公路橋梁施工中鉆孔灌注樁的質(zhì)量控制措施

石曉雷

摘 要：鉆孔灌注樁是樁基礎(chǔ)的一種，在公路橋梁工程中有著非常廣泛的應(yīng)用，其能夠解決基礎(chǔ)承載力不足的問題。但是近年來鉆孔灌注樁在施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡鉆、孔壁塌陷、樁身傾斜、包砂夾泥等一系列質(zhì)量問題，但目前對(duì)于施工工序過程中具體的控制措施研究仍然較少。為預(yù)防這些問題的發(fā)生，作者認(rèn)為需要在施工全過程中控制、完善并細(xì)化施工方案設(shè)計(jì)，確保樁基的施工質(zhì)量，這樣才能使工程建設(shè)取得更好的預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;鉆孔灌注樁;質(zhì)量控制措施

中圖分類號(hào)：U445.551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

近年來，鉆孔灌注樁的施工朝著大直徑、高孔深的方向發(fā)展，對(duì)工程質(zhì)量有著更高的要求。鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量直接影響整個(gè)橋梁或公路的質(zhì)量與安全，深入開展關(guān)于鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制的研究，對(duì)于保證公路橋梁施工質(zhì)量安全具有重要意義。

1 鉆孔灌注樁的技術(shù)特點(diǎn)

鉆孔灌注樁的施工可分為鉆孔和灌注兩個(gè)階段。鉆孔階段可借助專業(yè)的機(jī)械進(jìn)行，也可通過人工挖掘的方式，在地基中鉆出相應(yīng)的樁孔;灌注階段需要在完成鉆孔的清理后，在其內(nèi)部設(shè)置鋼筋籠并灌注混凝土成樁。依照護(hù)壁形式的不同，可將鉆孔灌注樁的施工方式分為泥漿護(hù)壁施工和全套管施工兩種，前者是最為常用的形式，基本施工流程為：場(chǎng)地平整→制備護(hù)壁泥漿→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位和固定→鉆進(jìn)成孔、清孔→鋼筋籠制作和下放→水下混凝土灌注→護(hù)筒拔出→質(zhì)量檢測(cè)。后者除了不需要制備泥漿和清孔，其他步驟與前者基本一致，在對(duì)套管進(jìn)行壓入的過程中，需要對(duì)照挖掘開始階段5 m～6 m深時(shí)的垂直度來對(duì)壓入套管的垂直度進(jìn)行控制，可利用水準(zhǔn)儀、鉛垂等進(jìn)行隨時(shí)校核。鉆孔灌注樁具有幾個(gè)比較顯著的技術(shù)特點(diǎn)：（1）施工噪聲相對(duì)較小，產(chǎn)生的振動(dòng)影響范圍小，基本被限制在施工區(qū)域范圍內(nèi)。（2）現(xiàn)場(chǎng)灌注成樁的方式可使施工人員根據(jù)實(shí)際情況來對(duì)樁徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，與預(yù)制樁相比，可得到更大直徑的樁體。（3）能夠很好地適應(yīng)各種地基條件，性能優(yōu)越。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況

某高速公路全長(zhǎng)79.092 km，依據(jù)雙向四車道的高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，設(shè)計(jì)的行車速度為80 km/h，橋梁荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，路基寬度為24.5 m。由于本工程項(xiàng)目樁基多處于河道，河道內(nèi)樁基施工是橋梁下部工程施工的關(guān)鍵，橋梁的上部結(jié)構(gòu)采用后張法預(yù)應(yīng)力小箱梁。橋梁主線橫跨金錢河，樁基直徑1.0 m～2.4 m，共計(jì)160根樁，最長(zhǎng)樁和最短樁長(zhǎng)度分別為38 m、18 m。橋梁樁基嵌入中風(fēng)化花崗巖，樁基礎(chǔ)施工時(shí)全部采用鉆孔灌注樁技術(shù)。如何有效把握鉆孔灌注樁的施工操作要點(diǎn)，加強(qiáng)施工過程的質(zhì)量控制，成為本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)。

