橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機(jī)成孔工藝的應(yīng)用分析

摘要 為解決傳統(tǒng)鉆孔施工造成的環(huán)境污染、成本、質(zhì)量控制問題，旋挖鉆機(jī)成孔工藝在橋梁樁基礎(chǔ)施工中廣泛應(yīng)用，該工藝可有效降低鉆孔樁摩阻力，彌補(bǔ)環(huán)境、質(zhì)量缺陷。因此，文章圍繞曼洪大橋工程，對橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機(jī)成孔工藝展開研究，以明確旋挖鉆孔施工技術(shù)優(yōu)勢，總結(jié)橋梁樁基施工工藝要點(diǎn)，為橋梁工程建設(shè)積累施工經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)我國公路橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；樁基礎(chǔ)；旋挖鉆孔；施工工藝

中圖分類號 U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0097-03

0 引言

近年來，為滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，我國高等級公路建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，公路橋梁數(shù)量增多。為確保橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，橋梁樁基礎(chǔ)多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有承載力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢。但在建設(shè)鋼筋混凝土樁時(shí)，傳統(tǒng)沖擊鉆孔、循環(huán)鉆孔施工難度大。旋挖機(jī)成孔工藝是利用旋挖機(jī)快速成孔，可滿足橋梁樁基礎(chǔ)施工的根本要求。因此，文章就橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機(jī)成孔工藝的應(yīng)用展開分析。

1 項(xiàng)目概況

K76+421橋（左幅橋梁起點(diǎn)：K76+282.960，左幅橋梁止點(diǎn)：K76+559.040）位于孟連至勐海高速公路2標(biāo)段。橋梁為跨越山谷及地方道路而設(shè)，孔跨布置及結(jié)構(gòu)形式為左幅9×30 m預(yù)制預(yù)應(yīng)力小箱梁。橋梁上部為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁跨徑30 m。橋墩設(shè)計(jì)為雙柱墩，墩身為圓柱形，雙柱墩柱徑分別為1.4 m、1.7 m。橋梁樁基結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁，樁徑分別為1.6 m、1.9 m。橋梁兩側(cè)橋臺設(shè)計(jì)為樁柱式橋臺，橋臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)同樣為鉆孔灌注單樁，樁徑為1.6 m，樁基均按摩擦樁設(shè)計(jì)。

K76+421.0曼洪大橋左幅：橋長276.08 m（按單幅計(jì)），樁基20棵，墩柱20棵（其中薄壁空心墩0棵），蓋梁10個(gè)，箱梁36片。樁基原地面下0～2.5 m為填筑土、2.5～5 m為漂石、5～33 m為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、33～35.4 m為中風(fēng)化花崗巖。為保障樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量，采用旋挖鉆孔成樁工藝。

2 橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機(jī)成孔方案

項(xiàng)目樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機(jī)成孔的基本順序是左幅2-1#樁基→左幅2-2#樁基。旋挖鉆機(jī)采用JVR360Z鉆旋挖機(jī)，鉆機(jī)樁徑范圍1.5～2.2 m，樁身混凝土設(shè)計(jì)為C35混凝土，鋼護(hù)筒高度為2 m，厚度6 mm，其內(nèi)徑應(yīng)大于樁徑至少200 mm，壁厚應(yīng)能使護(hù)筒保持圓筒狀且不變形；鋼筋結(jié)構(gòu)分別為HRB400（32、16）、HPB300（12）鋼筋。

3 橋梁樁基礎(chǔ)施工中旋挖鉆機(jī)成孔工藝的應(yīng)用

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）材料準(zhǔn)備。橋梁樁基混凝土配合比應(yīng)通過試驗(yàn)室試配確定?；炷敛牧铣凉M足強(qiáng)度要求外，還需符合下列要求：

1）旋挖鉆孔樁宜采用普通硅酸鹽水泥（P.O），強(qiáng)度等級為42.5，其質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2023）。

