水中鉆孔灌注樁施工工藝研究

摘要 為了提高水中鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，確保樁基的穩(wěn)定性和承載力，文章依托宿遷西段324省道改擴建工程西沙河中橋工程，對水中鉆孔灌注樁施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)分析，重點論述了鋼護(hù)筒埋設(shè)、鉆孔施工、清孔工藝、鋼筋籠和導(dǎo)管安裝以及混凝土灌注等關(guān)鍵施工步驟及工藝，有效解決了施工中的坍孔、泥漿流失等問題，為類似鉆孔灌注樁工程施工提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 水中鉆孔灌注樁；施工工藝；鋼護(hù)筒；混凝土灌注

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0100-03

0 引言

隨著橋梁、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，尤其是在水中復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，如何確保樁基的穩(wěn)定性和承載力成為工程行業(yè)面臨的重要問題[1]。鑒于此，該文以宿遷西段324省道改擴建工程西沙河中橋為研究對象，系統(tǒng)分析了水中鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵技術(shù)，不僅有助于提高施工效率和工程質(zhì)量，還能有效降低施工風(fēng)險和成本。

1 工程概況

該文以324省道宿遷西段改擴建工程西沙河中橋為研究對象。該橋梁位于江蘇省宿遷市境內(nèi)的西沙河上，橋址兩側(cè)地勢較低，地質(zhì)條件復(fù)雜多變。地質(zhì)勘察顯示，地表覆蓋層主要為粉質(zhì)黏土和細(xì)砂，局部區(qū)域存在砂卵石層，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為松散，易出現(xiàn)坍孔等不穩(wěn)定現(xiàn)象。西沙河水流較為湍急，季節(jié)性水位波動大，對橋梁基礎(chǔ)施工提出了較高要求。工程設(shè)計中，橋梁采用水中鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，共設(shè)有50根樁基，樁徑為1.5 m，樁基分布均勻，以確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。

2 水中鉆孔灌注樁施工要點

2.1 施工平臺建設(shè)

在設(shè)置施工平臺時，首先需要考慮水位的變化和施工荷載。水位變化會影響平臺的穩(wěn)定性，需要綜合考慮鉆機、混凝土設(shè)備、材料堆放等施工荷載。在水中鉆孔灌注樁施工中，西沙河中橋采用鋼板樁圍堰形成平臺基礎(chǔ)，圍堰內(nèi)的樁基布置需經(jīng)靜力和動力荷載計算[2，3]。

（1）靜力荷載計算

靜力荷載計算主要包括平臺自重、設(shè)備重量、施工人員及材料重量?？傡o力荷載計算公式為：

式中，n——樁基數(shù)量；Wt——總荷載（kN）；Q——每根樁基的承載力（kN）；其他同上。

首先，搭設(shè)排架結(jié)構(gòu)。排架結(jié)構(gòu)由鋼管樁與工字鋼組成的鋼結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成，具備縱移和橫移系統(tǒng)，其搭設(shè)類似于陸上施工，在其上架設(shè)雙排雙層工字鋼和大方木，形成穩(wěn)定的水上鉆孔工作平臺。施工前，根據(jù)測量人員提供的精確坐標(biāo)，在鋼便橋位置標(biāo)定出靠近橋梁的第一排鋼管樁的具體位置。鋼管樁打設(shè)完畢后，在鋼管樁上開口，并沿橫橋向鋪設(shè)工字鋼至豁口內(nèi)。為確保穩(wěn)定性，工字鋼應(yīng)點焊固定在鋼管樁上。第一排鋼管樁及其上方的工字鋼結(jié)構(gòu)體系的搭設(shè)完成后，進(jìn)一步鋪設(shè)雙排雙層工字鋼和大方木，以形成更為穩(wěn)固的工作平臺。

在河中埋設(shè)鋼護(hù)筒時，需根據(jù)地質(zhì)條件將其打入河床1.5～2.0 m深，以確保護(hù)筒的穩(wěn)定性和防止泥漿漏失。整個施工過程中，須精確控制鋼護(hù)筒的垂直度和位置，確保其與設(shè)計坐標(biāo)的誤差在允許范圍內(nèi)。水上平臺搭設(shè)平面如圖1所示。

2.2 鋼護(hù)筒埋設(shè)

鋼護(hù)筒的主要作用是支撐孔壁，防止塌孔，并在灌注混凝土?xí)r形成封閉空間，防止泥漿流失[4]。水中鋼護(hù)筒采用A3鋼板卷制而成，其厚度為12 mm，以確保其在施工過程中的強度和耐久性。制作過程中，首先將鋼板切割成預(yù)定尺寸，然后通過卷板機將其卷制成圓筒形。護(hù)筒內(nèi)徑為2.0 m，比鉆頭直徑大20 cm，以便于孔內(nèi)操作和導(dǎo)管下放。卷制好的鋼筒需進(jìn)行雙面焊接，焊縫應(yīng)連續(xù)、均勻，焊接質(zhì)量需符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保無漏焊、虛焊和氣孔現(xiàn)象。

