灌注樁與預(yù)制樁在道路橋梁施工中的應(yīng)用

陳立強(qiáng)

杭州市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江 杭州 310000

灌注樁和預(yù)制樁是道路橋梁工程當(dāng)中最常見的兩種樁基，是提高道路橋梁工程基礎(chǔ)強(qiáng)度和承載力的常用技術(shù)，它們?cè)诙x、適用條件和特點(diǎn)等方面存在明顯的不同。在實(shí)際施工過程中，需要根據(jù)工程的情況進(jìn)行合理的選擇，才能準(zhǔn)確把握施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)，達(dá)到提升道路工程質(zhì)量及安全的目的?；诖?，本文針對(duì)灌注樁和預(yù)制樁的區(qū)別和特點(diǎn)，研究了兩者在施工中的不同應(yīng)用情況。

1 預(yù)制樁特征及工藝

1.1 預(yù)制樁施工特征

預(yù)制樁施工技術(shù)的使用在現(xiàn)實(shí)生活中比較常見，其施工特征主要有：①單樁承載力比較小。預(yù)制樁屬于擠土樁中的一種，將預(yù)制樁打進(jìn)土中之后，樁基附近土層在預(yù)制樁的擠壓作用下更緊密，基礎(chǔ)的承載力也隨之提升。預(yù)制樁單樁尺寸較小，相應(yīng)的單樁承載力也較小，一般用于大面積的地基承載力加強(qiáng)或構(gòu)建筑物的基礎(chǔ)處理。②經(jīng)濟(jì)性較高。預(yù)制樁可使用在需要大量打樁的工程中，樁基可以標(biāo)準(zhǔn)化制作和施工，整體的經(jīng)濟(jì)性好。③樁身質(zhì)量較好。由于預(yù)制樁是在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，樁身質(zhì)量相較于灌注樁更容易控制。預(yù)制樁的施工過程簡單，可以靈活高效安排施工進(jìn)度。④施工影響較大。若采用錘擊或振動(dòng)的方式施工預(yù)制樁，會(huì)產(chǎn)生極大的噪音和振動(dòng)，必須在不影響周圍居民生活的情況下施工或使用靜壓樁基。此外，由于預(yù)制樁會(huì)對(duì)周邊土體產(chǎn)生擠壓，施工時(shí)振動(dòng)也較大，會(huì)對(duì)周邊建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生影響。若施工場(chǎng)地周邊存在需要保護(hù)的管線、樁基、建筑等，則不適用預(yù)制樁施工。⑤要合理控制單節(jié)樁基長度。預(yù)制樁基的單節(jié)長度一般控制在10米左右，單節(jié)樁基的長度不宜過短或過長，并且若兩樁連接在一起，搭接部分的承載能力會(huì)變?nèi)?。⑥施工局限性。預(yù)制樁多適用于目標(biāo)持力層上部為松軟地質(zhì)體結(jié)構(gòu),且無堅(jiān)硬夾層的巖土體結(jié)構(gòu)中[1-2]。

1.2 預(yù)制樁的施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

預(yù)制樁在施工之前先要確定沉樁阻力。沉樁阻力一般由兩個(gè)部分組成，分別是樁尖的阻力和樁側(cè)的阻力。針對(duì)不同的土質(zhì)情況、樁間距和進(jìn)入持力層的深度，沉樁阻力均有不同。根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行計(jì)算之后，才能確定沉樁的阻力范圍并選擇合適的樁型、深度及壓樁設(shè)備。

其次，應(yīng)選擇合適的樁頂墊材。樁頂墊材的作用是在壓樁過程中均分壓力，減少因應(yīng)力集中現(xiàn)象產(chǎn)生的樁帽損壞，保證沉樁的精度，并能加快打樁的效率。常見的墊材有橡木、樺木等，在施工時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來選擇其他便于獲取且合適的材料。

