公路橋梁工程的鉆孔灌注樁高質量施工技術研究

摘要：鉆孔灌注樁技術憑借其工程造價低、地層適應性強及施工便捷的優(yōu)勢，在橋梁工程中得到了廣泛應用。文章以某公路橋梁工程為實例，結合當?shù)赝翆咏Y構特性實施施工技術，經過放樣測量、鉆孔、清孔、鋼筋籠安裝及混凝土注漿等工序，實現(xiàn)了高質量鉆孔灌注樁施工。通過承載力計算分析，確定樁長和樁徑對灌注樁承載力的影響，同時分析了泥漿比重、降水情況及積水區(qū)距離對鉆孔孔壁位移的影響，并測試沉渣模量對灌注樁承載比與位移變化的影響。結果顯示：樁長為20 m、樁徑為1 m時，灌注樁的承載力達到最優(yōu)狀態(tài)；在遠離積水區(qū)且無降水的條件下，鉆孔孔壁位移最?。怀猎Ａ吭龃髸r，灌注樁承載比提升且位移減小，表明鉆孔灌注樁的穩(wěn)定性與安全性得到增強。

關鍵詞：公路橋梁；鉆孔灌注樁；施工質量；承載力；位移變化；沉渣模量

中圖分類號：TU473.1 " " " 文獻標識碼：A " " "文章編號：1674-0688（2024）10-0069-05

0 引言

鉆孔灌注樁作為公路橋梁工程中一種常見且重要的地基處理技術，具備多方面的優(yōu)勢。該技術通過在地下鉆孔后灌注混凝土形成樁體，充分利用土層的承載能力，有效提升地基的整體承載力。樁身通常設計為圓柱形，并可內置鋼筋或鋼板等加固材料，以進一步增強其承載力和穩(wěn)定性［1］。鉆孔灌注樁施工技術適應各種地質條件，包括軟土、巖石和砂土等，其施工過程可根據(jù)實際需要靈活調整樁徑、樁長及加固措施［2］。相較于傳統(tǒng)方法，該技術施工產生的振動和噪聲較小，對周邊環(huán)境及建筑物影響低，尤其適用于城市建設和環(huán)境敏感區(qū)域。同時，鉆孔和灌注混凝土可同步進行，能有效縮短施工周期，加快工程進度。此外，鉆孔灌注樁還能有效支撐建筑物或重要結構的重量，通過增加加固材料，顯著增強地的基穩(wěn)定性［3-5］。然而，在鉆孔施工過程中，常會遇到樁身完整性缺陷（如斷裂、夾泥、混凝土離析）、樁底沉渣過厚、樁身傾斜或長度不足，以及鉆進困難、堵管等問題，這些問題嚴重影響橋梁工程的整體穩(wěn)定性和安全性。因此，該問題引起了眾多學者的廣泛關注與深入探索。鐘杰等［6］針對深圳市某施工項目，從地質結構、巖溶處理、灌樁施工等方面進行了深入分析，展現(xiàn)了對施工質量的有效控制。然而，巖溶地區(qū)地質條件復雜，溶洞的大小、分布、走向等地質信息難以準確獲取，這種不確定性增大了施工難度，易引發(fā)漏水、漏漿、塌孔等突發(fā)狀況，從而影響工程質量和施工安全。LALICATA等［7］提出了“印象樁”概念，該樁側壁上的離散印痕能增強灌注漿的摩擦力，進而影響灌注樁的極限承載力。然而，試驗數(shù)據(jù)的采集和分析出現(xiàn)誤差且存在不確定性，如何準確解讀和預測復雜地質條件下的樁基承載力是一大難題。荊琳等［8］在透水壩中采用了長螺旋鉆孔灌注樁技術，并發(fā)現(xiàn)其不僅能提升施工速度，還能優(yōu)化施工效果。然而，在地下水位以下的透水樁壩施工中，長螺旋鉆孔灌注樁易遭遇塌孔問題。由于水下土層的穩(wěn)定性差，鉆孔時孔壁易坍塌，導致成孔困難，水下混凝土澆筑也面臨質量控制的嚴峻挑戰(zhàn)，如混凝土的水下流動性、凝結時間等均需嚴格調控。

