高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)與質(zhì)量控制探析

摘要 為明確旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)在高速公路橋梁工程中的應用思路及其效果，文章結(jié)合鎮(zhèn)廣高速公路沿線柱式墩橋梁工程為例，著重探討了旋挖鉆孔灌注樁在高速公路橋梁樁基工程中的應用，及施工質(zhì)量控制措施。施工結(jié)果顯示：案例橋梁樁基工程均達到驗收合格標準，取得了理想的施工成果。由此可見，將旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)用于高速公路橋梁工程中有助于提升樁基穩(wěn)定性，使橋梁結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固安全，值得推廣。

關(guān)鍵詞 高速公路；旋挖鉆孔灌注樁；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0053-03

0 引言

旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)是利用旋挖鉆機進行土壤或巖石的切削，通過鉆機的旋轉(zhuǎn)和推進力，將切削下來的土渣或巖屑通過鉆桿內(nèi)部的通道或者專門的排渣系統(tǒng)排出孔外，形成一個圓柱形的孔洞。在完成鉆孔后，會在孔內(nèi)放置鋼筋籠和灌注混凝土，形成具有足夠承載力和穩(wěn)定性的灌注樁。鎮(zhèn)廣高速公路沿線橋梁為提升樁基的穩(wěn)定性，決定采用此種施工技術(shù)，該文結(jié)合該案例工程實例，著重探討了這一技術(shù)的具體應用思路。

1 高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)概述

1.1 旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)特點

旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)特點主要包括以下幾點[1]：

（1）高效性：旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)采用先進的旋挖鉆機，通過鉆機的旋轉(zhuǎn)和推進力，能夠高效地完成鉆孔作業(yè)，顯著提高施工效率。

（2）成孔質(zhì)量好：由于旋挖鉆機采用切削方式成孔，鉆孔直徑、深度和垂直度可以得到精確控制，成孔質(zhì)量穩(wěn)定可靠，滿足工程設計的嚴格要求。

（3）適應性強：旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)適用于多種土壤和巖石條件，包括軟土、黏土、砂土、碎石土以及風化巖石等，顯示出強大的適應性。

（4）環(huán)保性：該技術(shù)采用封閉式排渣系統(tǒng)，有效減少施工過程中的環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

（5）安全性：旋挖鉆孔灌注樁形成的樁基結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和穩(wěn)定性，為土木工程提供堅實的安全保障。

1.2 旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)適用范圍

旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)廣泛適用于各類土木工程，包括但不限于：

（1）橋梁工程：旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠提供穩(wěn)定的樁基支持，確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

（2）高層建筑：高層建筑對樁基的承載力和穩(wěn)定性要求極高，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠滿足此類要求，確保高層建筑的安全使用。

（3）高速公路：在高速公路建設中，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠提供堅固的路基支持，保證道路的平整度和行車安全。

（4）地下工程：如地鐵、地下商場等地下工程，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠提供可靠的樁基支撐，確保地下空間的安全穩(wěn)定。

2 高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)分析

2.1 項目概況

鎮(zhèn)廣高速通江至廣安段高速公路C9合同段，起訖樁號為K207+100～K220+900（含斷鏈2 988.754 m），全長10.811 km。設計速度100 km/h，按雙向四車道標準設計，路基寬度整體式為26.0 m。主線橋5座（其中大橋4座、中橋1座），天橋7座，橋墩采用柱式墩，橋墩均采用樁基礎。樁基統(tǒng)計表如表1所示。

2.2 旋挖鉆孔灌注樁施工工藝流程

旋挖鉆孔灌注樁樁基主要施工工藝如圖1所示[2]。

2.3 旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點

旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點包括以下內(nèi)容：

（1）施工準備

平整施工場地，整修道路，做好孔口的排水、截水工作，做好施工用電、用水的線路、管道布置，準備施工材料、施工機具，測設控制樁及護筒埋置中樁。

（2）鋼護筒制作埋設

在施工中使用鋼制護筒，其內(nèi)徑比樁徑增大20 cm。安裝時，確保護筒中心與樁位中心對齊，允許偏差不超過2 cm，且傾斜度不超過1%。護筒的高度可選擇在地面以上0.30～0.50 m或地下水位以上2 m，安裝固定后應充填黏土進行夯實，以確保垂直度，防止泥漿流失和位移等問題。當護筒底部遇到非黏性土壤時，必須進行挖掘或土壤更換，超過0.50 m的黏性土回填后再放置護筒，以避免底部滲漏和坍塌情況發(fā)生。護筒的頂部應采用木方對稱吊緊，以防止下沉現(xiàn)象的發(fā)生。埋置深度超過不透水層，原則上在巖層面交界處，可采用打埋或挖埋等方法設置[3]。

（3）鉆機就位

在進入工作區(qū)域前，應檢查鉆機性能以確保其正常。鉆機進入工作區(qū)域后，需將鉆頭中心準確對準樁位中心，以保證就位精度。允許的誤差范圍為：縱向±100 mm，橫向±50 mm。同時，確保主動鉆桿垂直于地面，垂直度偏差小于1% L，然后精確對準鉆頭中心點與樁位中心[4]。