再次，預(yù)制樁的質(zhì)量控制最重要的階段就是生產(chǎn)階段，唯有保障生產(chǎn)中的強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)，才能產(chǎn)出合格的預(yù)制樁基。此外，還需要嚴(yán)格控制樁基的起吊運(yùn)輸和堆放。在工廠或施工場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)制時(shí)，預(yù)制樁基的強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80%以上方可吊運(yùn)，并確保出廠強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。吊運(yùn)時(shí)，勢(shì)必要確保輕吊輕放，才能防止起吊過程中出現(xiàn)碰撞，同時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定支點(diǎn)，要求繩索夾角不得小于45度，避免起吊過程中失衡引起事故。預(yù)制樁堆放時(shí)，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的基礎(chǔ)承載力和地質(zhì)情況計(jì)算確定樁基的堆疊層數(shù)，堆放中需運(yùn)用墊木，每層預(yù)制樁都要利用墊木從中隔離。場(chǎng)地內(nèi)還應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施和防滾落措施，并保持平整干燥。

最后需要注意的施工步驟為壓樁和接樁。如果采用靜壓法沉樁，應(yīng)分段進(jìn)行、逐段接樁，可選擇的方式有漿錨法和焊接法等。如果及時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)制樁出現(xiàn)損傷勢(shì)必要及時(shí)采用措施進(jìn)行修復(fù)；在預(yù)制樁的接樁中，應(yīng)嚴(yán)格檢查下節(jié)管樁的頂部位置，如果頂部發(fā)生損傷，需立即進(jìn)行修復(fù)，并及時(shí)清理下節(jié)管樁頂部存在的雜質(zhì)，還要在上節(jié)管樁安裝之前及時(shí)清理接頭位置的碎石以及污漬；沉樁操作勢(shì)必要確保連續(xù)性，而壓樁操作需嚴(yán)格遵照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)開展，從而最大程度的確保沉樁的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求；不僅如此，如果能夠?qū)︻A(yù)制樁的變形情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)，即可立即替換沒有質(zhì)量問題的預(yù)制樁，才能為道路橋梁項(xiàng)目的施工建設(shè)質(zhì)量提供保障[3]。

2 灌注樁特征及工藝

2.1 灌注樁施工特征

灌注樁按成孔方式的不同，一般可以分為鉆（沖）孔灌注樁、沉管灌注樁、人工挖孔灌注樁、爆擴(kuò)灌注樁等。在道橋工程中灌注樁的施工技術(shù)也相對(duì)成熟，其特征有：①灌注樁單樁承載力比較大，通常采用大直徑的鉆孔或挖孔灌注樁可以提供較大的單樁承載力。但由于較難清理樁孔底部的雜物，會(huì)對(duì)樁底承載力產(chǎn)生一定的影響。②相比于預(yù)制樁，成本較高。灌注樁的施工作業(yè)要求較高，需要現(xiàn)場(chǎng)完成鉆孔、制備鋼筋籠、澆筑混凝土等工序，單樁施工成本高。③樁身質(zhì)量不好控制，由于灌注樁一般采用泥漿護(hù)壁等方式，挖孔過程均在地下，存在大量隱蔽工程，容易出現(xiàn)塌孔、斷樁等情況，或由于鋼筋籠放置失誤產(chǎn)生露筋的情況。并且現(xiàn)場(chǎng)施工需要制備泥漿池，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境存在破壞的可能性。④應(yīng)用范圍廣，一般可使用在各種地質(zhì)當(dāng)中，并且無樁長的限制。從施工實(shí)際情況來看灌注樁可以適合使用在任何土層當(dāng)中，不論是淤泥質(zhì)粘土等軟弱土層還是中風(fēng)化巖層等堅(jiān)硬巖層，灌注樁都可以通過采用不同的鉆孔形式來達(dá)到效果。⑤水下作業(yè)困難，相對(duì)于預(yù)制樁，灌注樁的水下作用比較困難，首先要搭設(shè)水上施工平臺(tái)，然后采用鋼護(hù)筒或鋼圍堰等方式配合抽水后才能進(jìn)行水下施工作業(yè)[4]。

2.2 灌注樁的施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

灌注樁與預(yù)制樁相比，施工質(zhì)量的控制要求更為嚴(yán)格，難度也更大。以施工中最常見的鉆孔灌注樁為例，簡述灌注樁的施工技術(shù)及其中需要注意的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

