橋涵施工中的鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制對策研究

摘要 鉆孔灌注樁是一種常見的鉆孔樁施工方法，在公路橋梁建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。為改善鉆孔灌注樁施工的技術(shù)效果，提高橋涵施工質(zhì)量，文章研究并提出了一種鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制對策，并以某工程為例，對其應(yīng)用效果進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，在該控制對策下，Ⅰ級鉆孔灌注樁占比達(dá)到92.5%，表明該方法提高了鉆孔灌注樁樁身質(zhì)量，有利于鞏固橋梁安全、延長橋梁壽命，并能促進(jìn)鉆孔灌注樁施工技術(shù)的發(fā)展，為推動公路橋梁建設(shè)提供助力。

關(guān)鍵詞 橋涵施工；鉆孔灌注樁；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

中圖分類號 U445.551 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0091-03

0 引言

公路橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要環(huán)節(jié)和樞紐工程，在拉動農(nóng)村地區(qū)就業(yè)、振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)和促進(jìn)出行安全等方面發(fā)揮著積極作用。同時(shí)，公路橋梁建設(shè)反映了國家科技水平，是國家綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)，高水平的公路橋梁建設(shè)技術(shù)有利于打造中國橋梁名片，推動國際橋梁的科技交流與合作[1-2]。鉆孔樁施工技術(shù)是公路橋梁建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，其施工方法包括沖擊鉆、沖抓鉆和鉆孔灌注樁等，其中鉆孔灌注樁具有施工操作方便、施工振動和噪聲較小等優(yōu)勢，適用于不同地基，廣泛應(yīng)用于路橋梁建設(shè)中[3]。然而在實(shí)際施工過程中，受施工位置、地下結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境等因素的影響，鉆孔灌注樁易產(chǎn)生漏漿、卡管和夾泥等問題，嚴(yán)重影響橋涵施工質(zhì)量[4]。為改善鉆孔灌注樁施工質(zhì)量，該文研究并提出了一種鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制對策，以豐富相關(guān)理論研究，為提高公路橋梁安全性和穩(wěn)定性提供參考。

1 橋涵施工中鉆孔樁施工技術(shù)的控制對策

1.1 工程概況

某橋涵施工工程位于河南省鄭州市，橋梁安全等級為一級，其重要性安全系數(shù)不小于1.1，設(shè)計(jì)使用年限為100年。橋梁設(shè)計(jì)全長1 689 m，橋?qū)?6 m，橫斷面布置形式為0.5 m（欄桿）+5 m（人行道）+7 m（非機(jī)動車道）+4 m（機(jī)非隔離帶）+17 m（機(jī)動車道）+2.5 m（中央分隔帶）=36 m，橋梁分為左右兩幅，其中單幅橋梁寬度為18 m。主橋箱梁采用兩個(gè)獨(dú)立的單箱單室斷面，設(shè)計(jì)箱梁頂面為1.5%的向外側(cè)單向橫坡，箱梁的懸臂長度、底寬和頂寬分別為4.5 m、8.5 m和17 m，最大和最小頂板厚度分別為26 m和46 m，底板厚度和腹板厚度分別保持在35～140 m和46～102 m范圍內(nèi)，柱墩墩頂?shù)牧焊邽?3 m。主墩基礎(chǔ)和邊墩基礎(chǔ)均使用鉆孔灌注樁，其中主墩基礎(chǔ)的單樁直徑為2 m，可承載力為30 000 kN；邊墩基礎(chǔ)的單樁直徑為1.8 m，全橋共48根灌注樁。

該施工路線所經(jīng)地區(qū)地勢呈東高西低的走勢，最高海拔與最低海拔的高差達(dá)550 m，孔口的高程差值為7 m。該橋涵施工工程地質(zhì)情況如表1所示。

由表1可知，該橋涵施工工程的地層共6層，自上而下包括雜填土層、粉質(zhì)黏土層、粗砂層、粉砂質(zhì)泥巖層、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，其中雜填土層呈灰黃色和褐灰色，土質(zhì)松散，稍濕，壓縮性高，浸水濕陷性強(qiáng)。粉質(zhì)黏土層呈灰黑色，壓縮性和干強(qiáng)度高，無搖振反應(yīng)，韌性中等。粗砂層呈灰色、黃褐色，礦物成分主要以石英為主，局部夾圓礫薄層，稍密，稍濕，飽和，均勻性較差。粉砂質(zhì)泥巖層呈灰黑色、黃褐色，以微晶質(zhì)為主，存在大量孔隙，結(jié)構(gòu)松散，壓縮性和剪脹性高，土質(zhì)不均勻。強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層的軟化性和穩(wěn)定性較好，土質(zhì)均勻，但中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的巖芯更為完整。

