橋梁樁基鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

馬洪金

摘要 文章以某橋梁為例，從鋼護(hù)筒制作、旋挖成孔工藝、鋼筋籠制作安裝、旋挖樁清孔、沉渣清理及檢測(cè)、混凝土水下澆筑等方面，對(duì)鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行研究，案例樁基經(jīng)過低應(yīng)變質(zhì)量檢測(cè)，所有檢測(cè)樁均符合完整性和載承能力要求，顯示所應(yīng)用的鉆孔灌注樁施工技術(shù)有效。文章梳理相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，僅供同類橋梁鉆孔灌注樁施工參考。

關(guān)鍵詞 橋梁樁基；鉆孔灌注樁；樁基施工；技術(shù)要點(diǎn)；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) U445.551文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）10-0120-03

0 引言

在公路基建能力和橋梁建設(shè)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，鉆孔灌注樁橋梁的樁基以其載承性能優(yōu)、適應(yīng)性強(qiáng)、抗震功效好等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在橋梁建設(shè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。鉆孔灌注樁施工過程中的主要工序包括樁孔排土、清理去除孔內(nèi)泥沙、裝配置放鋼筋籠、澆注混凝土等，屬于隱蔽工程。該文將以某橋梁為例，深入闡述鉆孔灌注樁在橋梁樁基中的運(yùn)用。

1 工程概況

案例是城市次干道上的一座橋梁，設(shè)計(jì)橋?qū)?1 m，橋梁安全級(jí)別一級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限是100年，西段上部采取鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，分為左右兩幅，橫截面配置為3.50 m（人行道和欄桿）+11.50 m（行車道）+1.00 m（隔離帶）+11.50 m（行車道）+11.50 m（行車道），下部采用整體墻橋墩設(shè)計(jì)，上設(shè)排架小墩柱13個(gè)，鋼梁與小墩柱的交接柱頭采取擴(kuò)展截面設(shè)計(jì)，重力式橋臺(tái)，樁基和承臺(tái)樁應(yīng)用C30混凝土，橋墩應(yīng)用C40混凝土，東段上部結(jié)構(gòu)的北南兩幅均采取預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式空心板，梁下是重力橋臺(tái)。

2 樁型確定及施工安排

（1）樁型。結(jié)合案例橋梁的載荷特點(diǎn)和橋址區(qū)地質(zhì)勘察結(jié)果，案例樁基采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋址區(qū)地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，以第6層中風(fēng)化巖作為樁基持力層較為適合，經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，樁端在鉆孔勘察深度內(nèi)打入承力層1 m以上。

（2）成孔。樁址所在區(qū)域的上部土層（如粘性土、人工填土層）對(duì)樁基技術(shù)狀態(tài)和施工操作的影響不大，但隨著深度進(jìn)展，尤其穿過全～強(qiáng)風(fēng)化巖層進(jìn)入中風(fēng)化巖層，成樁難度隨之增大，其中穿越硅化夾層和強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖時(shí)，須借助沖擊輔助鉆進(jìn)，采用旋挖鉆孔機(jī)，由于場(chǎng)地內(nèi)需要揭露的巖層中存在分布不均勻硅化砂巖及鈣質(zhì)砂巖夾層，決定采用沖擊鉆機(jī)配合鉆進(jìn)。根據(jù)區(qū)域巖土層的具體情況和考慮承臺(tái)高度和樁尖插入持力層的深度要求，決定承臺(tái)采取1.50 m埋深，插樁長(zhǎng)度取15.6 m，樁徑取1.2 m[1]。

（3）樁基平面。整個(gè)工程共有86根直徑為1 200 mm的樁基。為保證旋挖操作的順利進(jìn)行，在埋設(shè)護(hù)筒前，樁基承臺(tái)位置需要以黃土換填，并夯實(shí)分層，擬配備4臺(tái)旋挖裝備現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