2）粗骨料粒徑范圍應(yīng)控制在4.57～32 mm以內(nèi)，且骨料級配為連續(xù)級配。

3）混凝土材料初凝時(shí)間不小于6 h。

4）材料拌和時(shí)，適當(dāng)添加外加劑、粉煤灰，使混凝土漿液的流動性、和易性符合澆筑要求。

（2）場地處理。平整橋梁樁基區(qū)域的場地，清理表面雜物，如草皮、淤泥、垃圾等。采集項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的水文、地質(zhì)材料，以及地下管線、周圍建筑的基本資料。樁基礎(chǔ)周圍應(yīng)開挖沉漿池，池邊設(shè)置臨時(shí)圍欄、警示標(biāo)識，避免車輛、行人闖入。

（3）鉆孔樁位測量放樣。首先，分級設(shè)置施工測量控制導(dǎo)線網(wǎng)，一級控制網(wǎng)是在建設(shè)單位提供基礎(chǔ)導(dǎo)線的前提下加密控制點(diǎn)，確?？刂凭W(wǎng)覆蓋整個(gè)施工區(qū)域。二級控制點(diǎn)是依據(jù)橋梁樁基施工精度要求，以四等水準(zhǔn)點(diǎn)測量標(biāo)準(zhǔn)為核心，建立高程首級控制網(wǎng)，包含施工所需的各類水準(zhǔn)點(diǎn)[1]。其次，點(diǎn)位處需埋設(shè)鋼筋、澆筑混凝土，以控制施工高程。最后，基于控制網(wǎng)內(nèi)水準(zhǔn)點(diǎn)，確定樁位平面位置，定位各樁位坐標(biāo)。后使用全站儀精確定位，樁位放樣偏差控制在1 cm以內(nèi)，樁前后左右2.8 m處埋設(shè)Ф20 mm螺紋鋼筋樁，按“十字法”設(shè)置護(hù)樁。

（4）鉆機(jī)就位。檢查鉆機(jī)性能狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)。鉆機(jī)底座土體應(yīng)平穩(wěn)、牢固，預(yù)防鉆孔時(shí)鉆機(jī)存在位移、沉陷問題。鉆機(jī)就位后需調(diào)整鉆塔水平、垂直度。旋挖鉆桿垂直度應(yīng)<1%，且≤500 mm，鉆機(jī)頂部超吊天輪中心、轉(zhuǎn)盤中心、樁孔中心應(yīng)處于同一鉛垂線上，偏差<2 cm。

3.2 埋設(shè)護(hù)筒

旋挖鉆孔時(shí)，鋼護(hù)筒具有定位、導(dǎo)向作用。護(hù)筒外徑應(yīng)符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020），根據(jù)項(xiàng)目樁基樁徑，宜采用大直徑護(hù)筒，護(hù)筒直徑應(yīng)>1.54 m。

為預(yù)防塌孔，應(yīng)控制好護(hù)筒內(nèi)水位和泥漿比重，確保孔內(nèi)水壓小于外部水壓。項(xiàng)目采用鋼護(hù)筒內(nèi)徑為樁徑+200 mm，埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，其高度需超出地面約0.3 m，埋設(shè)深度控制在2～6 m。埋設(shè)后，應(yīng)分層夯實(shí)護(hù)筒底部和四周土層。注意控制鋼護(hù)筒的垂直度，護(hù)筒中心堅(jiān)直線與樁中心線的相交區(qū)域，重合允許誤差應(yīng)控制在5 cm以內(nèi)，垂直線傾斜度小于1%。護(hù)筒頂端需焊接加強(qiáng)鋼筋，預(yù)制出水口，鉆進(jìn)過程中加強(qiáng)監(jiān)測，預(yù)防護(hù)筒偏移。

