公路橋梁固結(jié)擴盤樁施工技術(shù)研究

0 引言

在公路橋梁建設(shè)中，地基處理是確保橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)雖然應(yīng)用廣泛，但在特定地質(zhì)條件下存在一定的局限性。固結(jié)擴盤樁由于其獨特的承載機制和較強的適應(yīng)性，在軟土、砂土及承載力較低的地基條件下有著更為優(yōu)越的工程性能，所以在特殊地基條件下，可優(yōu)先考慮使用固結(jié)擴盤樁代替?zhèn)鹘y(tǒng)樁基礎(chǔ)。

在理論上，固結(jié)擴盤樁有著更顯著的性能，但實際施工中，擴盤樁會受地質(zhì)條件、施工設(shè)備和操作水平等影響，容易出現(xiàn)擴盤不均勻或塌孔現(xiàn)象，因此需要對擴盤樁工藝進行改進。本文將對基于高壓旋噴工藝的土體預(yù)固結(jié)改進技術(shù)，及其在固結(jié)擴盤樁施工中的應(yīng)用進行詳細(xì)研究，以期為今后的工程實踐提供有益參考。

1項目概況

1.1 工程基本狀況

某項目位于山東省德郛（德州）至高唐段工程施工一標(biāo)，固結(jié)擴盤樁技術(shù)主要應(yīng)用在黃河涯樞紐互通立交K0+080 主線橋建設(shè)。橋梁全長為 917m ，結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，橋面寬 12.75m 。主線橋上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，下部結(jié)構(gòu)為肋板臺、柱式墩，墩臺為擴盤樁基礎(chǔ)。橋臺及聯(lián)端過渡橋墩處均采用模數(shù)式伸縮縫，其他橋墩處均為橋面連續(xù)。

1.2工程地質(zhì)條件

橋址區(qū)屬黃河沖積平原地貌，地形較平坦，地面標(biāo)高最大值 24.40m ，最小值 23.31m ，地表相對高差 1.09m. 0根據(jù)工程地質(zhì)測繪及鉆探，橋址區(qū)在勘探深度范圍內(nèi)地層主要為第四系晚更新統(tǒng)沉積巖，依次為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂等。

1.3擴盤樁狀況

該項目中，擴盤樁樁徑為 1.2m ，樁長 26m ，樁身有3個盤體。其中，固結(jié)體直徑達(dá) 3.4m ，盤腔直徑為 2.4m 主樁直徑為 1.2m ，擴盤樁直徑為 1.4m 。擴盤樁所使用的HRB400型號鋼筋用量為2021.4kg，HPB300型號鋼筋用量351.4kg，鋼筋凈保護層厚度為70mm。混凝土采用C30水下混凝土，設(shè)計混凝土方量為 34.9m³ 。

2技術(shù)方案

2.1 技術(shù)原理

固結(jié)擴盤樁特殊之處在于，其擁有與樁身同軸且突出于樁身的承力盤體，是一種盤體嵌于固結(jié)體內(nèi)的復(fù)雜樁結(jié)構(gòu)。

擴盤樁的工作原理如下：盤體在樁身的不同深度位置上形成多級承載面，能顯著分散并減小荷載對土體的局部壓力，有效提高樁基的承載能力。同時，憑借固結(jié)體的加固作用，盤體周邊的土體得到加固，降低了土體的壓縮性，提高了土體內(nèi)的摩擦角和壓縮模量，使其物理力學(xué)性質(zhì)達(dá)到原狀土的2＼～4倍，以此來提高樁基的穩(wěn)定性。

2.2技術(shù)要求

在固結(jié)擴盤樁的設(shè)計過程中，盤體的數(shù)量、位置及直徑是關(guān)鍵要點。一般來說，擴盤的數(shù)量與尺寸，需根據(jù)項目的地質(zhì)條件、荷載要求和樁長進行綜合設(shè)計。

設(shè)計時，需計算樁基在豎向和水平向承載力，并考慮擴盤布置對樁基沉降和抗拔力的影響。通過合理布置盤體，可以確保樁基結(jié)構(gòu)在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定和高效的承載性能。