（1）施工準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行施工作業(yè)前首先要對(duì)項(xiàng)目施工場(chǎng)地進(jìn)行勘察，結(jié)合勘察的結(jié)果復(fù)核設(shè)計(jì)方案，并對(duì)施工方案進(jìn)行調(diào)整，選擇合適的樁基形式和打樁方式、安全施工內(nèi)容以及特殊情況應(yīng)急預(yù)案。此外，采購質(zhì)量合格的施工材料，并且做好材料的驗(yàn)收和存儲(chǔ)工作。提前做好地基預(yù)處理，為打樁設(shè)備入場(chǎng)提供條件，方能確保道路橋梁施工的正常進(jìn)行。

（2）樁位測(cè)放

在測(cè)放具體樁位時(shí)通常采用坐標(biāo)法來測(cè)放，在進(jìn)行測(cè)放工作之前，必須與設(shè)計(jì)部門提供的坐標(biāo)進(jìn)行核實(shí)。通過核實(shí)沒有問題之后，運(yùn)行全站儀依據(jù)業(yè)主提供的導(dǎo)線位置和監(jiān)理工程師認(rèn)可的網(wǎng)點(diǎn)依次進(jìn)行測(cè)放。埋設(shè)護(hù)筒前需在樁外放置控制樁，方便在護(hù)筒埋設(shè)結(jié)束后進(jìn)行檢查復(fù)核。

（3）護(hù)筒埋設(shè)

樁位測(cè)放完成后即需要進(jìn)行護(hù)筒的埋設(shè)。正常施工中護(hù)筒直徑要小于樁體直徑，大部分護(hù)筒是厚度在5毫米左右的鋼板，預(yù)制深度不能低于150厘米，并且護(hù)筒的上部要高出地面大概30厘米。最后，在填埋時(shí)要把粘性土填埋在護(hù)筒下端的周圍，這樣護(hù)筒就會(huì)更加牢固垂直度也高。

（4）鉆機(jī)就位

在測(cè)放好的樁位邊測(cè)量出一段合適的距離，在地面和橋面垂直的方向進(jìn)行木方鋪設(shè)，再在鋪設(shè)的木方表面和前面平行的地方鋪設(shè)軌道。鉆機(jī)的移動(dòng)通過利用卷揚(yáng)機(jī)和滾筒完成，在鉆架放置完成后，應(yīng)該確保上下垂直和平行。完成復(fù)核工作后確認(rèn)無誤，再固定鉆架。

（5）泥漿制備

在地質(zhì)情況較差的條件下鉆孔時(shí)，為了更好地保護(hù)好孔壁，避免塌孔，需要用到大量的泥漿。施工人員在制作泥漿時(shí)要掌握好比例，以免泥漿出現(xiàn)過稀或過稠而影響了施工的質(zhì)量。在泥漿制備時(shí)還應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的工程地質(zhì)科學(xué)制備。

（6）鉆孔施工

完成以上工作后，經(jīng)由監(jiān)理部門復(fù)核無誤，即可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。在剛開始鉆孔時(shí)先不要落桿，先空鉆，等鉆孔中的造漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行正式鉆孔。在鉆孔過程中，要根據(jù)實(shí)際的地層情況來確定進(jìn)尺速度和鉆速。首個(gè)樁的鉆孔過程必須明確土層的分布情況并詳細(xì)填寫鉆孔記錄，若為嵌巖樁還需分層取出巖樣。在鉆孔過程中，孔中應(yīng)該確保有適量的泥漿高度，并對(duì)孔中的泥漿質(zhì)量分析觀察，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地勘資料，對(duì)實(shí)際的土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)志，如果發(fā)現(xiàn)與地勘剖面出現(xiàn)差異時(shí)，應(yīng)該及時(shí)表明，同時(shí)保留相應(yīng)的樣品和指標(biāo)，方便對(duì)比核實(shí)，并由設(shè)計(jì)、勘察、監(jiān)理部門進(jìn)行確認(rèn)。