（4）機(jī)械設(shè)備。旋挖及灌注漿施工裝備與機(jī)具配備具體見表1所示。旋挖鉆孔裝備主要選用XR-320系列鉆機(jī)。

（5）人員安排。旋挖及灌注漿施工的主要人員配置具體見表2所示[2]。

3 鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 護(hù)筒制作

鉆孔前，為保障打樁機(jī)垂直鉆孔，防止打樁機(jī)和吊錘在孔口周圍施工時(shí)產(chǎn)生的載荷和沖擊力導(dǎo)致塌孔，需要安裝鋼護(hù)筒。埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，先利用挖掘機(jī)挖出護(hù)筒坑。旋挖鉆機(jī)鉆孔時(shí)，孔徑應(yīng)大于鉆頭直徑20 cm，護(hù)筒的長(zhǎng)度考慮樁所在地質(zhì)和其水位情況，護(hù)筒頂部應(yīng)超出地下水位1.5 m以上，或高于地面0.3 m，以保證孔內(nèi)泥漿液面一直高于孔外水位。埋設(shè)護(hù)筒的樁位允許偏差不可超過5 cm，傾斜度不可大于1%。待混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%后，才能拆除鋼護(hù)筒。

該項(xiàng)目采用內(nèi)徑1 400 mm、厚6 cm和高600 cm的鋼護(hù)筒。依據(jù)勘察報(bào)告可知，孔口標(biāo)高最大相差6.06 m，所以選擇6.00 m護(hù)筒長(zhǎng)，并在護(hù)筒上開一個(gè)泥漿溢流口。埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制護(hù)筒的垂直度，確保成孔質(zhì)量[3]。

3.2 旋挖成孔工藝

（1）護(hù)壁。根據(jù)地勘報(bào)告，樁端承力層選擇第6層中風(fēng)化巖層，其深度至少在地表以下16 m區(qū)域。灌注樁施工在5—6月進(jìn)行，該地5—7月屬于多雨季節(jié)，為了保證鉆孔灌注樁的施工安全與質(zhì)量，該工程采用泥漿進(jìn)行護(hù)壁作業(yè)，避免塌孔和延誤工期。施工場(chǎng)地狹窄，排架墩之間的最小距離還不到10 m，因此無法在筑島場(chǎng)地挖掘泥漿池。案例施工過程中現(xiàn)場(chǎng)制備2個(gè)鐵皮泥漿池，泥漿池位于樁位附近，規(guī)格為10.0 m×8.0 m×1.5 m，泥漿循環(huán)利用，采用三級(jí)沉淀，周圍配置欄桿密目網(wǎng)進(jìn)行封閉。根據(jù)鉆機(jī)功效、地質(zhì)、孔位等條件選擇配置泥漿，當(dāng)蓋覆層較厚、地質(zhì)復(fù)雜而導(dǎo)致護(hù)筒無法沉入巖層時(shí)，需應(yīng)用PHP泥漿。施工區(qū)處于粉砂土層、砂質(zhì)土層或地下水位高的場(chǎng)地時(shí)，選用功效良好的水泥配制泥漿制作形成護(hù)壁，以控制懸浮鉆渣、地下水、穩(wěn)定孔壁及避免坍塌孔。

（2）鉆孔。采用旋挖鉆機(jī)成孔施工中，成孔的垂直度由專人觀察和電子設(shè)備進(jìn)行控制。在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，防止因速度過快而發(fā)生塌孔事故，并且泥漿檢測(cè)指標(biāo)必須合格，若不符合要求，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保成孔質(zhì)量。

（3）樁孔與孔徑垂直度檢測(cè)。在吊裝鋼筋籠前，需要檢測(cè)樁孔與孔徑的垂直度。采用2種方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，一種方法是保持鉆頭垂直度，由樁頂向樁底插入，如果沒有障礙物，表明樁孔與孔徑垂直度符合要求，如果有障礙物，則分析原因，重新鉆孔。另一種方法是制備1個(gè)長(zhǎng)6 m且與施工樁徑相同的鋼籠，然后使用吊車進(jìn)行吊放。測(cè)試過程中如果無障礙物，表明樁孔與孔徑垂直度符合要求。如果鋼筋籠置放不下，表明已經(jīng)發(fā)生縮頸現(xiàn)象[4]。

3.3 制作鋼筋籠及安裝

（1）制作平臺(tái)。先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行硬化處理，再用鋼筋焊接簡(jiǎn)易支架，面積通常為15～10 m之間。