針對上述研究中存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)，本文進行了更為深入和全面的研究，以某公路橋梁工程為案例，結合當?shù)赝翆咏Y構特性，通過放樣測量、鉆孔、清孔、鋼筋籠安裝及混凝土注漿等工序，實現(xiàn)了高質量的鉆孔灌注樁施工。本文不僅詳細闡述了施工過程和技術要點，還通過承載力計算分析，深入探討樁長、樁徑、泥漿比重、降水情況、積水區(qū)距離及沉渣模量等因素對灌注樁承載力和孔壁位移的影響。本研究旨在為鉆孔灌注樁施工提供更全面、準確的技術指導，以提升施工質量和效率，降低施工風險和成本，為公路橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

1 工程概況

本研究依托的某公路橋梁工程位于我國西南沿海地區(qū)，其地基主要由軟土構成，受海洋環(huán)境的持續(xù)作用。工程地處北部高、南部陡的緩丘地帶，周邊交通較便捷，利于工程材料運輸。該地區(qū)常年受亞熱帶季風氣候的影響，無明顯霜凍期，年降水量較大，空氣濕度高，年均氣溫約22 ℃，夏季最高溫度可達35 ℃，盛行東南風，偶受季節(jié)性氣旋引發(fā)的風暴潮影響，年均降水量約為1 818.3 mm。

施工區(qū)域地勢東高西低，地表主要為軟土和砂礫，部分區(qū)域存在小型水塘。施工前，專業(yè)施工人員采用機械對現(xiàn)場進行了平整，平均高程調整至13.46 m，并清除了原植被。該區(qū)域土層由上至下依次為軟質填土、細砂土、黏土、粉質黏土、粗礫砂、砂質黏土及花崗巖等，各土層土質參數(shù)見表1。

2 鉆孔灌注樁高質量施工技術

2.1 施工前準備

充分的施工準備是確保公路橋梁鉆孔灌注樁安全施工的前提。施工前，需清除場地內的大塊石礫，并使用平整設備將場地碾壓平整，移除所有障礙物。根據(jù)施工需求，設置大小適當?shù)某恋沓嘏c泥漿池，并在其周圍布置安全防護設施，以提升施工安全性。在施工區(qū)域建立坐標控制網(wǎng)，合理布置測量設備，由負責人確認鉆孔定位。

鋼筋籠需提前加工完成，使用吊裝設備將其運送至鉆孔位置?；炷僚渲瓢闯Ｒ?guī)進行，不需要特別考慮水泥的產地與型號。鋼護筒采用5～10 mm厚的鋼板制作，其直徑應比鉆孔孔徑大15 cm，高度超過1.1 m。

2.2 施工流程

鉆孔灌注樁高質量施工主要步驟包括樁位放樣、定位測量、護筒埋設、鉆機安裝及鉆孔施工等，其詳細施工流程見圖1。

（1）樁位放樣及定位測量：完成施工前準備后，在施工場地進行樁位放樣，測量各個灌注樁的位置，依據(jù)工程設計圖紙布置測量控制網(wǎng)，安裝定位樁。對于小樁距，可采用跳打方式布置?；炷翝仓旯?2 h后，方可進行相鄰工程樁的施工。

（2）護筒埋設：根據(jù)以往的施工經驗，護筒內徑應略大于鉆孔孔徑，埋深一般設定為1.5～4.5 m。樁中心與護筒中心的平面偏差不得超過50 mm，護筒豎直傾斜角度不超過1%。護筒頂部需要高出地表約0.5 m，護筒與坑壁間用黏土填充并夯實，避免因降雨導致護筒周圍漏水。

（3）鉆機安裝：選用合當材料墊平鉆機底部，防止使用時土體發(fā)生塌陷。鉆機頂部設置纜繩并拉緊，控制護筒中心的偏差小于50 mm。校準護筒埋設護樁“十”字線，減少人為誤差。

（4）鉆孔施工：采用旋挖鉆進行，動力源為液壓馬達，通過扭矩旋轉使鉆頭深入土壤，破碎的巖體通過伸縮式鉆桿卸出，直至達到設計深度。鉆孔過程中需持續(xù)補充泥漿，并根據(jù)土質調整泥漿配比，保持水位高于地下水1～1.5 m。達到設計標高后，更換活門筒型鉆頭，邊鉆進邊清理泥漿沉積物。

（5）清孔處理：使用氣舉反循環(huán)法清孔，清孔后泥漿黏度一般不超過20 Pa·s，膠體率超過98%。

（6）殘渣處理：鉆孔殘渣需放置在空地上長時間晾曬以清除水分，充分干燥后，用工程車運至指定場所回收處理。

（7）鋼筋籠加工與安裝：在工廠中完成鋼筋籠制作，運輸至施工現(xiàn)場后，采用機械連接各節(jié)鋼筋（每節(jié)10 m），保留錯位接頭，每個截面接頭的數(shù)量不超過鋼筋總數(shù)的一半。使用旋轉盤結合繞筋和主筋，并采用焊接接頭的方式完成鋼筋籠的制備。隨后，采用單機抬吊方式安裝鋼筋籠。