（7）鉆孔清孔

鉆孔結(jié)束后，懸浮在泥漿中的土渣將逐漸沉淀到孔底。在灌注混凝土之前，需要進(jìn)行清孔工作，將以沉渣為主的孔底沉淀物清除，否則殘留再孔底的沉渣會(huì)在樁端和持力層之間形成夾層，容易增大灌注樁的沉降，降低樁端承載力，影響成樁質(zhì)量。除此之外，清空還可以增加樁孔內(nèi)混凝土的流動(dòng)性，減小泥漿的相對(duì)密度，對(duì)灌注混凝土提供便利。因此必須認(rèn)真做好清孔工作，減小沉渣帶來的危害。清孔的常見方法有正循環(huán)清孔、泵吸反循環(huán)清孔、壓縮空氣法清孔等，具體采用何種方式清孔，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，考慮成孔方法、土質(zhì)情況、現(xiàn)有設(shè)備及工藝掌握情況、灌注樁的用途等因素來確定。

（8）鋼筋籠安裝

在鉆孔灌注樁實(shí)際施工當(dāng)中，鋼筋籠一般都比較長、重，常需要采取分節(jié)制作。每根樁的鋼筋籠，均由多節(jié)段的鋼筋骨架組成，在計(jì)算鋼筋籠長度尺寸時(shí)，需要注意計(jì)算上焊接長度。分段制作的鋼筋籠的長度以鋼筋的定長為宜，但不宜短于6米，在分節(jié)焊接時(shí)，需將鋼筋接頭位置錯(cuò)開焊接，避免應(yīng)力集中在樁基的同一斷面。鋼筋籠底板鋼筋可制成喇叭口形，可以避免灌注導(dǎo)管掛籠及鋼筋籠上浮。為保證鋼筋籠的保護(hù)層厚度，可以在鋼筋籠上設(shè)置混凝土轉(zhuǎn)輪墊塊，墊塊厚度即為混凝土的保護(hù)層厚度。墊塊每隔2米均勻布置4個(gè)，焊在主筋上，這樣既保證保護(hù)層厚度，又能減少對(duì)孔壁的擾動(dòng)。焊接鋼筋籠時(shí)，需將聲測(cè)鋼管同步焊接在鋼筋籠上，或利用螺絲螺母活絡(luò)連接。聲測(cè)管長度以鋼筋籠長度為準(zhǔn)，底管應(yīng)稍長于鋼筋底籠20-30厘米。聲測(cè)管內(nèi)必須注滿清水，最后擰上專用封頭，防止堵管。

（9）下放導(dǎo)管

導(dǎo)管下放前檢查每根導(dǎo)管是否干凈、暢通，并注意檢查密封圈的完好性和兩頭絲扣有無破絲等現(xiàn)象，以免灌注過程中出現(xiàn)導(dǎo)管進(jìn)水等現(xiàn)象。導(dǎo)管安裝前逐節(jié)量取導(dǎo)管實(shí)際長度并做好記錄，以便混凝土灌注過程中控制埋管深度。導(dǎo)管檢測(cè)合格后，按順序依次下放至孔內(nèi)，導(dǎo)管下放以汽車吊作為起垂直置于孔位中心，防止導(dǎo)管接頭勾掛鋼筋籠骨架。

導(dǎo)管安裝完成后，應(yīng)當(dāng)檢測(cè)孔底沉渣厚度，如果沉渣厚度不能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，則應(yīng)立即用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。采用抽漿法，向?qū)Ч軆?nèi)插入風(fēng)管，通入壓縮空氣，利用導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差將孔底沉渣從導(dǎo)管內(nèi)排出。清孔結(jié)束后，方能進(jìn)行樁基混凝土灌注。