2.3技術(shù)創(chuàng)新

本技術(shù)在擴盤樁的工藝基礎(chǔ)上，采用高壓旋噴工藝方法對盤位所在土體進行“預(yù)固結(jié)”操作，減小了土體的壓縮量，使土體的豎向承載力及抗拔力得以成倍地提高。同時，固結(jié)體進一步擴大了土體的承載面積，從而降低了樁端及盤底壓力，達(dá)到了提高承載力、降低沉降的目的，從根源上徹底避免常規(guī)擴盤類樁基礎(chǔ)在擴孔過程中引發(fā)的塌孔風(fēng)險，有力保證了施工質(zhì)量。

3施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 固結(jié)體施工

3.1.1 施工順序

固結(jié)擴盤樁的施工，先從底部向上依次施工水泥土復(fù)合固結(jié)體，待固結(jié)體養(yǎng)護一周之后，再用鉆機鉆孔，形成盤腔，最后下鋼筋籠灌注成樁。

3.1.2 測量

根據(jù)設(shè)計提供的導(dǎo)線、水準(zhǔn)點，完成導(dǎo)線復(fù)測以及水準(zhǔn)網(wǎng)的加密工作。測量組安排專職測量員負(fù)責(zé)所有樁基放樣及復(fù)測工作，并按照施工區(qū)域落實專人負(fù)責(zé)制，以此確保樁基放樣及復(fù)測效率。

3.1.3RJP樁機就位

將RJP樁機就位、墊平并固定，同時配備空壓機、水泥漿制備系統(tǒng)等輔助設(shè)備。對樁機的垂直度進行校正與調(diào)整，RJP樁機具有自調(diào)平功能，結(jié)合現(xiàn)場測量放樣，確保樁基垂直度控制在允許范圍內(nèi)。現(xiàn)場采用三重管法鉆孔施工，切割土體并旋噴水泥漿，旋噴管的傾斜度不超過 0.5% 。

3.1.4鉆孔

鉆機成孔鉆進到預(yù)定的土層位置后，把帶有噴嘴的注漿管沿著孔位下放到設(shè)計標(biāo)高位置，通過噴射高壓水切削土體，水壓力需保持在1MPa以內(nèi)。鉆孔的位置與設(shè)計位置的偏差應(yīng)控制在 50mm 以內(nèi)。

3.1.5制備固化劑漿液并注漿

在RJP樁機鉆進的同時，后臺同步制備固化劑漿液。本項目固結(jié)體土的密度為 19kN/m³ ，水泥摻入比為 15% 經(jīng)計算得到固結(jié)體摻入水泥量為 285kg/m³ 。每個固結(jié)體由5個直徑 1.4m 、高度 2m 的圓柱形組合而成，據(jù)此可得每個固結(jié)體水泥用量為 4385kg 。待固化劑漿液制備完成，且樁基噴嘴達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，即可進行高壓旋噴注漿操作。

3.1.6拔管、沖洗

完成旋噴注漿操作后，應(yīng)立即抽出注漿管，并對管道進行清洗。為避免漿液硬化后收縮影響樁頂標(biāo)高，可考慮在相同位置采取重新注漿，或采用其他回灌方法。

3.2擴盤樁施工技術(shù)

3.2.1 測量放樣

復(fù)核橋梁的樁位坐標(biāo)，確認(rèn)設(shè)計圖紙?zhí)峁┑臉段粩?shù)據(jù)。測量人員采用全站儀，對樁位進行實地放樣（坐標(biāo)法），確定鉆孔樁樁位。用不短于 30cm 的木樁打入，在上面釘上鋼釘，并做好明確的標(biāo)志。

測量工作面標(biāo)高，確定打樁深度。樁位確定后，利用十字線放出4個護樁，將護樁作為埋設(shè)護筒的控制基準(zhǔn)。護筒埋設(shè)后，使用全站儀對樁位進行復(fù)測，復(fù)核施工樁位及護樁的精度。

3.2.2鋼護筒制作及埋設(shè)