2.2 鉆孔灌注樁施工工藝

2.2.1 施工場(chǎng)地準(zhǔn)備

在工程開工建設(shè)之前需要對(duì)控制性樁點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)交樁，結(jié)合圖紙規(guī)范和地形地質(zhì)及水文資料對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)勘探。根據(jù)橋墩的設(shè)計(jì)坐標(biāo)和基線控制網(wǎng)絡(luò)，使用全站儀和GPS-RTK實(shí)現(xiàn)樁基位置的精確定位，并在每個(gè)樁位加設(shè)4根護(hù)樁。由于本項(xiàng)目樁基在河道內(nèi)施工，鉆孔場(chǎng)地位于淺水地區(qū)，因此采用筑島法施工。筑島地面高程應(yīng)比施工水位線高出0.75 m～1 m，筑島面積應(yīng)由鉆孔設(shè)備平臺(tái)、泥漿池、沉淀池及施工便道的位置來確定。鉆機(jī)就位前，需要進(jìn)行場(chǎng)地清表并夯填密實(shí)，鉆機(jī)設(shè)備應(yīng)安裝牢固防止傾覆，鉆機(jī)不能放置在松軟地層上，以防止因?yàn)椴痪鶆虺料輰?dǎo)致孔位偏移。在施工場(chǎng)地應(yīng)布設(shè)泥漿循環(huán)環(huán)保系統(tǒng)，池面泥漿高度應(yīng)低于護(hù)筒頂部0.5 m～1 m，泥漿系統(tǒng)容量由各個(gè)樁孔的孔深和排渣量確定。

2.2.2 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒埋設(shè)起到了保護(hù)孔壁和樁位固定的雙重作用，施工時(shí)要使得孔內(nèi)泥漿高于地下水位，形成一定的靜水壓力和泥皮厚度，以確?？妆诘姆€(wěn)定。本項(xiàng)目使用GPS-RTK測(cè)設(shè)樁位坐標(biāo)、地面及護(hù)筒高程，從而確定理論鉆孔深度。為了保證護(hù)筒具有足夠的剛度，使用一定厚度的鋼板卷制而成，內(nèi)徑應(yīng)在樁基直徑上增加200 mm;護(hù)筒中心與孔中心的水平偏差應(yīng)在50 mm范圍內(nèi)，垂直線與樁中心的傾斜率應(yīng)小于1%。在受河流沖刷影響的河道施工時(shí)，埋置護(hù)筒位置應(yīng)低于局部常水位沖刷線以下1.0 m～1.5 m。此外對(duì)于護(hù)筒連接處應(yīng)保證其耐拉壓的性質(zhì)和不漏水特性。對(duì)于潮水區(qū)域施工的情況，護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)在最高水位之上1.5 m～2.0 m，同時(shí)采取措施以保證護(hù)筒內(nèi)水頭高度的穩(wěn)定。

2.2.3 鉆孔過程與泥漿護(hù)壁

本項(xiàng)目采用沖擊鉆機(jī)成孔的方式，為保證鉆孔質(zhì)量，應(yīng)控制鉆進(jìn)速度，以較小的沖程開始沖孔，待鉆進(jìn)深度大于鉆頭高度后，再加大沖程沖孔，同時(shí)根據(jù)不同的地層地質(zhì)條件改變鉆進(jìn)時(shí)的鉆進(jìn)速度。鉆進(jìn)時(shí)根據(jù)鉆進(jìn)速度快慢填補(bǔ)孔內(nèi)漿液，維持泥漿面的高程不變，以免發(fā)生塌孔現(xiàn)象。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高位置，利用清孔鉆頭進(jìn)行第一次清孔處理，鉆孔泥漿由膨潤(rùn)土、水和添加劑按比例調(diào)配，應(yīng)滿足泥漿主控性能參數(shù)指標(biāo)，見表1。鉆機(jī)施工初期，為了避免產(chǎn)生“吸鉆”現(xiàn)象導(dǎo)致孔壁縮頸，在泥漿容易滲漏的砂石地層中可提高泥漿比重和泥漿黏度，以維持孔壁的穩(wěn)定。