（10）樁基混凝土灌注

鉆孔灌注樁混凝土宜采用商品混凝土或現(xiàn)場(chǎng)拌合混凝土，混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。若采用商品混凝土，運(yùn)輸時(shí)建議選用混凝土泵或混凝土攪拌運(yùn)輸車。在運(yùn)距較小時(shí)，可采用機(jī)動(dòng)翻斗車或其他其他嚴(yán)密堅(jiān)實(shí)、不漏漿、不吸水、便于裝卸的工具運(yùn)輸，需保證混凝土不離析，具有良好的和易性和流動(dòng)性。在混凝土運(yùn)至樁基灌注地點(diǎn)時(shí)，首先應(yīng)該檢查其坍落度及均勻性，必須符合規(guī)范要求，否則應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行二次拌合，直至滿足要求方可使用。樁基清孔完成后，進(jìn)各方單位檢查合格需立即進(jìn)行水下混凝土灌注，灌注過程應(yīng)當(dāng)連續(xù)、快速，嚴(yán)禁中途停止。在混凝土的灌注過程中，應(yīng)經(jīng)常測(cè)探鉆孔內(nèi)混凝土面的位置和高度，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管的埋深，一般控制埋深在2-6米范圍內(nèi)，導(dǎo)管可在一定范圍內(nèi)上下移動(dòng)，避免混凝土凝固，增加流動(dòng)性和灌注速度，但嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土面。灌注過程中，需安排專人觀察孔內(nèi)泥漿情況，測(cè)量導(dǎo)管埋深和管內(nèi)外混凝土面的高差，并填寫灌注記錄，若有異常需立即采取相應(yīng)的處理措施。灌注的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)高出一定高度，至少高出0.5米，根據(jù)樁底清孔質(zhì)量可以采用不同的高度，破樁時(shí)限用機(jī)械破除樁頭浮漿層，再人工開鑿至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，可以保證樁頭混凝土質(zhì)量。在灌注將近結(jié)束時(shí)，應(yīng)核對(duì)混凝土的灌入數(shù)量，以確保所測(cè)混凝土的灌注高度是否正確。

3 灌注樁與預(yù)制樁的特征對(duì)比

灌注樁和預(yù)制樁作為提高道橋工程基礎(chǔ)強(qiáng)度和承載力尤為重要的技術(shù)方法，在道橋工程項(xiàng)目施工中具有廣泛的運(yùn)用，但兩者之間的施工條件與使用環(huán)境具有較大的差異性。首先，若采用灌注樁就需要在施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，與之不同的預(yù)制樁是工廠生產(chǎn)完成的成品運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)之中。二是灌注樁在具體的施工中需先鉆孔才可灌注成樁，而預(yù)制樁則是將成品利用錘擊等方式擊打到地下。三是灌注樁的施工對(duì)于環(huán)境的破壞很大，并且施工中涉及大量隱蔽型工程項(xiàng)目，為灌注樁的施工質(zhì)量控制造成很大的困難；而預(yù)制樁的施工建設(shè)則相對(duì)要更為環(huán)保，更易控制施工質(zhì)量，但缺陷就是具有很大的錘擊噪音。四是在兩者都可選擇的同等條件下，采用預(yù)制樁往往可以得到更高的施工效率和經(jīng)濟(jì)性。

除此之外，灌注樁和預(yù)制樁的適用條件也有所不同。預(yù)制樁一般適用于目標(biāo)持力層上部均為松軟地質(zhì)的結(jié)構(gòu)之中，且沒有堅(jiān)硬夾層的地質(zhì)情況下。同時(shí)，需要目標(biāo)持力層的頂板相對(duì)穩(wěn)定，可以避免多次接樁的問題。在施工條件方面，預(yù)制樁適用于大面積樁基工程項(xiàng)目或工期緊張，施工場(chǎng)地局限性較大的情況，可以充分發(fā)揮其工廠批量預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)公式化打樁的優(yōu)勢(shì)，可大幅提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，控制成本輸出。

4 結(jié)束語

概而言之，道路橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量直接影響到項(xiàng)目完成后的服務(wù)質(zhì)量以及服務(wù)壽命，對(duì)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的增長意義重大。道路橋梁工程項(xiàng)目之中對(duì)于樁基施工有大量的需求，不論是路基處理還是橋梁基礎(chǔ)，都是工程項(xiàng)目中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。其中預(yù)制樁和灌注樁是樁基項(xiàng)目中最常見的類型，合理的選擇和使用，對(duì)能否達(dá)到預(yù)期的效果有著很大的影響，也直接決定了整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)能否順利。通過本文的敘述，能夠初步了解到預(yù)制樁和灌注樁的異同、各自適用的情況和施工需要注意的要點(diǎn)。在不同的環(huán)境條件和施工建設(shè)要求的前提下，合理科學(xué)地選用合適的樁基類型，可以為道路橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量提供保證。