3.3 鉆孔

（1）項(xiàng)目所用的旋挖鉆機(jī)為筒式鉆斗。鉆機(jī)就位后，第一時(shí)間調(diào)整鉆桿垂直度、鉆孔。鉆頭下降到預(yù)定深度后，旋轉(zhuǎn)鉆斗施加壓力，將土擠入鉆斗內(nèi)，儀表自動顯示筒滿后關(guān)閉鉆斗底部并提升鉆斗，卸土[2]。旋轉(zhuǎn)鉆斗、挖土、提升鉆斗、及時(shí)卸土清土，重復(fù)以上步驟直至成孔。

（2）鉆孔時(shí)應(yīng)控制好鉆進(jìn)速度、鉆入深度，預(yù)防埋鉆事故。提升鉆斗時(shí)，其升降速度應(yīng)控制在0.75～0.80 m/s。鉆入粉砂層、亞砂土層時(shí)，調(diào)慢鉆斗升降速度。砂層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，進(jìn)尺深度不宜過大，每次進(jìn)尺需控制在0.5～0.8 m左右。升降鉆桿時(shí)需保持平穩(wěn)，且不得碰撞、鉤掛護(hù)筒。

鉆進(jìn)過程中，對于孔隙大、黏結(jié)力差、透水率強(qiáng)的砂卵石層，其孔壁不穩(wěn)定性較強(qiáng)，需提前制備泥漿護(hù)壁。但需控制好泥漿配比，項(xiàng)目所用護(hù)壁泥漿配比為水∶膨潤土∶堿∶CMC∶PHP=1000∶96∶5.18∶2.05∶0.3。

（3）鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，檢查成孔深度、孔徑、孔壁垂直度等質(zhì)量參數(shù)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)理工程師驗(yàn)收后方可終孔，具體質(zhì)量要求如表1所示。終孔后清孔，孔底沉淀厚度應(yīng)小于設(shè)計(jì)規(guī)定。比如，樁徑≤1.5 m時(shí)，摩擦樁孔底沉淀厚度應(yīng)<200 mm。樁徑>1.5 m或樁長>40 m時(shí)，摩擦樁孔底沉淀厚度應(yīng)<300 mm[3]。

（4）橋梁樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔成樁后，應(yīng)對灌注樁進(jìn)行質(zhì)量檢測，成樁應(yīng)符合表2要求。

3.4 下設(shè)鋼筋骨架

（1）制作鋼筋骨架。應(yīng)用滾焊工藝制作鋼筋骨架。制作前應(yīng)嚴(yán)格按照鋼筋骨架設(shè)計(jì)圖紙確定鋼筋原料的規(guī)格型號、焊接位置。比如，每2 m應(yīng)焊接1根加強(qiáng)筋、4根定位筋。加強(qiáng)筋型號為N7，定位筋位N9鋼筋。

（2）連接鋼筋套筒。結(jié)合鋼筋螺紋、外徑、間距匹配與之對應(yīng)的套筒。連接前檢查絲扣是否完整、潔凈，可基于準(zhǔn)軸線擰入套筒，接頭對準(zhǔn)后，頂進(jìn)套筒，利用絲扣固定鋼筋結(jié)構(gòu)。

（3）安裝鋼筋骨架。分節(jié)安裝鋼筋骨架，各節(jié)長度<9 m?？衫醚b有長托架的平板車運(yùn)送鋼筋骨架，將其轉(zhuǎn)移到待澆孔位。鋼筋骨架就位后，檢查吊裝鋼筋骨架。

為預(yù)防鋼筋骨架變形，應(yīng)沿著鋼筋骨架安裝方向使用型鋼或?qū)⑵浣壴潭?。吊起后緩慢放入鉆孔內(nèi)，拆除加固內(nèi)撐后，鋼管固定。重復(fù)起吊、下放過程，吊裝下一節(jié)鋼筋籠。安裝過程中主筋應(yīng)對準(zhǔn)前一節(jié)鋼筋骨架的主筋，對準(zhǔn)后可用直螺紋套筒連接。分節(jié)吊裝鋼筋骨架后，調(diào)整鋼筋骨架標(biāo)高至設(shè)計(jì)標(biāo)高，偏差<5 cm。