鋼護(hù)筒的埋設(shè)技術(shù)包括護(hù)筒下沉、定位和固定。埋設(shè)前，需對場地進(jìn)行仔細(xì)測量和放樣，確保護(hù)筒位置與設(shè)計樁位的準(zhǔn)確性。埋設(shè)過程中，使用吊機或振動錘將鋼護(hù)筒緩慢下沉至設(shè)計深度，通常為1.5～2.0 m。護(hù)筒下沉須保持垂直，避免傾斜和偏移，護(hù)筒傾斜度不得超過1%。下沉過程中，如遇硬質(zhì)土層或障礙物，可采用沖擊鉆或高壓水槍輔助下沉。護(hù)筒下沉到預(yù)定深度后，需進(jìn)行位置調(diào)整和固定，確保護(hù)筒頂面高出地面或水面1～2 m，以防止泥漿溢出和外部水流進(jìn)入。

2.3 鉆孔施工

在水中鉆孔灌注樁的施工中，關(guān)鍵控制點在于鉆孔垂直度的保持和孔壁的穩(wěn)定。定位時應(yīng)確保鉆頭與護(hù)筒中心線一致，誤差不應(yīng)超過50 mm。鉆進(jìn)過程中，需實時監(jiān)測孔壁的穩(wěn)定情況，防止出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象。水上鉆孔就位如圖2所示。

在泥漿護(hù)壁施工中，泥漿的性能應(yīng)滿足表1要求。

鉆進(jìn)速度需根據(jù)地層特性和設(shè)備能力進(jìn)行優(yōu)化[5]。在軟土層和松散砂層中，宜采用較慢的鉆進(jìn)速度，防止因快速鉆進(jìn)導(dǎo)致孔壁不穩(wěn)或泥漿失效。在硬質(zhì)巖層中，則需提高鉆進(jìn)功率，采用適當(dāng)?shù)你@頭以提高鉆進(jìn)效率。深度控制方面，需嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行，確保每個樁孔都達(dá)到規(guī)定的深度和嵌入巖層的深度。鉆進(jìn)過程中，應(yīng)持續(xù)監(jiān)測鉆頭的磨損情況和鉆進(jìn)效率，及時更換或調(diào)整鉆頭，以確保施工順利進(jìn)行。

成孔完成后，需進(jìn)行孔徑和孔深檢查，確保符合設(shè)計要求。清孔過程通常采用高壓水清孔，反復(fù)多次進(jìn)行，直至孔底沉渣厚度和泥漿性能達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。清孔結(jié)束后，進(jìn)行孔內(nèi)泥漿性能的最終檢測，確保其比重、黏度等指標(biāo)滿足灌注混凝土的要求。對西沙河中橋樁號ZP-1、ZP-2和ZP-3三處鉆孔后的成孔和清孔進(jìn)行檢查，結(jié)果見表2。

2.4 清孔工藝

在水中鉆孔灌注樁施工中，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計圖紙規(guī)定的深度且成孔質(zhì)量符合要求后，需立即進(jìn)行清孔作業(yè)，以確?？椎椎那鍧嵍?。清孔工藝分為一次清孔和二次清孔，兩者在施工時機和目的上有所不同[6]。一次清孔通常在鉆孔完成后立即進(jìn)行，其目的是清除鉆孔過程中產(chǎn)生的鉆渣和泥漿沉積，防止這些雜質(zhì)影響孔底的平整度和鋼筋籠的安裝。二次清孔是在鋼筋籠和導(dǎo)管安裝完成后進(jìn)行，進(jìn)一步清除因鋼筋籠安裝或泥漿擾動而殘留的沉渣，確保混凝土灌注時孔底干凈。

采用換漿法進(jìn)行清孔，清除孔底的鉆渣和泥砂等沉淀物。將鉆具稍向上提升30～40 cm，同時正循環(huán)注入優(yōu)質(zhì)泥漿，將孔底的沉淀物置換出來。清孔過程需持續(xù)進(jìn)行，直至檢查確認(rèn)孔底的鉆渣沉淀層厚度小于或等于設(shè)計和規(guī)范要求。達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)后，即可停止清孔，確保樁基施工質(zhì)量不受沉渣影響。

2.5 鋼筋籠與導(dǎo)管安裝

在水中鉆孔灌注樁施工中，鋼筋籠骨架在鋼筋加工場加工完成，采用分節(jié)綁扎法，每節(jié)長度根據(jù)起重機吊臂的能力和鋼筋骨架的防變形要求設(shè)定，一般為8～12 m。