2.2.4 清孔

當(dāng)鉆孔位置達(dá)到了設(shè)計(jì)樁底高程，應(yīng)檢測(cè)孔深、孔徑和傾斜率是否合格，在灌注前完成清孔工序，以清除泥漿中的沉渣，防止對(duì)混凝土的質(zhì)量造成影響。第一次清孔后應(yīng)對(duì)沉淀厚度和泥漿主控指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，清孔后灌注前的泥漿比重范圍為1.03～1.10，黏度應(yīng)為18 s～22 s，含砂率應(yīng)小于2%，沉淀厚度應(yīng)小于15 cm，待檢驗(yàn)合格后再安裝鋼筋籠。當(dāng)鋼筋籠安裝完成之后，將泥漿泵插入導(dǎo)管中進(jìn)行第二次清孔以循環(huán)孔內(nèi)泥漿。清孔過程應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充孔內(nèi)漿液，以保持孔內(nèi)水頭高度不變，防止造成塌孔現(xiàn)象。

2.2.5 鋼筋籠制作與安裝

樁基礎(chǔ)鋼筋籠的制作采用數(shù)控化機(jī)械設(shè)備，由專用鋼筋加工車間加工成型，主筋的接頭錯(cuò)開布置。由板車將鋼筋籠運(yùn)送至孔位現(xiàn)場(chǎng)，在運(yùn)輸和吊裝時(shí)為了防止鋼筋骨架產(chǎn)生變形，應(yīng)在加強(qiáng)箍筋的內(nèi)部焊接三角形加勁筋，以增加其橫向剛度。對(duì)于較長(zhǎng)的樁基，鋼筋籠應(yīng)分成2節(jié)進(jìn)行加工和制作，在施工現(xiàn)場(chǎng)采用雙面焊接的方式安裝連接，并保證焊縫長(zhǎng)度不小于主筋直徑的5倍。為了確保鋼筋保護(hù)層的厚度符合要求，綁扎帶有中心圓孔的混凝土墊塊，采用梅花型布置，沿鋼筋籠的縱向每隔2 m布設(shè)一道，每道布置4塊。在鋼筋籠的下放過程中，應(yīng)采取有效的定位措施，用原設(shè)計(jì)樁頂高程減去測(cè)定的孔口高程和超灌高度確定定位鋼筋的長(zhǎng)度，定位鋼筋與鋼筋籠骨架主筋的安裝使用雙面焊接的連接方式。安裝過程中為了減小鋼筋籠骨架中心與孔位中心的偏差以滿足混凝土保護(hù)層的規(guī)范要求，在灌注混凝土之前對(duì)鋼筋籠中心進(jìn)行對(duì)中，并將定位筋固定在護(hù)筒頂部。

2.2.6 混凝土灌注與導(dǎo)管埋深

本項(xiàng)目采用導(dǎo)管法進(jìn)行樁基礎(chǔ)灌注，混凝土采用水下自密的振搗方式。安裝導(dǎo)管由多節(jié)直徑為200 mm～350 mm的鋼管拼接而成，采用螺紋連接，內(nèi)置橡膠墊密封防水。為了提高連接的密實(shí)性，在外部加錐形活套。在灌注前需要進(jìn)行導(dǎo)管接頭的抗拉試驗(yàn)和水密承壓試驗(yàn)，對(duì)各節(jié)導(dǎo)管進(jìn)行編號(hào)并標(biāo)示尺度。灌注要求導(dǎo)管底部距孔底30 cm～

