支盤樁技術(shù)在高速公路巖溶區(qū)樁基施工中的應(yīng)用

摘要 巖溶地質(zhì)條件下的高速公路樁基工程面臨諸多挑戰(zhàn)，而支盤樁技術(shù)作為一種先進(jìn)的地基處理方法，能夠有效改善地基的承載能力和穩(wěn)定性。文章通過泥漿護(hù)壁成孔、磨孔和清孔、支盤成形設(shè)備的準(zhǔn)備、支盤成形設(shè)備入孔定位與換位支盤擠擴(kuò)成形，以及混凝土澆筑步驟，探討了支盤樁技術(shù)在巖溶地區(qū)高速公路樁基施工中的具體應(yīng)用，分析了支盤樁技術(shù)在提高承載能力、改善工程穩(wěn)定性、加快施工進(jìn)度、減少對(duì)環(huán)境的影響及提高工程質(zhì)量等方面的作用和優(yōu)勢(shì)，為巖溶地區(qū)高速公路樁基工程的設(shè)計(jì)和施工提供了可行性建議和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞 支盤樁技術(shù)；高速公路；巖溶區(qū)；樁基施工

中圖分類號(hào) TU455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）22-0108-03

0 引言

在巖溶地質(zhì)條件下修建高速公路時(shí)，樁基工程的施工和設(shè)計(jì)變得尤為關(guān)鍵。巖溶地區(qū)的特殊地質(zhì)條件，給樁基工程的施工帶來了挑戰(zhàn)。在這種背景下，支盤樁技術(shù)的應(yīng)用成為解決巖溶地區(qū)樁基工程難題的有效途徑[1-2]。支盤樁技術(shù)作為一種先進(jìn)的地基處理方法，通過在地下形成錨桿和支撐樁，將荷載通過錨桿傳遞至深層地層。在巖溶地質(zhì)條件下，支盤樁技術(shù)能夠更好地適應(yīng)地下裂隙和不規(guī)則地層，提高樁基的抗拔抗壓能力，從而保障高速公路工程的安全和穩(wěn)定。該文將探討支盤樁技術(shù)在巖溶地區(qū)高速公路樁基施工中的應(yīng)用，分析其在提高承載能力、改善工程穩(wěn)定性、加快施工進(jìn)度、減少對(duì)環(huán)境的影響及提高工程質(zhì)量等方面的作用和優(yōu)勢(shì)，通過深入研究支盤樁技術(shù)在巖溶地區(qū)樁基工程中的實(shí)際應(yīng)用案例，為巖溶地區(qū)高速公路樁基工程的設(shè)計(jì)和施工提供可行性建議。

1 支盤樁技術(shù)的應(yīng)用

1.1 場(chǎng)地條件

該研究采用的施工區(qū)域?yàn)樯鼗莞咚俟俘堥T至惠州段項(xiàng)目。

（1）工程概況

韶惠高速龍惠段起于龍門平陵鎮(zhèn)路灘村，接新博高速，途經(jīng)龍門縣平陵鎮(zhèn)，博羅縣公莊鎮(zhèn)、楊村鎮(zhèn)、楊僑鎮(zhèn)、柏塘鎮(zhèn)、泰美鎮(zhèn)、羅陽街道辦，終于惠城區(qū)汝湖鎮(zhèn)長(zhǎng)湖村，接惠大高速，全長(zhǎng)60.88 km。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙向六車道高速公路，路基寬34 m，瀝青路面，設(shè)計(jì)速度為100 km/h。

（2）橋位區(qū)地質(zhì)概況

路線經(jīng)過的平陵鎮(zhèn)和公莊鎮(zhèn)橋位區(qū)地質(zhì)為上覆第四系地層，覆蓋層19.5～36 m，主要為粉質(zhì)黏土、圓礫、卵石、含砂粉質(zhì)黏土，下伏基巖為灰?guī)r，巖溶普遍發(fā)育，呈串珠狀溶洞，溶洞高度為0.8～22.7 m不等，洞內(nèi)多為軟塑黏土填充物、少量卵石及灰?guī)r碎屑等，鉆探施工有漏水現(xiàn)象，存在掉鉆現(xiàn)象，少部分無填充物。勘探鉆孔最深75 m，找不到持力層，屬復(fù)雜地質(zhì)情況。