（4）泥漿制作與外運

設置的泥漿池、沉淀池用循環(huán)槽連接。在施工過程中，采用3 PNL型（或2 PNL型）泥漿泵將泥漿從泥漿池輸送至樁孔內(nèi)。在灌注樁時，樁孔內(nèi)的泥漿通過溢流池泵送至沉淀池，隨后沉淀池中的泥漿經(jīng)過凈化處理后返回泥漿池，而經(jīng)過凈化處理的鉆渣和砂粒則通過車輛運送至指定地點。

（5）成孔施工

鉆孔時，護筒內(nèi)泥漿面需保持高于地下水位2 m以上。提鉆時，需及時補漿以維持孔壁穩(wěn)定。鉆進時，利用鉆斗自重加壓作為動力，通過儀表監(jiān)測鉆頭位置確定孔深。鉆斗滿渣后，提至地表，操作回轉(zhuǎn)手柄至卸土位置卸土，再利用自動回位裝置使鉆機返回作業(yè)位置。重復鉆進和提土前，需檢查調(diào)整鉆具垂直度，確保成孔質(zhì)量。

（6）清孔

完成鉆孔至規(guī)定深度后，經(jīng)過檢查，應立即進行清孔作業(yè)。根據(jù)預先確定的泥漿穩(wěn)定時間，一旦時間到達，應使用鉆斗將積聚在樁孔底部的殘渣清除，操作需嚴格控制，以避免增加孔深。

在首次清孔時，應采用更換泥漿的方法，以確保殘渣厚度符合設計要求且小于5 cm。

（7）鋼筋籠骨架制作與吊入

該項目樁基主筋均為Ф28 mm，加強筋均為Ф28@200 mm，箍筋為Ф10@100～150 mm，主筋保護層鋼筋Ф16@2 000 mm。主筋采用機械連接，接頭等級為Ⅰ級，其他鋼筋搭接部分采用雙面焊，鋼筋接頭按照規(guī)范要求錯開布局。

鋼筋籠骨架吊入用吊車緩慢下放入孔內(nèi)。鋼筋籠骨架在吊入后在頂面采取有效方法進行固定，防止混凝土灌注過程中鋼筋骨架上升。支承系統(tǒng)應對準中線防止鋼筋骨架傾斜和移動。鋼筋骨架底面高程允許偏差為±50 mm。

（8）下放導管

完成鋼筋籠的下放后，應立即進行導管的下放工作。在使用導管之前，需要進行試拼裝、水密性測試和抗拔試驗。在進行導管下放之前，需要對每根導管進行檢查，包括清潔程度、通暢性以及止水“O”形密封圈的完好性。這樣可以確保導管內(nèi)壁平整、內(nèi)徑一致，直徑為30 cm，中間節(jié)長度在2～2.5 m之間，而底部節(jié)長度則應超過4 m。導管應逐節(jié)吊裝并逐段連接，最終垂直下放至孔底300～500 mm的位置。

（9）二次清孔

為了滿足澆灌混凝土所需的泥漿密度，清孔的目的是替換孔內(nèi)泥漿，同時清除鉆屑和沉淀物，以確保樁孔符合質(zhì)量標準。

（10）混凝土灌注

混凝土澆筑前需檢測混凝土坍落度，達200±20 mm才可使用。首次澆筑后，導管埋深至少1.5 m。澆筑應連續(xù)、緊密，避免中途停工。防止混凝土從漏斗溢出或掉入孔底。管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位變化需密切關(guān)注，確保泥漿中含有適量水泥且濃稠度適宜。要及時測量孔內(nèi)混凝土高度，以指導導管的升降和拆除工作。導管的埋深宜為3～6 m（對于長樁可適當增加），過多可能影響速度或?qū)е露氯?，而過少則可能引發(fā)浮漿或泥漿夾層現(xiàn)象。在導管升降過程中，應確保保持垂直居中，并逐步進行。不充實、含氣時，后續(xù)混凝土應緩慢灌入，避免高壓氣囊形成和導管漏水[5]。

3 旋挖鉆孔灌注樁施工中存在的問題及處理措施

旋挖鉆孔灌注樁施工中存在問題主要包括以下方面內(nèi)容：

3.1 塌孔

原因分析：泥漿選擇不當、比重不穩(wěn)定且密度不足，護筒直徑小且長度不足，旋挖鉆頭排出泥漿時形成“真空”，沖刷護筒下部與孔眼相交部位。導致孔壁倒塌的原因可能包括水頭壓力不足或存在承壓水的情況，鉆頭鉆進速度過快或空轉(zhuǎn)時間過長。此外，成孔后等待灌注時間過長或?qū)嶋H灌注時間延誤，未能及時補充漿料，也可能造成坍塌。