（8）二次清孔處理：鋼筋籠吊裝后，采用射風法結合換漿法進行二次清孔，確保泥漿參數(shù)符合設計標準。使用高壓射風設備向鉆孔底部射風15 min，使沉淀物上浮；測量沉渣厚度，若不超過49 mm，則停止射風。

（9）混凝土灌注：二次清孔后立即進行混凝土灌注。首批混凝土采用拔球法注入，導管插入深度2.5～7 m。灌注需一次性完成，隨著混凝土體積的增加，應適時提升導管，保持導管居中并與軸線垂直。地下水范圍內的混凝土需一次注漿完成，避免因中斷而影響質量。樁基混凝土應盡快灌注完成，灌注后灌注樁應高出鉆孔1～2 m。

3 模擬結果分析

灌注樁施工完成后，分析并測試灌注樁的承載力情況，該承載力[Fq]計算公式如下：

[Fq=π×Rqi×hi+2π×Rβj×qj×hj]，（1）

其中：[qi]表示灌注樁單位側阻力，hi表示第[i]層土層的厚度，[qj]表示單位端阻力，R表示樁身半徑，[hj]表示注漿增強段高度，[βj]表示注漿增強段的比例系數(shù)。

使用FLAC 3D有限元軟件模擬計算施工涉及的灌注樁及地下空間的位移變化，模型構建細節(jié)在此不做贅述。

3.1 灌注樁參數(shù)對樁體承載力的影響

3.1.1 樁長度的影響

完成灌注樁施工后，在模擬軟件中輸入灌注樁的各項參數(shù)及土體結構的基本參數(shù)，以計算分析不同灌注樁長度對其承載力的影響。為驗證施工效果，將普通混凝土樁與本次施工采用的灌注樁進行對比分析，對比分析結果見圖2。

如圖2所示，隨著樁體長度的增加，灌注樁和普通混凝土樁的承載力均呈穩(wěn)定上升趨勢。相較于普通樁，采用本文技術施工的灌注樁的承載力明顯提高。樁長為4 m時，灌注樁的承載力接近900 kN，高出普通樁（500 kN）近70%。然而，當柱長達到32 m時，灌注樁的承載力接近1 500 kN，普通樁則接近1 300 kN，兩者差距縮小。這表明樁體較長時，承載力的提升幅度有限。因此，樁長應控制在合理范圍內。圖2中的結果表明，樁長為20 m時，灌注樁仍能保持較高的承載力，故確定此樁長為適宜長度。

3.1.2 樁直徑的影響

在公路橋梁施工過程中，樁直徑與樁體長度一樣，對樁體的承載力有著顯著影響。因此，同樣在模擬軟件中進行了不同樁直徑下承載力的模擬分析，并采用普通樁與灌注樁進行承載力的對比測試，試驗結果見圖3。

如圖3所示，樁徑與樁承載力呈正相關。在樁徑較?。?.4～1.0 m）時，相較于普通樁，灌注樁在承載力方面展現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。然而，當樁徑增大至1.2～1.8 m時，兩者承載力的差異逐漸縮小，這一變化趨勢與樁長對灌注樁的影響相似。綜合來看，樁徑為1 m時，灌注樁的承載力表現(xiàn)最佳，采用此樁徑施工能發(fā)揮灌注樁在承載力方面的優(yōu)勢。

3.2 泥漿比重對孔壁穩(wěn)定性的影響

在鉆孔過程中，為確保鉆孔作業(yè)的穩(wěn)定性，需在使用鉆孔工具進行鉆孔的同時注入泥漿。泥漿的參數(shù)對鉆孔孔壁的穩(wěn)定性影響較大，進而影響灌注樁的施工效果。為了深入分析泥漿參數(shù)對孔壁穩(wěn)定性的影響程度，采用模擬軟件進行模擬分析，設定泥漿的比重分別為1.15、1.25、1.35，模擬不同鉆孔深度下孔壁的變形情況，試驗結果見表2。