（3）樁基施工中出現(xiàn)的問題

巖溶區(qū)橋梁樁基施工自第一合同段1工區(qū)，自2019年第一條樁開工以來，永新中橋、高田中橋、者湖中橋、平陵跨線橋、高樹堂中橋、洞尾中橋、鵲樓1#橋、鵲樓2#橋、公莊河大橋、桔獺跨線橋、公平路跨線橋、公莊北互通跨線橋、橫嶺大橋、公莊X218跨線橋、潘屋中橋共15座橋存在巖溶地質(zhì)，通過近兩年的艱苦努力，大部分樁基已經(jīng)完成。其中1工區(qū)共6座，樁基數(shù)量共計(jì)231根，全部為巖溶樁基，最典型的是者湖中橋3a-2樁基，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)58 m的端承樁，因緊鄰的3a-1樁基施工時(shí)孔口地面發(fā)生過大面積塌陷，孔口地面穩(wěn)定性較差，結(jié)合該樁地質(zhì)資料，為確保樁基成孔順利及施工安全，3a-2樁基開孔時(shí)埋設(shè)12 m的鋼護(hù)筒。2021年7月19日開孔，7月22日鉆進(jìn)至孔深28 m時(shí)發(fā)生第1次漏漿，7月22日—8月22日在孔深28～31.8 m間發(fā)生漏漿31次。8月23日在孔深31.8 m處再次發(fā)生漏漿，孔口發(fā)生塌陷，鋼護(hù)筒下沉，接長(zhǎng)鋼護(hù)筒6 m。8月24日孔深32 m時(shí)出現(xiàn)漏漿，漏漿速度較快，孔口大范圍塌陷，內(nèi)護(hù)筒掉入孔內(nèi)。8月24日—9月3日潛水員2次下水撈內(nèi)鋼護(hù)筒，但無法整體撈出，之后采用水下切割護(hù)筒，切成小塊撈出大部分護(hù)筒，然后回填樁孔，重新埋設(shè)鋼護(hù)筒。9月5日—10月4日在孔深31.8～36.9 m發(fā)生漏漿27次，累計(jì)漏漿59次。10月5日在孔深37 m時(shí)再次發(fā)生漏漿，漏漿速度極快，孔口地面再次發(fā)生塌陷，然后對(duì)樁孔進(jìn)行回填處理。在孔深31～37 m間累計(jì)發(fā)生漏漿52次，仍然無法穿過溶洞，工區(qū)將該孔回填后靜置等待到12月11日再次開孔鉆進(jìn)，12月11日—12月20日在孔深37～39 m漏漿10次，39～58 m反復(fù)漏漿回填，至2022年5月5日該樁終于成孔，據(jù)了解全過程累計(jì)漏漿121次，施工長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月。

1.2 支盤樁施工中的技術(shù)

1.2.1 試樁施工技術(shù)的控制

支盤樁施工技術(shù)中的靜荷載試樁是一種常見的質(zhì)量控制方法。它通過在施工前，將一定重量的荷載施加到試驗(yàn)樁上，以模擬樁身在實(shí)際使用條件下所承受的荷載情況。通過監(jiān)測(cè)試樁的沉降、變形等參數(shù)，可以評(píng)估樁基在設(shè)計(jì)荷載下的承載性能和穩(wěn)定性，從而指導(dǎo)后續(xù)的施工工藝和質(zhì)量控制。這種方法能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁基質(zhì)量問題，保障工程的安全和可靠[3]。

在試樁的施工中，鉆孔灌注樁成孔的控制尤為關(guān)鍵，直接關(guān)系支盤擠擴(kuò)成形的質(zhì)量。而支盤擠擴(kuò)成形的控制，又是施工控制的重中之重。只有當(dāng)成孔和支盤擠擴(kuò)成形都達(dá)到了預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行下一步操作。此外，混凝土的灌注控制也是不可忽視的一環(huán)?；炷恋墓嘧⒉粌H影響樁體的整體強(qiáng)度，還直接關(guān)系其承載能力。因此，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行混凝土的灌注，確保其均勻、密實(shí)，無空洞和裂縫。