防治措施：應根據(jù)土層特性選擇合適的泥漿，嚴格管理護筒的材料、質(zhì)量和尺寸，確保護筒底部與孔位同心。當水位波動較大時，應提高護筒高度和水頭。在鉆進松散地層時，要控制鉆進速度，確保提鉆平穩(wěn)。另外，必須及時補充漿料，并在灌注后盡快進行，確保灌注時間不超過3.5 h。

3.2 掉鉆頭、鉆頭底板脫落

原因分析：進尺過長，孔壁坍塌并導致鉆具埋入；孔口發(fā)生塌陷或機械操作失誤導致鉆頭掉落；提鉆遇阻或鋼絲繩斷裂；工作扭矩過大導致鉆桿折斷或連接部件受損。

預防措施：應當控制進尺長度，調(diào)整泥漿特性以穩(wěn)定孔壁；將鉆具遠離孔口放置，夯實護筒周邊，并封閉地表水；在提鉆過程中監(jiān)控壓力表，確保鉆孔垂直度，并及時調(diào)整鉆進方向；定期檢查鋼絲繩并進行更換；定期檢查和維護鉆具連接部件。

3.3 不進尺

原因分析：鉆頭可能會因黏土覆蓋而失去抓地力，或者遇到堅硬地層，比如漂石、卵石層或基巖等。

防治措施：可以調(diào)整斗齒的角度至60°來減少打滑現(xiàn)象，并嘗試投入石塊、更換螺旋鉆頭或截齒鉆頭等方法。當面對堅硬地層時，可以考慮更換或改造鉆頭，重新調(diào)整刀具的角度、形狀和排列方向，或者嘗試全截齒旋挖鉆斗，也可以嘗試采用沖擊鉆進方式。

3.4 孔底沉渣過多

原因分析：清孔不充分，缺乏工序質(zhì)量控制，泥漿比重過低或清水替換不妥；鋼筋籠未垂直放置導致孔壁坍塌，澆筑時間過長導致泥漿沉淀；沉積物厚度測量不統(tǒng)一。不能簡單通過增加鉆孔深度來代替清孔，否則可能引發(fā)重大質(zhì)量問題，如鉆芯檢測出現(xiàn)異常。

防治措施：需確保循環(huán)清孔時間不低于30 min；選用高品質(zhì)泥漿，控制密度和黏度，避免直接使用清水替換；鋼筋籠應緩慢垂直放入孔內(nèi)，確保孔深和沉積物測量位置一致；增加初次灌漿量以增強對孔底的作用力，但需謹慎使用以確?？煽啃?；縮短下放鋼筋籠導管時間，減少沉積物沉淀；運用清底鉆頭清理孔底沉積物，控制泥漿黏度和含砂率。

3.5 擴張、縮孔

在遭遇擴大孔徑或減小孔徑的情況下，應當采取措施來防止孔壁坍塌和減少鉆頭擺動幅度?？讖綔p小可能是由于鉆斗磨損、焊接未及時修補或地層中存在水膨脹的軟土、黏土或泥巖所致。對于前一種情況，應立即進行焊接修補；對于后一種情況，應使用失水率較低的高品質(zhì)泥漿來保護孔壁。當出現(xiàn)孔徑減小的情況時，應該在鉆頭上下反復進行掃孔操作。

3.6 鋼筋籠上浮

原因分析：混凝土流動性不足導致導管埋深過深；導管懸浮籠子，混凝土下沉速度過快導致鋼筋籠上升；樁孔傾斜導致鋼筋籠形變，增加混凝土上升力；鋼筋籠與孔口固定不正確，在受力時可能下沉或由于自重不足而被混凝土頂起。

防治措施：采用吊裝和套管等方法固定鋼筋籠頂部；控制混凝土注入速度，減少對鋼筋籠的沖擊；確保導管埋深在1.5～2 m之間；及時測量深度并拆除導管，確保鋼筋籠安全埋入并恢復正常深度；在導管懸浮籠子時，先下降并旋轉(zhuǎn)導管，然后再將其提起。

4 結(jié)語

該文對旋挖鉆孔灌注樁在高速公路建設中的施工技術(shù)與質(zhì)量控制進行了全面而深入的研究。通過詳細闡述施工流程、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量控制要點，揭示了旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)的優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)，并提出了針對性的解決方案。該文的研究成果不僅豐富了高速公路建設領(lǐng)域的理論體系，而且為相關(guān)工程實踐提供了有益的參考和借鑒。隨著科技的不斷進步和施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)將在高速公路建設中發(fā)揮更加重要的作用，后續(xù)研究可為推動交通事業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻。

參考文獻

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[3]馮成思.橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)與質(zhì)量控制分析[J]. 住宅與房地產(chǎn)， 2020（21）：213.

[4]趙松濤.公路橋梁施工中鉆孔灌注樁質(zhì)量控制分析[J]. 交通世界， 2020（16）：106-107.

[5]孫榮才.公路橋梁鉆孔灌注樁施工工藝及其質(zhì)量控制分析研究[J]. 科技創(chuàng)新導報， 2019（35）：37+39.

收稿日期：2024-02-26

作者簡介：馮淼（1990—），男，本科，工程師，主要從事高速公路施工建設工作。