表2中的數(shù)據(jù)顯示，在鉆孔過程中，隨著孔深的增加，孔壁位移呈現(xiàn)波動性變化，其中當孔深達到18 m時，孔壁的位移最大。隨后，位移再次由小變大，這一變化主要是由于更換鉆頭所致。從試驗結果來看，泥漿比重越小，孔壁位移越大；反之，泥漿比重增大則孔壁位移減小，當泥漿比重為1.35時，孔壁穩(wěn)定性顯著提升。因此，較高的泥漿比重能有效減少孔內土體的橫向位移，有利于增強孔壁的穩(wěn)定性，從而提高公路橋梁施工效率。綜合考慮各項影響因素及成本，本工程選用1.25的泥漿比重。

3.3 降水條件對孔壁穩(wěn)定性的影響

由于研究區(qū)域年降水量較大，因此分析時必須考慮降水條件對鉆孔穩(wěn)定性的影響。在模擬軟件中計算并比較地表無積水和地表積水15 mm兩種情況下，不同鉆孔深度孔壁穩(wěn)定性的變化情況，對比結果見表3。

分析表3中的數(shù)據(jù)可知，鉆孔深度增加會導致孔壁位移增大，進而引發(fā)鉆孔變形，影響灌注樁施工效果。因此，施工中需調整泥漿比例、鉆頭角度等參數(shù)。對比無積水和積水15 mm的區(qū)域，積水區(qū)域的孔壁位移更為嚴重，原因是積水使土質變軟，鉆孔后上端土體對下端土體產生壓力，導致孔壁嚴重變形、穩(wěn)定性下降，進而影響灌注樁的施工效果。因此，施工時需對現(xiàn)場環(huán)境進行處理，避免因惡劣環(huán)境對鉆孔效果造成不利影響。此外，鉆孔處與積水區(qū)域的距離也會影響孔壁的位移情況，需模擬分析靠近積水區(qū)不同距離區(qū)域的位移情況，模擬結果見圖4。

如圖4所示，距離積水區(qū)域越近，鉆孔孔壁位移越大，表明積水導致地下土層變形，增加了孔壁變形的概率，從而對灌注樁施工造成不利影響。

3.4 沉渣模量對樁頂沉降的影響

沉渣厚度及其他參數(shù)均會影響灌注樁的施工效果。其中，沉渣模量是沉渣的重要參數(shù)，因此采用模擬軟件分析沉渣模量變化時灌注樁樁頂?shù)某两登闆r，結果見表4。

分析表4中的數(shù)據(jù)可知，樁頂反力增大導致灌注樁沉降值增大，表明樁頂反力的增加會改變灌注樁的整體結構。為確保施工后公路橋梁的安全性和穩(wěn)定性，必須重視灌注樁的樁頂反力問題。此外，對比不同沉渣模量對灌注樁位移變化的影響發(fā)現(xiàn)，沉渣模量較小時，灌注樁沉降量會更大；而灌注樁位移變化卻相對較小，說明當沉渣模量較大（例如30 MPa）時，灌注樁變形概率更小，安全性更高。

3.5 沉渣模量變化對灌注樁承載比的影響

沉渣模量的變化不僅會導致灌注樁位移發(fā)生變化，還會影響其承載力。因此，采用模擬軟件分析不同沉渣模量下灌注樁的承載比變化，結果見表5。

表5中的數(shù)據(jù)顯示，在不同樁頂反力下，灌注樁的承載比始終保持在1及以上，并且當沉渣模量較大時，灌注樁承載力不會降低。由此可知，灌注樁的沉渣模量與承載力成正比。為提升施工中灌注樁的承載力，可適當增加沉渣模量。

4 結語

在公路橋梁工程中，鉆孔灌注樁作為一種常見的深基礎形式，因承載力高、抗震性好、施工噪聲小等優(yōu)點而被廣泛應用。某公路橋梁工程采用鉆孔灌注樁施工技術，經過護筒埋設、樁位標定、鋼筋籠安裝及混凝土灌注等步驟，完成了鉆孔灌注樁的高質量施工。通過模擬試驗分析該施工技術建造的灌注樁在不同樁徑與樁長條件下的承載力變化情況，同時測試泥漿比重與降水狀況對孔壁穩(wěn)定性的影響。此外，探討了沉渣模量的變化如何影響灌注樁的承載力及其變形特性。本研究不僅為公路橋梁工程中鉆孔灌注樁的高質量施工提供了理論指導和技術支撐，還通過系統(tǒng)的模擬試驗揭示了關鍵參數(shù)對灌注樁性能的影響規(guī)律，有助于指導工程設計，從而提高施工效率和結構的安全性。

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