山區(qū)高速橋梁植入樁施工技術(shù)與質(zhì)量控制難點(diǎn)研究

摘要 文章研究了山區(qū)高速橋梁植入樁施工技術(shù)的原理、工藝流程及其在花崗巖地質(zhì)條件下的應(yīng)用。通過旋挖成孔、灌注水泥砂漿、吊樁、植樁、打樁控制等步驟，實(shí)現(xiàn)了橋梁基礎(chǔ)的高效、精準(zhǔn)施工。文章特別針對(duì)植入樁施工過程中的質(zhì)量控制重難點(diǎn)進(jìn)行了深入剖析，并針對(duì)性地提出了有效的解決措施。研究表明，橋梁植入樁施工技術(shù)具有高效、環(huán)保、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為山區(qū)高速橋梁工程提供了可靠的基礎(chǔ)處理手段。

關(guān)鍵詞 山區(qū)高速橋梁；植入樁施工技術(shù)；質(zhì)量控制難點(diǎn)；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào) TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0061-03

0 引言

植樁法最早起源于日本，20世紀(jì)80年代日本就開始將植樁法應(yīng)用于實(shí)際工程，至今日本也是該工藝研究最多、施工機(jī)械最完善的國家。我國植樁法相關(guān)設(shè)備和工藝發(fā)展較晚[1]，目前仍處于推廣階段?，F(xiàn)階段國內(nèi)關(guān)于植樁法所形成的復(fù)合管樁研究，主要聚焦于在水泥土樁中植入預(yù)制樁組合而形成的復(fù)合管樁。然而，對(duì)于不同地形條件及施工工藝下的復(fù)合管樁研究尚顯不足，相關(guān)的理論體系也不夠完善，有待進(jìn)一步深入探索。

隨著我國橋梁事業(yè)的迅猛發(fā)展和高速網(wǎng)絡(luò)的日益完善，山區(qū)高速橋梁植入樁施工工藝逐漸嶄露頭角，有望成為橋梁基礎(chǔ)施工的首選之一。目前，植入樁施工在房建、市政等領(lǐng)域的應(yīng)用已較為普遍，然而在山區(qū)高速橋梁施工中尚處于推廣階段，質(zhì)量和安全控制方法仍需進(jìn)一步完善。在植入樁的鉆孔階段、管樁安裝以及管樁振動(dòng)下沉等關(guān)鍵工序中，存在諸多需要嚴(yán)格控制的技術(shù)要點(diǎn)。但我國山區(qū)面積廣大，地形復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁施工方式往往難以確保樁基的密實(shí)性和質(zhì)量的穩(wěn)定性。因此，植入樁在山區(qū)高速橋梁施工中的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義。它不僅能夠有效控制樁基施工成本，保障樁基質(zhì)量，而且在施工階段安全、環(huán)保、可控，對(duì)周邊環(huán)境的影響較小，這完全符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。

1 工程概況

安徽合樅高速裝配式橋梁工程是該文探討的依托工程。該項(xiàng)目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h，整體式路基段橋梁全寬25.5 m，橋面寬2 m×

12.75 m，裝配式橋梁上部采用裝配式簡支輕型T梁，下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制蓋梁接預(yù)制墩，現(xiàn)澆承臺(tái)接預(yù)制管樁。

該研究聚焦于安徽合樅高速裝配式橋梁工程的楓香樹高架橋樁基礎(chǔ)工程，該橋所處地質(zhì)環(huán)境以花崗巖為主。采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（簡稱PHC樁）[2]，并運(yùn)用旋挖成孔的植入樁施工工藝。

楓香樹高架橋地質(zhì)情況如下：

1.1 地形地貌

橋位區(qū)地貌單元為大別山中低山區(qū)，微地貌單元為中丘，地面標(biāo)高在85.0～120.0 m之間。

1.2 地質(zhì)條件

勘探結(jié)果表明，上覆第①層為人工填土，第②層為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）粉土，第③層為第四系上更新統(tǒng)殘坡積層（Q3el+dl）粉質(zhì)黏土，下伏基巖為下元古界小溪河組（Pt1x）花崗片麻巖。

