.5 m，靜水壓力應(yīng)控制在20 kPa左右。若存在高承壓水頭，致使孔壁坍塌、孔底翻砂，在這種情況下，應(yīng)將鉆頭提上來，撤離鉆機(jī)，回填黏土，停止一段時(shí)間后，開始繼續(xù)進(jìn)行施工。若存在強(qiáng)透水層，急速降低孔中的水位，致使孔壁坍塌。在這種情況下，應(yīng)在樁位周邊壓密注漿，對(duì)地基進(jìn)行加固，然后再開始繼續(xù)進(jìn)行施工。為避免孔壁出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)地層土質(zhì)情況，對(duì)成孔速度與泥漿參數(shù)進(jìn)行合理確定。為避免孔壁受到破壞，對(duì)于各個(gè)施工工序的施工質(zhì)量，包括綁扎鋼筋籠、吊裝鋼筋籠、鋼筋籠入孔等，都應(yīng)加以嚴(yán)格控制。若護(hù)筒漏水，則會(huì)導(dǎo)致護(hù)筒底部及其周邊地基土變松軟，出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)以上現(xiàn)象，護(hù)筒底部至少要進(jìn)入黏土內(nèi)部50 cm。

4.2 斷樁

第一，根據(jù)施工要求，對(duì)樁身進(jìn)行小應(yīng)變測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，如果存在斷樁，應(yīng)利用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔與壓漿處理?？咨顟?yīng)比補(bǔ)強(qiáng)位置深度大1 m。待水泥漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，一定要進(jìn)行鉆孔探測(cè)，對(duì)壓漿效果進(jìn)行檢查。第二，嚴(yán)格根據(jù)施工操作要求，進(jìn)行混凝土的灌注，平穩(wěn)、勻速提升導(dǎo)管。在施工過程中，一旦發(fā)現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，一定要及時(shí)處理。第三，為更好地指導(dǎo)導(dǎo)管提升，應(yīng)為測(cè)探工作人員提供更多的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)機(jī)會(huì)。

4.3 溶洞

如果在地質(zhì)中存在溶洞，可采取以下措施。第一，在施工機(jī)械設(shè)備中，將防卡環(huán)安裝在沖擊錘上。第二，在溶洞中，若充填滿泥沙，應(yīng)提高泥漿比重，然后采用常規(guī)方法進(jìn)行施工，如果泥沙沒有填充滿溶洞，應(yīng)選用與巖層硬度差不多的片石回填溶洞，然后開始復(fù)打沖孔。第三，在澆筑混凝土過程中，為保護(hù)溶洞部位孔壁，導(dǎo)管口應(yīng)避開溶洞部位。

4.4 沖孔過程中遇大巖石等水下障礙物

根據(jù)鉆渣樣本，對(duì)水下障礙物的性質(zhì)進(jìn)行確定，可先采用十字沖擊錐擊碎障礙物，然后利用回瓣式?jīng)_抓錐抓起碎渣。

4.5 孔徑偏大

為保證鉆進(jìn)過程的穩(wěn)定性，降低回鉆阻力，降低擴(kuò)孔系數(shù)，方便清理孔底沉渣，避免孔壁坍塌，可采用雙腰帶翼狀鉆頭，確定合理的鉆頭直徑。

5 結(jié)語

綜上所述，在我國(guó)公路橋梁樁基施工中，沖孔灌注樁是一種廣泛使用的樁基形式。沖孔灌注樁施工技術(shù)施工效率高、施工工藝簡(jiǎn)單，但是其施工質(zhì)量的控制難度較高。在沖孔灌注樁施工現(xiàn)場(chǎng)中，因施工場(chǎng)地地質(zhì)條件比較復(fù)雜，施工中常遇到難以控制的因素，難以獲得理想的施工效果。為解決以上問題，施工單位應(yīng)熟悉與掌握沖孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)，并制定相應(yīng)有效的施工質(zhì)量管理措施。