護筒采用鋼質(zhì)護筒，鋼板高度 3m ，厚度 8mm ，在頂部、中部和底部加焊5mm厚、15cm高加強圈。護筒鋼板接頭焊接密實、飽滿。焊接連接處的內(nèi)壁應(yīng)光滑無突出物，且不得漏水。護筒頂部開設(shè) 20cm×20cm 的溢漿口。

護筒內(nèi)徑大于樁徑 30cm ，護筒埋置深度為 2.7m. 護筒中心與樁中心的平面位置偏差不得大于 5cm ，豎直方向傾斜度不得大于 1% ，鋼護筒頂高出原地面 0.3m 。用黏質(zhì)土回填護筒底部及外側(cè)四周，并分層夯實，避免護筒底口處漏漿。

3.2.3 鉆機就位

在樁基工程施工之前，需對鉆機的放置地點進行地面加固，以確保其穩(wěn)固性。依據(jù)設(shè)計圖紙進行放線，正確安裝護筒并用粘土圍實。調(diào)整鉆機至水平狀態(tài)并裝配導(dǎo)向套之后，方可開展鉆孔作業(yè)。

在進行鉆孔時要特別注意檢查鉆機的穩(wěn)定性，確認(rèn)鉆頭的中心與樁位中心嚴(yán)格對齊，偏差必須控制在10mm以內(nèi)。最后測量護筒頂標(biāo)高，并填寫報驗單，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后方可進行正式鉆孔施工。

3.2.4樁孔、盤腔成形

旋挖鉆機使用筒式鉆斗施工，施工前先調(diào)節(jié)鉆桿的垂直度。鉆孔前，應(yīng)測量旋切鉆頭張開后最大直徑位置與鉆頭箍圈或旋切鉆頭底部的垂直距離。鉆進至某一盤位時，應(yīng)超鉆該距離。

鉆機先成孔，鉆進至首個盤位，進行擴盤施工。當(dāng)擴盤指示器顯示盤端、盤徑滿足設(shè)計要求后，繼續(xù)鉆進，鉆擴與擴盤交替進行。鉆進孔深至圖紙規(guī)定深度后進行清渣。清孔后，沉渣厚度不得超過 200mm ，泥漿指標(biāo)須達(dá)標(biāo)。清孔時，孔內(nèi)水位應(yīng)保持在護筒下0.5m左右，以防止塌孔。

3.2.5成孔、盤腔檢測

固結(jié)擴盤樁施工完成后，應(yīng)使用井徑儀對樁孔和盤腔進行掃描自檢，檢測項目包括孔深、孔徑、盤位、盤腔直徑和盤腔高度。

3.2.6清孔

清孔采用換漿法清孔，清除鉆渣和沉淀層，保證樁身完整性。清孔時注意保持孔內(nèi)水位，防止出現(xiàn)塌孔。清孔后，泥漿的相對密度宜控制在 1.03～1.10 ，黏度宜為 17～20Pa?s ，含砂率宜小于 2% ，膠體率宜大于 98% 。

現(xiàn)場用鋼板制做一個 12cm×12cm×1cm 的鋼板片，在鋼板片中間焊接吊環(huán)，吊環(huán)連接測繩進行測量。現(xiàn)場工作人員利用鋼板片測量到樁底沉淀層表面的距離H1，再采用直徑 25mm 的鋼筋制做一個長度 15cm 的垂具，下探到沉淀層底，測得距離H2，沉淀層厚度為兩次測距的差值。

3.3混凝土灌注技術(shù)

3.3.1鋼筋籠制作與下放

鋼筋籠在滾焊機上制作成型，其設(shè)計長度為 12m 直徑為 2.8m ，總質(zhì)量為 2086.9kg 。在鋼筋籠成型后，需按設(shè)計圖紙在鋼筋籠外每隔2m設(shè)一組定位筋，每組4根定位筋，并均勻設(shè)于樁基加強筋四周。同時，進行聲測管的安裝工作，將聲測管綁扎于樁基鋼筋籠內(nèi)側(cè)，并用套筒連接。本項目所采用的聲測管型號為 SCG50×1.2–QY 共埋設(shè)3根管，聲測管與主筋綁扎固定，管底焊接盲蓋封閉，頂部用橡膠套封閉。