靜荷載試驗(yàn)的結(jié)果為試樁施工提供寶貴的數(shù)據(jù)支持。通過這些數(shù)據(jù)，可以對(duì)樁體的承載能力進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，從而為后續(xù)的施工提供有力依據(jù)。該次靜荷載試驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

1.2.2 施工參數(shù)的確定

樁身采用C30鋼筋混凝土澆筑，以確保樁體的強(qiáng)度和耐久性。

（1）樁徑

考慮巖溶區(qū)的地質(zhì)復(fù)雜性及橋梁的承載需求，選擇的樁徑為1.5 m，該樁徑既能滿足承載力的要求，又能適應(yīng)巖溶區(qū)的施工條件。

（2）樁長(zhǎng)

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，橋梁所在位置的巖層深度較大，且存在多個(gè)溶洞。為確保樁體能夠穿透不良地質(zhì)體并達(dá)到穩(wěn)定的持力層，設(shè)定樁長(zhǎng)為35 m。

（3）樁間距

考慮巖溶區(qū)樁基的穩(wěn)定性和整體受力性能，樁間距設(shè)定為3 m，該間距能夠在保證樁基穩(wěn)定性的同時(shí)，降低施工成本。

（4）支盤參數(shù)

支盤數(shù)量：根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果和樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)，決定在樁身設(shè)置3個(gè)支盤。

支盤位置：根據(jù)溶洞的分布情況，將支盤分別設(shè)置在樁身的10 m、20 m和30 m處，避開溶洞區(qū)域。

支盤直徑：支盤直徑略大于樁徑，設(shè)定為1.6 m，以增加樁側(cè)摩阻力。

支盤厚度：考慮施工的便捷性和經(jīng)濟(jì)性，支盤厚度設(shè)定為0.3 m。

1.3 施工過程的控制

關(guān)于支盤樁技術(shù)在高速公路巖溶區(qū)樁基施工中的應(yīng)用，其施工過程可以分為泥漿護(hù)壁成孔、磨孔和清孔、支盤成形設(shè)備的準(zhǔn)備、支盤成形設(shè)備入孔定位與換位支盤擠擴(kuò)成形，以及混凝土澆筑等關(guān)鍵步驟。以下是對(duì)這些步驟的詳細(xì)介紹：

1.3.1 泥漿護(hù)壁成孔

現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備：對(duì)高速公路巖溶區(qū)的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行細(xì)致的地質(zhì)勘察，了解巖層的分布、溶洞的位置和大小等信息。根據(jù)勘察結(jié)果，確定支盤樁的布置位置和數(shù)量。

鉆機(jī)選擇與定位：選擇適合巖溶區(qū)施工的鉆機(jī)，確保其能夠穩(wěn)定、高效地鉆進(jìn)。鉆機(jī)定位應(yīng)準(zhǔn)確，確保鉆孔的垂直度和位置符合設(shè)計(jì)要求。

泥漿制備與護(hù)壁：制備合格的泥漿，通過泥漿泵將泥漿注入鉆孔中，形成泥漿護(hù)壁。

鉆進(jìn)成孔：鉆機(jī)按照預(yù)定的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)不斷補(bǔ)充泥漿。

1.3.2 磨孔和清孔

磨孔：當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，需要進(jìn)行磨孔操作。磨孔的目的是將孔壁上的不規(guī)則凸起磨平，使孔壁光滑，便于后續(xù)支盤的安裝。

清孔：磨孔完成后，進(jìn)行清孔操作。通過泥漿循環(huán)或其他清孔設(shè)備，將孔內(nèi)的泥漿、巖屑等雜物清除干凈，確?？變?nèi)無殘留物，為支盤安裝提供良好環(huán)境。

1.3.3 支盤成形設(shè)備的準(zhǔn)備

設(shè)備檢查：檢查支盤成形設(shè)備是否完好，各部件是否齊全、靈活。特別要檢查擠擴(kuò)頭的磨損情況，確保其能夠正常工作。

標(biāo)定與測(cè)量：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在支盤成形機(jī)伸縮管醒目地方及盤徑測(cè)量器測(cè)繩處標(biāo)注擠擴(kuò)支盤深度標(biāo)志。制作支盤成形轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤，以便在施工過程中準(zhǔn)確控制支盤的位置和深度。