（2）吊裝鋼筋籠。因鋼筋籠都在岸上加工，為確保鋼筋籠運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)損壞，將鋼筋籠分兩段制備運(yùn)輸，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后再使用機(jī)械連接成整體，該技術(shù)可縮短鋼筋籠放置時(shí)間，極大地增強(qiáng)施工效率，降低塌孔隱患和孔內(nèi)沉渣量。

（3）吊筋配置。一般多選用0.6 cm徑值，具有良好焊接性的HPB235圓鋼制作吊筋。通過計(jì)算，0.6 cm圓鋼吊筋的起吊能力在15 260.4 N左右，相當(dāng)于承受1.557 t的重量，符合吊裝鋼筋籠的需求。吊筋應(yīng)設(shè)置在鋼筋箍上，吊筋的一端通過雙面焊牢固地焊接在鋼筋籠主筋上，其另一端則應(yīng)該焊接成環(huán)形，以方便運(yùn)輸。鋼筋籠使用25 t汽車吊開展吊裝，并設(shè)置雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)應(yīng)位于加勁箍位置。吊裝鋼筋籠時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位并控制好垂直度，再慢慢下落，杜絕暴力置放鋼筋籠，避免鋼筋籠形變[5]。

3.4 旋挖樁清孔

第一次清孔，正循環(huán)清孔技術(shù)成本遠(yuǎn)低于氣舉反循環(huán)和泵吸反循環(huán)清孔技術(shù)。第一次清孔目的是把孔內(nèi)多余顆粒排出孔外，因此對(duì)沉渣厚度無定量要求。采用正循環(huán)清孔，泥漿密度在1.20～1.40之間能夠滿足要求。二次清孔，待泥漿比重降至1.10～1.20后開展清孔。案例工程采用泵吸反循環(huán)、氣舉反循環(huán)及正循環(huán)3種清孔技術(shù)對(duì)1、3、5號(hào)樁開展清孔，并對(duì)其清孔功效開展分析。不同清孔技術(shù)的功效對(duì)比結(jié)果見表3所示[6]。

通過分析表3數(shù)據(jù)，我們能夠看到：

（1）該項(xiàng)目采用正循環(huán)清孔法對(duì)1號(hào)、3號(hào)和5號(hào)旋挖樁開展了5個(gè)小時(shí)清孔，旋挖樁的直徑均為120 cm，由檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，沉渣厚度大約7 cm，不符合旋挖樁清孔標(biāo)準(zhǔn)。

（2）由表3可知，泵吸反循環(huán)清孔技術(shù)和氣舉反循環(huán)清孔技術(shù)測(cè)出的沉渣厚度均不超過50 cm，符合質(zhì)量要求，并且氣舉反循環(huán)技術(shù)不但比泵吸反循環(huán)耗時(shí)少，而且沉渣厚度比較低，表明氣舉反循環(huán)的清孔速度相對(duì)快，清孔質(zhì)量相對(duì)更好。

（3）泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)清孔技術(shù)都符合質(zhì)量要求，但從清孔技術(shù)對(duì)比可以看出，泵吸反循環(huán)方法比氣舉反循環(huán)方法的成本更低，安全性也更高。結(jié)合成本和安全等因素，顯然泵吸反循環(huán)清孔技術(shù)的實(shí)用性更好，所以案例工程最終選擇泵吸反循環(huán)技術(shù)開展清孔施工。其操作流程具體見圖1所示[7]。

第二次清孔時(shí)，不僅要確保沉渣厚度符合要求，泥漿功效指標(biāo)也不容忽視。終止清孔泥漿的含砂率<3%，黏度為16～20 s，相對(duì)密度通常在1.05～1.10之間取值，當(dāng)沉渣及各項(xiàng)指標(biāo)都滿足要求后，即開展水下混凝土澆筑。

3.5 沉渣清理及檢測(cè)