3.5 旋挖樁澆筑

3.5.1 出水量較小的鉆孔樁

（1）鉆孔樁樁身混凝土由拌和站集中拌和，混凝土罐車運(yùn)輸至現(xiàn)場，自卸灌注。

（2）混凝土經(jīng)溜槽送至孔口后，由串筒送入孔底，串筒嚴(yán)格按規(guī)范要求制作，安裝時(shí)呈“S”形布置，增加混凝土的下行阻力，降低混凝土下行速度，以減輕對已澆筑的混凝土的沖擊振蕩，防止造成離析現(xiàn)象，澆筑期間串筒出口離孔內(nèi)混凝土面高差不得大于2.0 m，串筒出口應(yīng)垂直向下?？變?nèi)混凝土上升后，勤提勤拔串筒并及時(shí)將其逐節(jié)拆除。拆下串筒后立即沖洗，堆放整齊。

（3）施工過程中嚴(yán)格按照要求測量、控制混凝土坍落度。樁孔直徑<1.5 m時(shí)，控制在180～220 mm；樁孔直徑≥1.5 m時(shí)，控制在160～200 mm。樁體混凝土應(yīng)從樁底到樁頂標(biāo)高一次澆筑完成，不得間斷[4]。灌注樁身混凝土?xí)r，還應(yīng)控制好混凝土表面、串筒、料斗溜槽的距離，最大間距不得超過2 m。為避免混凝土離析，禁止施工人員直接在樁口拋鏟、卸料。另外，灌注過程中，注意預(yù)防地下水滲出、涌起，積水層厚度應(yīng)<50 mm厚，積水層厚度較大時(shí)，應(yīng)用導(dǎo)管抽干表面積水，后灌注混凝土。澆筑后應(yīng)用插入式振動器振搗，提升混凝土密實(shí)度。

3.5.2 出水量較大的鉆孔樁

（1）出水量較大的鉆孔樁，應(yīng)按水下樁進(jìn)行混凝土澆筑。第一罐混凝土到達(dá)現(xiàn)場，應(yīng)迅速拆除循環(huán)，將首灌料斗連接導(dǎo)管。然后調(diào)整導(dǎo)管頂面高度，使其懸空30～50 cm。安裝首灌料斗前，應(yīng)清理料斗內(nèi)壁，并用水浸潤。安裝后吊掛鐵板封住料斗底口。下放混凝土前人工按住鐵板，控制混凝土下放時(shí)的沖擊力，避免鐵板錯位，保證封底效果。

（2）混凝土進(jìn)場后檢查其坍落度、含氣量、溫度，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后，灌注混凝土。由于K76+421.0曼洪大橋左幅最大樁基樁徑為1.9 m，每澆筑1 m需要2.83 m3水下C35混凝土。因此，所配備混凝土料斗應(yīng)＞2.5 m3，罐車容量應(yīng)＞13 m3。首灌料斗裝滿混凝土后，拉出料斗隔水鐵板，加速放料，快速灌注混凝土。

（3）灌注水下混凝土?xí)r，應(yīng)控制好水面或泥漿面以下孔深和所灌注混凝土面高度，減少旋挖鉆孔樁沉淀層、埋管深度和樁頂高度偏差，避免因沉淀過厚、導(dǎo)管提漏、埋管過深引起夾層斷樁問題[5]。

（4）灌注過程中可用鉆機(jī)吊掛系統(tǒng)提升導(dǎo)管，確保導(dǎo)管升降高度準(zhǔn)確。導(dǎo)管埋管深度應(yīng)控制在2～6 m，拆完導(dǎo)管后埋管深度大于3 m。埋深太大時(shí)會產(chǎn)生堵塞感，影響導(dǎo)管順利提升，繼而導(dǎo)致導(dǎo)管阻力較大，拉力較大時(shí)會拉斷導(dǎo)管，引起斷樁風(fēng)險(xiǎn)。因此，需控制好導(dǎo)管埋深，正式開始灌注作業(yè)后，中途不得隨意停頓，盡量一次性澆筑完畢。灌注過程中，導(dǎo)管要上、下來回串動，確?；炷撩軐?shí)度。