鋼筋連接采用焊接方式，焊接長度不小于10倍的鋼筋直徑（10 d）。首先制作頂籠部分，頂籠主筋需與胎架限位擋板保持垂直，按照設(shè)計要求均勻分布，確保主筋間距符合規(guī)范。第二節(jié)及后續(xù)節(jié)段的鋼筋籠制作時，需對接前后籠的主筋端頭并頂緊后再擰上套筒，同時進(jìn)行加強圈的焊接施工，最終完成鋼筋籠的整體組裝。制作完成后，鋼筋籠需懸掛標(biāo)示標(biāo)牌，標(biāo)明用途和質(zhì)檢情況，并在同一地點統(tǒng)一堆放，防止混亂堆放導(dǎo)致的串籠現(xiàn)象。鋼筋籠的運輸采用機械設(shè)備，并在運輸過程中加入臨時十字撐以防止變形，現(xiàn)場存放時采用木方支墊，防止雨水污染。

在鋼筋籠及聲測管的安裝過程中，吊車用于鋼筋籠的起吊和下放，須保持鋼筋籠的垂直度，并按設(shè)計圖紙要求設(shè)置混凝土墊塊，控制保護(hù)層厚度，防止鋼筋籠嵌入孔壁泥中。通過鋼筋籠限位裝置和線墜，精確控制樁位中心與鋼筋籠中心的重合。對于需要設(shè)置聲測管的樁基，按設(shè)計要求預(yù)埋聲測管，確保聲測管的暢通無阻，固定在鋼筋籠架立筋內(nèi)側(cè)，焊接牢固密封。

導(dǎo)管的拼裝和吊裝需在鋼筋骨架定位后立即進(jìn)行。導(dǎo)管經(jīng)過試拼和水密承壓試驗合格后，按標(biāo)注的尺寸和序號拼裝，并由下向上吊放至孔內(nèi)。導(dǎo)管底端距離孔底約30 cm，導(dǎo)管的總長度根據(jù)孔深和澆筑平臺的高度計算確定。使用鉆機上副卷揚機進(jìn)行導(dǎo)管的提升和下降，并在導(dǎo)管吊裝定位后立即安裝儲料斗，以確保首批混凝土能夠確保導(dǎo)管埋深超過1 m。

2.6 混凝土灌注

混凝土灌注流程包括首批混凝土下料、連續(xù)灌注和導(dǎo)管提升等步驟。首批混凝土的下料量需滿足導(dǎo)管底部封堵的要求，一般不少于6 m3，導(dǎo)管底部應(yīng)充滿混凝土并形成穩(wěn)定的底部封堵層。灌注過程中，保持混凝土的連續(xù)供應(yīng)，避免因停頓導(dǎo)致的冷縫或混凝土分層現(xiàn)象，灌注速度按4～6 m3/h控制，防止過慢導(dǎo)致的混凝土初凝。

首批混凝土灌注后埋深在1 m以上，提拔導(dǎo)管時，應(yīng)逐步提升，提升高度控制在20～30 cm，導(dǎo)管底部始終埋于混凝土中至少2 m，且不大于6 m，以避免泥漿或水進(jìn)入混凝土內(nèi)部導(dǎo)致質(zhì)量問題。導(dǎo)管的拆除順序需根據(jù)灌注量和導(dǎo)管埋深的實際情況調(diào)整，確?；炷脸涮铒枬M且無空隙。

在整個灌注過程中，實時監(jiān)測混凝土的坍落度、泵送壓力和導(dǎo)管埋深，確?；炷恋倪B續(xù)性和密實性。每次灌注的混凝土數(shù)量和時間需準(zhǔn)確記錄，以防止過量或不足。導(dǎo)管提升應(yīng)緩慢、均勻，避免混凝土中斷。鉆孔樁頂面灌注應(yīng)超出設(shè)計高程0.8～1 m，以便在成樁后進(jìn)行截樁處理。灌注完成后，需及時進(jìn)行樁頂面修整，去除多余的混凝土和浮漿，確保樁頂面平整、密實。表3為西沙河中橋樁號ZP-1、ZP-2和ZP-3三處混凝土灌注過程的監(jiān)測結(jié)果。

3 結(jié)語

綜上所述，該研究系統(tǒng)探討了水中鉆孔灌注樁的施工工藝，通過對鋼護(hù)筒的選擇與安裝、泥漿性能的控制，以及鋼筋籠和導(dǎo)管的正確安裝等方面的分析，驗證了該工藝在復(fù)雜地質(zhì)條件下的有效性。研究結(jié)果表明，合理的施工設(shè)計和嚴(yán)格的質(zhì)量控制能夠顯著提高樁基的穩(wěn)定性和承載力，減少施工過程中的風(fēng)險。

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收稿日期：2024-08-01

作者簡介：施振國（1987—），男，本科，工程師，研究方向：道路與路橋施工技術(shù)。