測(cè)量沉渣厚度時(shí)，所采用測(cè)量方法必須正確，若測(cè)量方法不當(dāng)，就無法有效控制沉渣的厚度。案例選用吊繩測(cè)量法檢測(cè)孔底沉渣。第1次測(cè)量時(shí)，先將重3 kg的測(cè)量錘放入孔內(nèi)，當(dāng)將到達(dá)孔底時(shí)，慢慢下落至沉渣層頂面，并記錄第1次測(cè)得的沉渣厚度。第2次測(cè)量時(shí)，仍然下放測(cè)量錘，直至測(cè)量錘沉至孔底，記錄測(cè)量深度。兩次檢測(cè)結(jié)果的差值，即為所測(cè)量的沉渣厚度。經(jīng)過計(jì)算，沉渣厚度檢測(cè)值為35 cm，符合要求。

3.6 混凝土水下澆筑工藝

經(jīng)過二次清孔處理，沉渣厚度符合設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)進(jìn)行混凝土水下澆筑，選擇C30水下混凝土，在180～220 mm范圍控制坍落度。澆筑混凝土前，導(dǎo)管底部與孔底的距離應(yīng)控制在0.30 m左右，第一批混凝土的導(dǎo)管埋深應(yīng)高于0.80 m。正式作業(yè)前需要組裝導(dǎo)管，并做好水密性試驗(yàn)[8]。

混凝土的初灌量是3 m?，因?yàn)闃堕L(zhǎng)不同大約存在0.2 m?的浮動(dòng)量。在注漿過程中，需要根據(jù)樁長(zhǎng)準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)管長(zhǎng)度，導(dǎo)管埋深應(yīng)控制在2～6 m。該項(xiàng)目樁長(zhǎng)16 m，通過計(jì)算，導(dǎo)管應(yīng)分別采用4 m、2 m、4 m和6 m長(zhǎng)度。在水下混凝土灌注施工中，要控制好導(dǎo)管與孔底的距離、混凝土質(zhì)量、混凝土澆筑速度以及導(dǎo)管埋深等易于導(dǎo)致塌孔事故的關(guān)鍵因素，以保障澆筑成樁質(zhì)量。

4 檢測(cè)方式

由于樁的聲波透射、鉆孔取芯、靜載試驗(yàn)等檢測(cè)方法費(fèi)用很高，且耗時(shí)較長(zhǎng)?？紤]到工期和成本，該項(xiàng)目選擇低應(yīng)變方法來檢測(cè)成樁的質(zhì)量和完整性。因?yàn)闃吨睆綖?20 cm，根據(jù)樁中心對(duì)稱配置3～4個(gè)測(cè)量點(diǎn)。該樁是實(shí)心樁，樁檢測(cè)量點(diǎn)配置在距樁中心2/3處。

該項(xiàng)目采用基樁動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，用小錘敲擊樁頂，敲擊一個(gè)樁的次數(shù)不可少于10次。初始激勵(lì)時(shí)間與樁體阻抗變化位置的反射抵達(dá)時(shí)間的時(shí)差Δt，以及應(yīng)力波在混凝土樁體中的波速C，推導(dǎo)出阻抗變壓的位置。基于該速度曲線的波動(dòng)，判斷樁體的阻抗變化強(qiáng)度。案例抽取了10根樁開展樁基低應(yīng)變檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果具體見表4所示。

該項(xiàng)目波速為4 000 m/s，所測(cè)得的低應(yīng)變曲線波形平穩(wěn)均衡，不存在顯著突變，表明樁體無顯著缺陷。案例樁基的低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果顯示：Ⅰ類樁8根，Ⅱ類樁2根，所有檢測(cè)樁均符合完整性要求。

5 結(jié)語

綜上所述，該文以某城市次干道橋梁改建工程為背景，基于對(duì)旋挖成孔灌注樁的工藝技術(shù)的梳理研究，介紹了所應(yīng)用的灌注樁特點(diǎn)、施工部署、裝備及作業(yè)人員安排等技術(shù)點(diǎn)，從鋼護(hù)筒制作、旋挖成孔工藝、鋼筋籠制作安裝、旋挖樁清孔、沉渣清理及檢測(cè)、混凝土水下澆筑等方面論述了鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)，并通過樁基低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了所應(yīng)用的鉆孔灌注樁施工技術(shù)的適用性和有效性。

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