1.3.4 支盤成形設(shè)備入孔定位與換位支盤擠擴(kuò)成形

設(shè)備入孔定位：將支盤成形設(shè)備吊裝入孔，通過導(dǎo)向裝置將設(shè)備定位在預(yù)定位置，確保設(shè)備在孔中找正對(duì)中，避免在下放過程中碰擊孔壁。

換位支盤擠擴(kuò)成形：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照預(yù)定的位置和順序進(jìn)行支盤的擠擴(kuò)成形。在擠擴(kuò)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制擠擴(kuò)壓力、速度和深度等參數(shù)，確保支盤成形質(zhì)量。同時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注設(shè)備的工作狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整參數(shù)或停機(jī)處理異常情況。

1.3.5 混凝土澆筑

鋼筋籠安裝：在支盤成形后，將預(yù)先制作好的鋼筋籠放入孔內(nèi)，確保鋼筋籠的位置和固定方式符合設(shè)計(jì)要求。

混凝土制備與灌注：制備合格的混凝土，通過導(dǎo)管將混凝土灌注到孔內(nèi)。在灌注過程中，應(yīng)保持連續(xù)、均勻的速度，避免產(chǎn)生氣泡或離析現(xiàn)象。同時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注混凝土的流動(dòng)情況，確?；炷聊軌蛱顫M整個(gè)樁身和支盤。

養(yǎng)護(hù)與檢測(cè)：混凝土灌注完成后，進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)措施。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，包括樁身完整性檢測(cè)、承載力檢測(cè)等，確保支盤樁的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

2 支盤樁技術(shù)在高速公路巖溶區(qū)樁基施工中的應(yīng)用效果驗(yàn)證

分析支盤樁技術(shù)應(yīng)用前后高速公路巖溶區(qū)樁基性能的變化，從樁基的水平位移、樁頂沉降（即樁身位移）方面完成驗(yàn)證。

在地基上水平抗力與側(cè)向壓力的施加下，單樁將出現(xiàn)撓曲，利用撓曲微分計(jì)算公式可得出：

EId4x " dz4 +Kxb0x=pq （1）

式中，當(dāng)深度z出現(xiàn)改變時(shí)，地基系數(shù)Kx也會(huì)發(fā)生改變，即Kx=mz。以此可得到d4x " dz4 +zd5x=pq "EI，求解該公式，即可獲取樁身各點(diǎn)上的位移。

2.1 支盤樁技術(shù)應(yīng)用前后樁基水平位移對(duì)比

支盤樁技術(shù)應(yīng)用前后高速公路巖溶區(qū)樁基的水平位移情況，如圖1所示：

根據(jù)圖1可以看出，支盤樁技術(shù)應(yīng)用前，傳統(tǒng)樁基的水平位移最大可達(dá)27 mm；支盤樁技術(shù)應(yīng)用后，樁基的水平位移得以顯著抑制，最大值僅為2 mm。

2.2 支盤樁技術(shù)應(yīng)用前后樁基沉降程度對(duì)比

支盤樁技術(shù)應(yīng)用前后樁頂?shù)呢Q向沉降量測(cè)試結(jié)果如圖2所示：

根據(jù)圖2可知，支盤樁技術(shù)應(yīng)用前后樁頂?shù)呢Q向沉降量具有較大差異，這說明支盤樁技術(shù)能夠有效解決樁基的沉降問題。當(dāng)樁基間距達(dá)到6 m時(shí)，應(yīng)用支盤樁技術(shù)后可將沉降值降至2 mm，對(duì)比原數(shù)據(jù)，降低了1.7 mm，改善效果明顯。

3 結(jié)束語

支盤樁技術(shù)的應(yīng)用為巖溶地區(qū)高速公路樁基施工帶來了積極變化，從增強(qiáng)承載能力到改善工程穩(wěn)定性，再到加快施工進(jìn)度和減少環(huán)境影響，都展現(xiàn)了其在工程實(shí)踐中的重要性和價(jià)值。隨著支盤樁技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信其在巖溶地區(qū)高速公路樁基工程中的應(yīng)用將更加廣泛，為我國高速公路建設(shè)質(zhì)量和安全注入新的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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