橋位區(qū)地下水類型主要為孔隙型潛水和基巖裂隙水，此次勘察期間地下水位埋深在0.40～7.10 m。

橋位區(qū)為微地貌為中丘，地形變化較大。第①層填土局部分布，無實(shí)際工程意義；第②層粉質(zhì)黏土工程性質(zhì)一般，承載力一般，局部分布，厚度較??；第②層粉土零星分布，工程性質(zhì)較差，承載力較低；下伏基巖承載力高，工程地質(zhì)性質(zhì)好。

1.3 結(jié)構(gòu)形式

楓香樹高架橋采用25 m跨輕型T梁，跨徑布置為24 m×25 m；上部采用25 m裝配式簡支輕型T梁，下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制蓋梁接預(yù)制墩柱，現(xiàn)澆承臺(tái)，基礎(chǔ)為預(yù)制管樁基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目樁基礎(chǔ)包括鉆孔灌注樁、PHC植入樁、打入樁、PRC植入樁。根據(jù)楓香樹高架橋樁基位置，樁基施工采用旋挖成孔的植入樁施工工藝。植入樁直徑有PHC-600AB（130）、PHC-1000C（130）、PRC-800AB（110）、PRC-1000C（110）四種類型。

2 施工原理

施工工藝原理是通過全液壓旋挖機(jī)進(jìn)行旋挖成孔，再利用鋼導(dǎo)管使用灌注水泥砂漿到設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后通過吊車和振動(dòng)錘將預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（PHC樁）振動(dòng)下放至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完成定位精調(diào)，等待泥漿凝固后形成復(fù)合管樁。

3 施工工藝

植入樁施工工藝流程見圖1所示。

4 植入法施工

4.1 場地平整、測量放樣

先對(duì)橋梁樁位附近場地進(jìn)行平整，填筑便道以便于機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸至橋位處，樁位測量應(yīng)按照從整體到局部的原則進(jìn)行定位放樣，在旋挖機(jī)開孔前采用全站儀復(fù)核已標(biāo)記的樁位，確保誤差控制在10 mm內(nèi)。鉆機(jī)安置應(yīng)考慮鉆孔施工中方便孔口的出土清運(yùn)，規(guī)劃行車路線時(shí)，應(yīng)使便道與鉆孔位置保持一定距離，以免影響孔壁穩(wěn)定[3]。

4.2 管樁驗(yàn)收、堆放

（1）管樁的進(jìn)場驗(yàn)收。管樁進(jìn)場后，按照《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB 13476—2009）的國家標(biāo)準(zhǔn)或各地區(qū)的地方標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管樁的外觀質(zhì)量、幾何尺寸、物理性能及材料標(biāo)識(shí)等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收，并審查產(chǎn)品合格證明文件，確保所有進(jìn)場材料均符合標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，嚴(yán)格把好材料進(jìn)場驗(yàn)收關(guān)，對(duì)于不符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求的管樁，堅(jiān)決予以清退出場，以確保工程質(zhì)量和安全。

（2）管樁的堆放?，F(xiàn)場管樁堆放場地應(yīng)平整，采用軟墊（木墊）按二點(diǎn)法做相應(yīng)支撐，且支撐點(diǎn)大致在同一水平面上[4]。當(dāng)管樁在場地內(nèi)堆放時(shí)，應(yīng)不超過4層[5]；當(dāng)在樁位附近準(zhǔn)備施工時(shí)，進(jìn)行單層放置，且必須設(shè)支墊。為確保管樁在調(diào)運(yùn)施工過程中不被混淆或錯(cuò)誤使用，需按照不同型號(hào)和規(guī)格對(duì)其進(jìn)行分類堆放。當(dāng)管樁在現(xiàn)場完成堆放并需進(jìn)行二次轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，應(yīng)借助吊機(jī)與平板車的協(xié)同操作實(shí)現(xiàn)高效搬運(yùn)。在場地條件受限，不得不采用拖拽方式進(jìn)行搬運(yùn)的情況下，應(yīng)使用滾木減少摩擦，或?qū)额^端頭板采取必要的保護(hù)措施，以確保搬運(yùn)過程的安全和順利。

