淺析橋梁大直徑擠擴支盤樁施工技術

張波

摘要：本文結合某大橋樁基工程，對大直徑擠擴支盤樁技術在橋梁工程中的實際應用進行了探索和研究，總結了大直徑擠擴支盤樁技術在橋梁工程中的施工工藝及施工要點，為擠擴支盤樁技術在橋梁工程中的應用奠定了理論基礎。

關鍵詞：擠擴支盤樁；橋梁：施工

1引言

隨著我國經濟的快速發展以及不斷取得的成就，國內各行業獲得了前所未有的發展良機，發展尤為迅速的便是交通運輸業。近年來，國家持續加大對基礎建設項目的投資力度，公路橋梁等因此也可以采取一些新技術，提升了橋梁的建筑水平。其中，樁基礎的應用是橋梁建設的重要組成部分。作為根據仿生學原理而建立的一種新型結構的鋼筋混凝土灌注樁，擠擴支盤樁從出現到現在已經有近20年的歷史，其在提高承載力、減少沉降、縮短工期、節約成本方面具有較大優勢。同時，該樁型施工機械簡單、適應土層廣泛，能有效減小樁徑及樁長，在抗水平荷載、反復荷載及抗拔性能方面明顯增強，具有廣闊的應用前景。但是，由于擠擴支盤樁的發展及應用歷史較短，公共設施的建設要求也越來越高，迫切需要擠擴支盤樁在大直徑方面得到更大的應用，以開創樁基工程的新局面。

2適用范圍

擠擴支盤樁適合在多種土層中成盤，一般為軟可塑一堅硬狀態的粘性土、稍密一密實的粉土、砂土和碎石土、極軟巖和節理很發育的軟巖，不受地下水位的限制。盤應避開流塑狀土層、可液化土層及巖層，而對于塑性指數較高的粘土層，需經過試驗來確定成盤的可靠性。

在內陸沖擊、洪積平原及沿海河口部位的海陸交替沉積三角洲平原下的硬塑粘性土層、密實土層、粉細砂層等均可作為支盤樁基的持力層。

成樁工藝適用范圍較廣，可適用于干作業成孔工藝、泥漿護壁成孔工藝、重錘搗擴成孔工藝及水泥注漿護壁成孔工藝等。同時，可根據承載力的需要，充分利用硬土層，采用增設分支和承力盤數量以提高單樁承載力(豎向抗壓承載力、水平承載力、抗拔承載力)、樁身穩定性以及抗震性能。

3施工工藝

相比于傳統灌注直樁，擠擴支盤樁由于其特有的擠擴工序，施工工序有很大特點，主要的施工工藝包括正反循環支盤工法、管樁支盤工法、旋挖支盤工法和沖擊成孔支盤工法。施工工藝的區別主要在于成孔設備不同，而綜合考慮成本及作業效率，橋梁工程中主要采用正反循環支盤工法和旋挖支盤工法。擠擴支盤樁的工藝流程圖，見圖1。

4施工過程

擠擴支盤樁由鉆進成孔及清孔，擠擴支盤施工，二次清孔，下鋼筋籠及灌注混凝土成樁四道工序完成，以旋挖成孔支盤工法為例來詳細分析其施工過程。同正反循環鉆機相比，旋挖鉆機具有成孔速度快的特點，其工藝優點在于孔壁不易產生泥皮、在孔壁上形成較明顯的螺旋線，從而有助于增加樁側摩阻力，提高樁的質量。但由于不易形成泥皮，護壁性相對較差，容易縮徑、塌孔。

4.1成孔

成孔工藝主要是旋挖鉆機鉆進成孔的過程，如下：

4.1.1場地準備

場地事先采用推土機平整壓實，使鉆機置于堅實的土層上，做到“三通一平”，防止發生不均勻沉陷。

4.1.2測量放樣

當本標段的導線點和水準點復測完畢，其結果得到監理工程師的認可后，可采用全站儀根據導線點對中線進行放樣，在現場設立平面網點，準確定出樁位，同時用水準儀將水準點引至樁位附近。

4.1.3樁位定位

采用全站儀準確放樣各樁點的位置，以軸線控制點作測站，極坐標法進行樁位放樣，通過機械開挖，埋設鋼護筒固定孔位，再以軸線交會法復核樁位中心，校正護筒埋設偏差及鉆機就位偏差，使其誤差在規范要求內。

4.1.4鉆機就位

鉆機就位時，要事先檢查鉆機的性能狀態是否良好，保證鉆機工作正常。將鉆機開到樁位旁，螺旋鉆頭的尖端正對樁位標注點。

4.1.5護筒埋設

護筒埋設工作是旋挖鉆機施工的開端，護筒平面位置與垂直度應準確，同時應符合埋設護筒的方法和要求。在埋設護筒過程中需考慮樁位表層的土層情況，當為較厚易垮孔的砂土層時，必須使用長護筒護壁，同時要注意護筒變形問題。

4.1.6泥漿制備

根據勘察報告選用合適泥漿，對于工程地質條件較羞的，造漿應選用膨潤土，并選用合適的穩定液配合比及粘度。在施工中應經常檢查泥漿的各項指標，及時調整，并隨時注意土層的變化，防止塌孔，做好記錄。