鋼筋籠采用起重機進行安放，在起吊鋼筋籠時，需取出臨時十字加筋撐，采用雙吊點勾掛鋼筋籠。第一吊點設(shè)在骨架的上部，使用主鉤起吊。起吊時，先提起第一吊點，使骨架微微離地，然后同時起吊第二吊點。

當(dāng)骨架完全離地后，停正第二吊點的起吊并放松鋼絲繩，直到骨架與地面垂直時，再停止第一吊點的起吊并解除第二吊點的鋼絲繩。之后，緩慢移動鋼筋籠，將其吊至孔位正上方，對準(zhǔn)并穩(wěn)住，再緩慢下放。

3.3.2 下導(dǎo)管

導(dǎo)管在使用前，必須進行水密承壓和接頭抗拉試驗。本工程采用直徑 30cm 圓形螺旋快速接頭導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)壁光滑、圓順、內(nèi)徑一致、接口嚴(yán)密。其導(dǎo)管壁厚4mm，每節(jié)長度 3m ，同時配有1＼～2節(jié)長度為1＼～1.5m的短管。導(dǎo)管使用前應(yīng)檢查是否漏氣、漏水和變形，導(dǎo)管間連接要安放密封圈。

3.3.3水下混凝土灌注

灌注前，需對孔底沉渣厚度進行測定并清理，保證沉渣厚度小于 200mm ，然后立即灌注首批水下混凝土。 首灌料導(dǎo)管安裝長度嚴(yán)格按照規(guī)范安裝，管底端距孔底 距離為 0.3～0.5m ，確保首灌量及埋管深度。導(dǎo)管埋入混 凝土深度宜為 2～6m。

嚴(yán)格控制提拔導(dǎo)管的速度，及時測量導(dǎo)管埋深及導(dǎo)管內(nèi)外混凝土灌注面的高差，填寫水下混凝土灌注記錄。

提升導(dǎo)管時，確保導(dǎo)管位置豎直并居中。導(dǎo)管拆除時間一般不超過15min，防止異物掉入孔中，注意安全并做好導(dǎo)管清洗保管。

3.4拔管

灌注完成后，需逐步拔出導(dǎo)管。拔管時要確保拔管速度與混凝土上升速度協(xié)調(diào)，避免因速度不當(dāng)而產(chǎn)生孔洞。同時，要密切監(jiān)測混凝土的上升情況，確保混凝土充填均勻，無空隙或缺陷。在成樁后一個月內(nèi)進行鉆孔取芯以檢測樁身質(zhì)量。

4結(jié)束語

本項目基于傳統(tǒng)擴盤類樁基施工工藝，創(chuàng)新性地采用固結(jié)擴盤樁技術(shù)，提出采用高壓旋噴工藝對盤位所在土體進行預(yù)固結(jié)，從根源上避免了常規(guī)擴盤類樁基礎(chǔ)擴孔過程中易引起的塌孔風(fēng)險，保證了施工質(zhì)量。同時，固結(jié)擴盤樁能夠大幅度減小樁基沉降和差異沉降，縮短樁長、節(jié)省投資。固結(jié)體在施工設(shè)計中僅作為確?？妆诜€(wěn)定性的措施，不考慮其對承載力的貢獻(xiàn)，因此在實際工程應(yīng)用中，可利用固廢膠凝材料代替水泥進行固結(jié)體施工，降低施工成本，減少環(huán)境污染，節(jié)約資源。

在未來，隨著建筑業(yè)在新材料領(lǐng)域的突破，可在盤體中引入高性能混凝土和纖維增強材料，以延長樁體的使用壽命。在人工智能技術(shù)的助力下，可通過機械設(shè)備自動化與智能化控制，提高施工精度與效率，最大程度減少人工誤差。此外，可利用有限元分析等數(shù)值模擬技術(shù)進一步優(yōu)化盤體布置及設(shè)計參數(shù)，提高樁身承載力。

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