（3）埋設(shè)定位鋼護(hù)筒。每個(gè)樁位定出十字控制樁后，可進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)工作。鋼護(hù)筒通常采用厚度不小于6 mm的鋼板卷制，內(nèi)徑大于樁直徑200 mm以上；護(hù)筒采用鋼護(hù)筒一體化旋挖設(shè)備進(jìn)行埋設(shè)，埋設(shè)深度在2 m以上，并根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)節(jié)鋼護(hù)筒埋設(shè)深度。待測量精確定位后，對(duì)孔隙部分用黏性土回填密實(shí)。護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)確保精確且穩(wěn)固，其中心應(yīng)與樁位中心相吻合，筒壁則須與樁中心線保持平行。護(hù)筒安置妥當(dāng)后，應(yīng)利用十字控制樁（護(hù)樁）校驗(yàn)樁位，確保無誤。傾斜度不大于1%，護(hù)筒宜高出地面30 cm。

（4）旋挖鉆機(jī)就位調(diào)試。鉆機(jī)作業(yè)前應(yīng)對(duì)桅桿及鉆桿測量調(diào)試，鉆頭中心采用鉆機(jī)自帶的定位器對(duì)準(zhǔn)樁位[6]，并對(duì)定位數(shù)據(jù)及鉆孔過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，鉆孔過程中如發(fā)生偏差可達(dá)到及時(shí)預(yù)警的作用。

護(hù)筒埋設(shè)完成后應(yīng)對(duì)旋挖機(jī)鉆孔停機(jī)平臺(tái)進(jìn)行整平，要求平臺(tái)平整堅(jiān)硬，不會(huì)發(fā)生大沉降，避免影響鉆孔的垂直度。

（5）鉆進(jìn)成孔。在鉆進(jìn)成孔的過程中，操作人員應(yīng)時(shí)刻留意鉆桿的垂直度（自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)測），同時(shí)借助深度計(jì)數(shù)器精準(zhǔn)掌控鉆孔的深度。鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度以提高鉆進(jìn)效率，現(xiàn)場技術(shù)員對(duì)鉆孔深度、地質(zhì)情況（每鉆進(jìn)1 m需取樣，現(xiàn)場設(shè)置渣樣盒）、鉆孔時(shí)間等進(jìn)行記錄。鉆孔至硬質(zhì)巖層的設(shè)計(jì)高程，成孔后檢查孔深孔徑、孔壁垂直度、沉淀厚度等，應(yīng)滿足以下要求：①孔深、孔徑≥設(shè)計(jì)值。②鉆孔傾斜度≤0.5%。③沉淀厚度≤50 mm。

（6）下導(dǎo)管灌注水泥砂漿。在灌注專用砂漿前應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)管水密性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后方可投入使用。樁孔內(nèi)有水時(shí)應(yīng)使用導(dǎo)管法灌注，導(dǎo)管底端到孔底的距離應(yīng)為0.5～0.8 m，首灌后導(dǎo)管的底端應(yīng)埋入專用砂漿中0.8 m以上。總灌漿量理論方量為外芯樁長×0.54 m3，施工現(xiàn)場根據(jù)成孔情況酌情調(diào)整。灌注過程中現(xiàn)場技術(shù)員應(yīng)對(duì)灌注時(shí)間、導(dǎo)管埋深、導(dǎo)管長度、灌注情況（灌注方量、灌注高度）進(jìn)行計(jì)算和記錄。