40 cm的距離，需要計(jì)算并控制首批封底混凝土方量以保證導(dǎo)管下口的埋深為1 m～3 m。灌注時(shí)同步測(cè)量砼面高度位置和孔內(nèi)漿位的升降變化，及時(shí)提升導(dǎo)管并分段拆除，以保證導(dǎo)管的埋深滿足2 m～6 m的施工要求。灌注過程中需要逐步拆除導(dǎo)管，拆管的間隔應(yīng)控制在20 min內(nèi)，對(duì)于已拆下的管節(jié)應(yīng)清理干凈后整齊放置。當(dāng)砼灌高度接近設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的灌注速度，以保證樁頭的施工質(zhì)量，并在樁頂標(biāo)高以上再加灌60 cm～100 cm，同時(shí)在灌注結(jié)束后使用環(huán)刀法切除樁頭。

2.3 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量隱患與控制措施

2.3.1 成孔質(zhì)量隱患與控制

鉆孔過程中由于地質(zhì)水文環(huán)境的復(fù)雜性以及施工過程中人為不可控因素導(dǎo)致的質(zhì)量隱患主要有鉆孔漏漿、塌孔縮頸和鉆孔偏斜等。主要控制措施如下：（1）為防止塌孔縮徑，對(duì)于河道內(nèi)樁基施工有必要增加護(hù)筒埋設(shè)深度，護(hù)筒周圍填筑黏土并夯實(shí)。在鉆孔過程中及時(shí)修復(fù)和更換鉆頭，避免因?yàn)殂@頭磨損引起孔徑縮頸現(xiàn)象。（2）為避免鉆孔漏漿，改進(jìn)泥漿配合比設(shè)計(jì)，按照鉆孔速度及時(shí)補(bǔ)充新的泥漿。（3）為避免出現(xiàn)鉆孔傾斜，施工場(chǎng)地要平整壓實(shí)并確保鉆進(jìn)時(shí)地層穩(wěn)固，保證鉆孔速度穩(wěn)定。鉆進(jìn)過程中反復(fù)掃孔，合理調(diào)整鉆頭轉(zhuǎn)向裝置，保證鉆頭提升過程平穩(wěn)。（4）當(dāng)孔壁坍陷時(shí)，則需要回填塊石至塌孔高度2 m以及上，碾壓并夯實(shí)后再進(jìn)行重新鉆進(jìn)。

2.3.2 灌注質(zhì)量隱患與控制

灌注過程中常見的質(zhì)量隱患有鋼筋籠上浮、斷樁、灌注高度不足等。為了保證灌注樁成樁質(zhì)量，主要措施如下：（1）灌注混凝土前對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行2次清理，并測(cè)定是否滿足沉淀層厚度和泥漿性能指標(biāo)，再進(jìn)行后續(xù)灌注作業(yè)。（2）首次灌砼的方量應(yīng)保證滿足導(dǎo)管具有1 m以上的埋深，在灌注時(shí)保持2 m～6 m的導(dǎo)管埋深，拆除導(dǎo)管須滿足導(dǎo)管下口埋深在2 m以上。（3）針對(duì)不同的地層超灌高度控制在0.5 m～1.0 m，對(duì)于地質(zhì)環(huán)境較差的情況下，應(yīng)適當(dāng)增加超灌高度保證樁頭質(zhì)量。

3 結(jié)語

總之，公路橋梁施工中，鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用能夠提高橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和承載能力，減少地質(zhì)因素對(duì)橋梁施工的影響，保障橋梁的使用安全。而在對(duì)鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，施工技術(shù)人員應(yīng)充分考慮鉆孔灌注樁的特點(diǎn)，明確施工中需要注意的事項(xiàng)，從公路橋梁工程的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，做好施工管理工作，將鉆孔灌注樁施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和作用最大限度地發(fā)揮出來，推動(dòng)公路事業(yè)的健康發(fā)展。

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