該橋涵施工工程所在地區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干燥風(fēng)大；夏季炎熱；秋季氣候涼爽，時(shí)間短促；冬季干冷，時(shí)間漫長。四季分明，氣溫變化較大。降水集中在夏季，年均降水量約為550 mm，年均降水天數(shù)約73 d，最大降水量和最小降水量分別為780 mm和360 mm。年均氣溫為15 ℃，低溫和高溫出現(xiàn)時(shí)間分別集中在1月和7月，其中最低氣溫為?1.65 ℃，最高氣溫達(dá)到40.5 ℃。年均日照時(shí)數(shù)為1 543.2 h，日照條件較差，無霜期和生長期年均天數(shù)分別為200.5 d和301.7 d。

1.2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制

作為橋涵施工過程中的重要一環(huán)，鉆孔灌注樁施工包括測量、鋼筋加工、混凝土灌注和樁身檢測等多道工序，工程種類繁多復(fù)雜，對施工技術(shù)的要求較高。同時(shí)，樁位誤差大和斷樁等樁身質(zhì)量問題難以在成樁后補(bǔ)救，因此鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制就顯得尤為重要。鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制通過對施工前準(zhǔn)備、成孔工藝和混凝土澆筑等環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，并根據(jù)施工現(xiàn)場及時(shí)調(diào)整施工方案，以減小施工誤差，達(dá)到鉆孔灌注樁施工目標(biāo)，保障橋涵施工質(zhì)量[5-6]。在施工準(zhǔn)備階段中，應(yīng)明確鉆孔灌注樁施工的目標(biāo)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并建立施工隊(duì)伍管理體系，確定管理小組和技術(shù)小組，并通過審閱設(shè)計(jì)圖紙充分掌握施工地區(qū)的施工條件，制定鉆孔灌注樁施工方案。準(zhǔn)備施工設(shè)備與施工材料，具體包括挖掘機(jī)、泥漿泵和全站儀等設(shè)備以及水泥、石子和鋼筋等鉆孔樁原料。為降低孔洞的坍塌風(fēng)險(xiǎn)，提高孔口周邊作業(yè)的安全性，需要在鉆孔前安裝護(hù)筒，以保證施工過程順利推進(jìn)；利用挖掘機(jī)制作護(hù)筒坑并埋置護(hù)筒，護(hù)筒直徑為1.5 m，高度和厚度均為6.5 m；埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，護(hù)筒頂部的高度應(yīng)分別高出地面和水面0.3 m和1～2 m，保證孔內(nèi)泥漿面不低于孔外水位，避免出現(xiàn)地下水滲入孔內(nèi)。隨后，根據(jù)鉆孔灌注樁的大小和直徑等因素，選擇合適的泥漿池制備泥漿。泥漿制備是鉆孔灌注樁施工中的重要環(huán)節(jié)，泥漿的密度影響著施工質(zhì)量，當(dāng)泥漿密度較小時(shí)，孔壁上形成的泥皮較薄，降低了鉆孔的穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致坍孔等問題；當(dāng)泥漿密度較大時(shí)，孔壁上形成的泥皮則較厚，容易減小基樁的承載力，造成施工質(zhì)量問題，同時(shí)過濃的泥漿，增加了鉆孔和清孔的難度，延長了鉆孔時(shí)間，降低了施工效率。因此，泥漿制備須符合標(biāo)準(zhǔn)，采用優(yōu)質(zhì)黏土，砂率不超過4%，黏度保持在17～20 s內(nèi)，pH值不超過6.5，以保證鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量。

利用旋挖機(jī)進(jìn)行成孔施工，在鉆孔過程中應(yīng)控制鉆孔速度，并保持平穩(wěn)，保證樁孔垂直，若出現(xiàn)位移和傾斜等情況應(yīng)及時(shí)修正。為提高樁基的承載力，減小孔底沉渣造成的不利影響，需要在鉆孔后進(jìn)行清孔操作，技術(shù)人員首先對孔深、孔徑和鉆孔的傾斜度進(jìn)行檢查，在符合鉆孔規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行清孔，采用掏渣法將沉渣清理干凈。完成清孔后需要制作并安裝鋼筋籠，選擇HPB235圓鋼作為鋼筋籠的吊筋，其直徑為6 mm。在岸上加工完成鋼筋籠后，為提高施工效率，減少不必要的時(shí)間成本，使用25 t汽車吊進(jìn)行吊裝，在吊運(yùn)過程中，采用雙根鋼絲繩避免出現(xiàn)鋼筋籠掉落等現(xiàn)象。在安裝過程中，應(yīng)保證鋼筋籠放置的垂直度，并對準(zhǔn)孔位，提高鋼筋籠吊裝的準(zhǔn)確性，降低出現(xiàn)鋼筋籠變形的風(fēng)險(xiǎn)。在灌注水下混凝土前，需要進(jìn)行二次清孔并采用測繩法對孔底沉淀厚度進(jìn)行檢測，以杜絕孔底沉渣超標(biāo)現(xiàn)象，提高鉆孔樁的規(guī)范性，為水下混凝土澆筑奠定良好基礎(chǔ)。采用C30水下混凝土作為澆筑材料，設(shè)計(jì)坍落度保持在180～220 mm范圍內(nèi)，導(dǎo)管埋設(shè)深度保持在2～6 m范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)斷樁事故，同時(shí)應(yīng)控制灌注樁樁頂?shù)母叨瘸^原設(shè)計(jì)樁頂高度的0.5～1.0 m，以保障樁身強(qiáng)度。在澆筑過程中，應(yīng)根據(jù)鋼筋骨架與灌注混凝土之間的高度差調(diào)整澆筑速度，例如當(dāng)兩者之間的高差為1 m時(shí)，澆筑人員應(yīng)減緩澆筑速度，以降低水下混凝土的上升動能作用，提高水下混凝土的成樁效果。