（7）吊樁、植樁、打樁控制。植樁之前應(yīng)在樁底焊接比樁徑大10 cm、厚10 mm的鋼板進(jìn)行封堵，復(fù)核樁位準(zhǔn)確無誤后開始吊樁。在起吊過程中，務(wù)必確保樁體穩(wěn)定，防止其晃動(dòng)或與其他物體發(fā)生碰撞，對(duì)準(zhǔn)樁位將樁落下，調(diào)整樁身垂直度輕輕放下樁錘。管樁施打過程中，樁錘、樁帽和樁身的中心線應(yīng)重合[7]，將樁打入2～3 m。為確保第1節(jié)樁的垂直度精準(zhǔn)控制在0.5%以內(nèi)，應(yīng)采用長條水準(zhǔn)尺或其他高精度測量儀器進(jìn)行校正。若檢測發(fā)現(xiàn)垂直度未達(dá)標(biāo)，則應(yīng)根據(jù)具體情況拔出樁體，并重新精確插入，直至達(dá)到所需的垂直度精度要求。砂漿灌注1 h內(nèi)必須開始植樁，沉樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行且植樁速度不宜高于0.1 m/s。

在管樁施打時(shí)，務(wù)必確保樁錘、樁帽與樁身中心線精準(zhǔn)對(duì)齊。若樁身傾斜超過0.8%，應(yīng)迅速查明原因并采取有效措施進(jìn)行糾正。當(dāng)樁尖深入硬土層后，嚴(yán)禁通過移動(dòng)樁架強(qiáng)行回扳糾偏。在打樁過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)檢查樁的上浮量及樁頂偏位值，確保施工精度與安全。

遇下列情況應(yīng)暫停打樁：貫入度突變；地面明顯隆起、鄰樁上浮或位移過大；樁身突然傾斜、跑位；樁身回彈曲線不規(guī)則。

（8）接長送樁。接樁采用鋼端板焊接法。選用合理的樁節(jié)組合，盡量減少接樁次數(shù)，任一單樁的接頭數(shù)量宜≤3個(gè)。接樁采用焊接接頭時(shí)，接樁鋼的零部件應(yīng)涂≥2 mm厚的防腐蝕耐磨涂層。焊接接樁應(yīng)符合下列規(guī)定：

①當(dāng)管樁需接長時(shí)，其入土部分樁段樁頂宜高出0.5～1.0 m。

②接樁時(shí)上下樁段應(yīng)保持順直，錯(cuò)位偏差≤1 mm，節(jié)點(diǎn)彎曲點(diǎn)高≤1%樁長[8]。

③焊接過程中，必須確保焊接層數(shù)至少達(dá)到三層。在進(jìn)行外層焊接之前，務(wù)必徹底清除內(nèi)層的焊渣，以確保焊接質(zhì)量。同時(shí)，焊接過程應(yīng)保證焊縫飽滿且連續(xù)，不得出現(xiàn)斷焊或虛焊現(xiàn)象。

④完成焊接的樁接頭應(yīng)經(jīng)歷自然冷卻過程，方可繼續(xù)沉樁作業(yè)。此自然冷卻過程應(yīng)至少持續(xù)8 min，以確保焊接質(zhì)量與安全。在冷卻期間，嚴(yán)禁采用水冷卻方法或立即進(jìn)行沉樁施工，以避免出現(xiàn)可能的質(zhì)量隱患與施工風(fēng)險(xiǎn)。

（9）錘擊至設(shè)計(jì)標(biāo)高。樁長滿足設(shè)計(jì)要求后，振動(dòng)錘擊至設(shè)計(jì)標(biāo)高。錘擊沉樁設(shè)備應(yīng)配備沉樁監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)樁位的自動(dòng)化精確定位，準(zhǔn)確監(jiān)測、存儲(chǔ)、傳輸打樁標(biāo)高、貫入度、樁身垂直度，輔助機(jī)手精準(zhǔn)施工，確保成樁質(zhì)量。