（5）灌注過程中持續(xù)監(jiān)測、記錄鉆孔內(nèi)的埋管深度，及時(shí)提升、拆卸導(dǎo)管。為避免混凝土拌和物溢出，提升過程中需關(guān)注混凝土方量的變化，以及孔內(nèi)混凝土表面高度，同時(shí)應(yīng)根據(jù)灌注的混凝土的數(shù)量，計(jì)算校核導(dǎo)管埋置深度與實(shí)測是否相符，防止誤測超拔導(dǎo)管而出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

3.6 質(zhì)量控制措施

3.6.1 預(yù)防斷樁風(fēng)險(xiǎn)

橋梁樁基礎(chǔ)施工時(shí)會伴有“斷樁”風(fēng)險(xiǎn)，為預(yù)防斷樁，應(yīng)認(rèn)真檢查樁基施工中的作業(yè)流程，加強(qiáng)各崗位的施工監(jiān)測，提前制定“斷樁”預(yù)防方案，嚴(yán)格督促施工人員按要求施工，連續(xù)、緊湊地灌注混凝土，各環(huán)節(jié)操作符合技術(shù)規(guī)范中的要求。比如，提前驗(yàn)算樁截面抗拉強(qiáng)度，保證材料質(zhì)量及用量和截面設(shè)計(jì)強(qiáng)度。每立方米混凝土用量應(yīng)大于350 kg。配比實(shí)際標(biāo)號應(yīng)超出設(shè)計(jì)標(biāo)號10%～15%。為保證混凝土流動性，其坍落度應(yīng)控制在180～220 mm，骨料選用適宜粒徑的卵石，粒徑要求為4.75～31.5 mm，最大粒徑<37.5 mm。

3.6.2 明確施工要求

（1）埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，可應(yīng)用十字交叉法明確護(hù)筒中心點(diǎn)，根據(jù)護(hù)筒內(nèi)徑上下兩端的中心點(diǎn)，使其垂直度符合要求。施工人員下放鋼護(hù)筒后，可用鉆頭中心懸垂線定位護(hù)筒上下兩中心點(diǎn)，以此確?？孜粶?zhǔn)確。遇較大塊石導(dǎo)致偏孔時(shí)，及時(shí)測定孔斜，保證孔斜率小于1%。

（2）施工中應(yīng)持續(xù)監(jiān)測、記錄護(hù)筒中高程與設(shè)計(jì)高程，正確換算，避免鉆孔、澆筑時(shí)護(hù)筒位移。

（3）土層鉆進(jìn)，鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，應(yīng)對孔徑、孔深和孔傾斜度進(jìn)行檢驗(yàn)，符合要求后進(jìn)入下一道工序。下放鋼筋籠后，灌注混凝土前，再次測量孔底沉渣厚度，不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，清理沉渣，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后方灌注混凝土。

4 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)旋挖鉆孔機(jī)在曼洪大橋左幅路段的應(yīng)用可知，旋挖鉆孔成孔工藝的技術(shù)優(yōu)勢非常明顯，可縮短成孔時(shí)間，保證成孔質(zhì)量。但在具體實(shí)施旋挖鉆孔成孔工藝時(shí)，還應(yīng)結(jié)合橋梁工程的地質(zhì)條件、樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，靈活使用旋挖鉆孔機(jī)。鉆孔過程中，加強(qiáng)橋梁樁基礎(chǔ)施工的質(zhì)量控制，規(guī)范旋挖鉆孔成孔工藝流程，保障該工藝在橋梁工程中的應(yīng)用效果，為旋挖鉆機(jī)成孔工藝的推廣應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

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