2 鉆孔樁施工技術(shù)控制策略應(yīng)用效果分析

隨機(jī)選擇該橋涵工程中的40根鉆孔灌注樁進(jìn)行樁身的完整性檢測和基樁的承載力檢測，以檢驗(yàn)鉆孔樁施工技術(shù)控制策略的應(yīng)用效果，其中長度為25 m、30 m、35 m、40 m和45 m的鉆孔樁數(shù)量均為8根，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)遵循《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》[7-8]。不同樁長的樁身完整性檢測如圖1所示。

由圖1可知，40根鉆孔灌注樁樁身完整度等級主要為Ⅰ級和Ⅱ級，其中樁長為35 m、40 m和45 m的鉆孔樁的樁身完整度等級均為Ⅰ級；在30 m鉆孔樁中，有7根鉆孔樁的樁身完整度等級為Ⅰ級；在25 m鉆孔樁中，僅有2根鉆孔樁的樁身完整度等級為Ⅱ級。從整體來看，Ⅰ級和Ⅱ級鉆孔灌注樁占比分別達(dá)到92.5%和7.5%，達(dá)到公路橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)。可以看出，隨著檢測數(shù)量的增加，鉆孔灌注樁的樁身完整度穩(wěn)定在Ⅰ級，減少了鉆孔灌注樁的不穩(wěn)定性。由此可知，該控制策略減少了鉆孔灌注樁缺陷，提高了樁身完整性，提升了鉆孔灌注樁質(zhì)量。不同樁長的基樁承載力檢測結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著樁頂荷載的不斷增加，所有鉆孔灌注樁的樁頂位移呈增長趨勢，其中45 m鉆孔灌注樁的位移長度最小，其最大位移長度約為9 mm，同時(shí)該基樁的承載能力最為穩(wěn)定；其次是40 m鉆孔灌注樁，當(dāng)樁頂荷載為7 500 kN時(shí)，其樁頂位移達(dá)到最大，為10 mm；35 m鉆孔灌注樁的基樁承載力較好，其最大位移長度相較于同等情況下30 m鉆孔樁減少了約2 mm；25 m鉆孔灌注樁的基樁承載力效果最差，其最大位移長度達(dá)到18 mm，相較于45 m鉆孔灌注樁增加了9 mm，在所有鉆孔樁中達(dá)到最高。可以看出，該控制策略增強(qiáng)了基樁強(qiáng)度和承載力，提高了鉆孔灌注樁的穩(wěn)定性和安全性。

3 結(jié)束語

作為公路橋梁建設(shè)中的關(guān)鍵一環(huán)，鉆孔灌注樁施工技術(shù)直接影響著橋涵施工質(zhì)量，對橋梁工程的安全性和使用性能有著關(guān)鍵意義。為提高鉆孔灌注樁施工質(zhì)量，該文研究并設(shè)計(jì)了鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制對策，并對其有效性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。在樁身完整性檢測中，鉆孔灌注樁樁身完整度等級主要為Ⅰ級和Ⅱ級，Ⅰ級和Ⅱ級鉆孔灌注樁占比達(dá)到92.5%和7.5%。在基樁承載力檢測中，45 m鉆孔灌注樁的承載效果最好，其最大位移長度約為9 mm，25 m鉆孔灌注樁的基樁承載力效果最差，其最大位移長度達(dá)到18 mm?？梢钥闯觯撱@孔灌注樁施工控制方法減少了基樁缺陷，降低了鉆孔灌注樁的脆弱

性和安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了基樁的完整性和承載力，有利于提高公路橋梁建設(shè)的質(zhì)量，為我國公路橋梁交通網(wǎng)的建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。但該文研究還存在數(shù)據(jù)量不足的局限性，在未來的研究中需要擴(kuò)大數(shù)據(jù)量，豐富研究成果。

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收稿日期：2024-02-05

作者簡介：徐熊（1991—），男，本科，工程師，從事工程管理工作。