（10）樁位精調(diào)。成樁后，需立即復(fù)核樁頂平面的坐標(biāo)與標(biāo)高，發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的，應(yīng)及時(shí)采取調(diào)整措施，確保滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（11）自然養(yǎng)護(hù)、驗(yàn)收。預(yù)制管樁調(diào)整定位后應(yīng)報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收，采用低應(yīng)變動(dòng)測法對(duì)100%的工程樁進(jìn)行樁身完整性檢測，并對(duì)樁位水泥砂漿頂面采用薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。全部工作完成后應(yīng)移開鉆機(jī)至下一個(gè)樁位繼續(xù)施工。

5 質(zhì)量控制重難點(diǎn)

（1）山區(qū)高速花崗巖地質(zhì)下鉆進(jìn)過程中存在穿越砂石地層，因?yàn)榭變?nèi)地下水位較低或無地下水，易發(fā)生塌孔，該項(xiàng)目采用自主研發(fā)的鋼護(hù)筒一體化鉆孔設(shè)備解決了成孔難的問題，已取得實(shí)用新型專利。其在鉆進(jìn)過程中根據(jù)地質(zhì)變化情況可自動(dòng)調(diào)節(jié)鋼護(hù)筒長度，有效保證旋挖的成孔質(zhì)量。

（2）水泥砂漿灌注必須使用水下灌注法，砂漿從孔底向上灌注，避免直接傾倒導(dǎo)致砂漿與孔內(nèi)地下水混合，造成砂漿濃度降低，形成中砂下沉至孔底，同時(shí)降低砂漿強(qiáng)度。

（3）預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁（PHC樁）植入前應(yīng)采用樁基定位裝置進(jìn)行管樁導(dǎo)向，避免管樁下沉階段發(fā)生傾斜或孔樁位偏移。

6 結(jié)論與展望

該研究通過對(duì)山區(qū)高速橋梁植入樁施工技術(shù)的深入研究，得出以下結(jié)論：

（1）植入樁施工技術(shù)在山區(qū)高速橋梁工程中具有顯著優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精準(zhǔn)的基礎(chǔ)施工，提高了工程質(zhì)量。

（2）通過采用先進(jìn)的施工設(shè)備和工藝措施，能夠有效解決山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工難題，提高了施工效率和質(zhì)量。

（3）植入樁施工技術(shù)具有環(huán)保、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

展望未來，隨著橋梁建設(shè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工程需求的不斷提高，植入樁施工技術(shù)在山區(qū)高速橋梁工程中的應(yīng)用將更加廣泛。未來研究可進(jìn)一步關(guān)注新型高性能材料的應(yīng)用、智能化施工設(shè)備的研發(fā)以及更加完善的質(zhì)量監(jiān)控體系建立等方面，以推動(dòng)植入樁施工技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。

該研究成果可為山區(qū)高速橋梁工程提供可靠的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)，為實(shí)際工程的安全、高效施工提供有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1]張東波. 可持續(xù)建筑關(guān)鍵技術(shù)與運(yùn)行管理研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)， 2011.

[2]陳興培. 振動(dòng)沉管碎石樁、PHC樁聯(lián)合處治軟土地基的研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)， 2008.

[3]陳隨剛. 淺析后壓漿旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)[J]. 城市建設(shè)理論研究， 2014（35）： 4619-4620.

[4]邸立建. 預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基在鐵路復(fù)雜地段中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息， 2012（19）： 268-270.

[5]康力濤. PHC預(yù)應(yīng)力混凝土管樁靜壓施工方法[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2009（2）： 38-41+44+4.

[6]王起飛. 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下地鐵盾構(gòu)既有錨索處理技術(shù)[J]. 四川建筑， 2020（2）： 97-99.

[7]黃敬賢， 石遠(yuǎn)松. 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁施工破損原因分析和預(yù)防措施[J]. 中外建筑， 2004（4）： 137-138.

[8]石翔. 預(yù)應(yīng)力管樁在渝湛高速公路巖溶區(qū)橋梁基礎(chǔ)中的應(yīng)用[J]. 廣東公路交通， 2005（3）： 42-44.

收稿日期：2024-04-03

作者簡介：陳航（1990—），男，本科，工程師，從事橋梁工程管理工作。