4.1.7鉆孔

在整個鉆進過程中，通過旋挖鉆機上配備的電子控制系統顯示并調整鉆進時的垂直度，通過電子控制和人工觀察兩個方面來保證鉆桿的垂直度，從而保證鉆孔垂直。

4.2支盤

4.2.1場地平整

為保證有足夠的吊車作業面，平整場地最低標準8×10m²。

4.2.2支盤設備進場及組裝、調試

支盤設備的組裝及調試包括：①泵站和支盤機之間的油管連接i②泵站接電，調試電機正反轉；③檢查泵站儀表是否正常：④檢查油管管路有無泄漏；⑤檢查支盤機是否能正常收支工作；⑥實測弓臂最大張開尺寸，一切正常方可投入使用。

4.2.3支盤成形

支盤成形設備組裝并到位后，由起重設備將支盤成形機主機及接長桿起吊人孔，對中下放，至接長桿上端接近孔口時，再用固定裝置將入孔部分固定好，抽拉出第二根接長桿，一邊下放一邊把液壓膠管固定于接長桿上，依次重復操作，直到主機位于設計的某一支、盤位深度時為止。

主機到位后，開動液壓站，使液壓缸作伸縮運動，推動弓臂工作機構向外運動，擠壓鉆孔內壁；將主機繞吊掛中心線旋轉規定的角度，控制液壓缸作第二次伸縮運動，對鉆孔內壁進行第二次擠壓。重復上述動作若干次(至少8-9次)，即可擠擴出一個上下呈錐體狀的盤形空間。但考慮到成盤質量，一般在粉質粘土、粘土中采用順擠或交擠，每9次一周后加復擠8次共17次；在砂土層中，擠9次一周后加復擠4次共13次。同時要認真讀取表壓值、設備起浮高度、液壓油位差、孔口泥漿下降高度、起止時間等，及時根據有關規程內容進行對照判別，發生異常應及時停機，查明情況，正確處理。每擠擴成型一個承力盤后，應及時補充泥漿，保持水頭高度，但不得注清水。

4.3清孔

清孔包括一次清孔和二次清孔，一次清孔在成孔后進行，利用鉆機進行清孔，不進行沉渣厚度檢驗，但須準確記錄孔深。

二次清孔在下放導管之后進行，主要是為了清除在下放鋼筋籠和導管后的下沉渣料和孔底淤積物，是確保灌注樁質量的一道重要工序。清孔方法采用換漿法，以水下灌注混凝土的導管為管，用泥漿泵向孔內壓入優質泥漿，直至檢驗孔口處返出的新鮮泥漿達標，孔底沉渣控制在30mm以內，最大不大于50mm。

另外，當使用井徑儀測量孔徑及成盤情況時，若孔徑及成盤質量不符合設計要求時，同樣要進行清孔，清孔位置主要在盤位上下。

4.4灌注

擠擴支盤樁水下混凝土灌注一般采用直升

導管法，導管采用內徑為30cm、壁厚4mm的鋼管組成。

根據規范要求，計算出第一次下灰量，確保導管插入封底混凝土大于80cm。

灌注過程中，應經常探測孔內混凝土面高度，以控制導管埋深和樁頂高度，保證導管埋深控制在2-6m，如控制不準，將造成導管提漏、導管埋置過深拔不出來或斷樁事故。因此測深是一項重要工作，應采用較為準確的方法和探測工具。施工中一般采用重錘探測法，用測繩系以重錘，放入孔中，憑探測者手中所提測錘在混凝土頂面以前與接觸混凝土頂面以后不同重量的感覺而判斷。

灌注的混凝土頂面高出設計高程不小于500mm，以保證鑿除泛漿高度后，暴露的樁頂混凝土的強度達到設計要求。

考慮到擠擴支盤樁施工過程同傳統灌注直樁的不同，在施工過程中應注意以下施工要點：

1)施工前應根據工程需要確定試成孔數量，一般試成孔為1-2個。試成孔終孔后，需按一定間隔對需檢驗土層進行旁壓檢測，分析試成孔擠擴壓力值、反力上升值等資料，核對地質勘察資料，判斷各土層物理力學性能后，提出支盤擠擴施工時的質量要求和檢查內容、檢驗標準，做出調控支盤樁承載能力的初步方案。

2)應根據不同地質條件合理選擇施工工藝。根據《建筑樁基技術規范》，在粘性土、粉土和砂土層中一般可采用正循環法成孔，當淤泥土、粘土和卵石所占成孔工作量比例不大時，宜采用旋挖工法成孔；在圜礫、卵石、碎石層中，宜采用旋挖工藝、沖擊成孔工藝或反循環工藝成孔；當采用水上作業或基樁樁身上部采用管樁結構時，應采用管樁支盤工法。

3)泥漿控制。

(1)在粘土、粉質粘土、淤泥質土和淤泥層中鉆進時，可用原土造漿護壁：在較厚的粘土、砂土、碎石土中鉆進時，應采用高塑性粘土、膨潤土、蒙脫土制備泥漿。

(2)護壁泥漿比重一般控制在1.2—1.5(反循環為1.5—1.2)；當穿過宜塌孔土層時，可增大至1.3—1.5；終孔時泥漿比重應大于1-25，混凝土灌注前泥漿比重應小于1.15，泥漿膠體率不小于90％、含砂量應小于8％、粘度為18-22秒。

(3)擠擴成盤時，泥漿面應高于護筒底邊。施工期間，泥漿面應高出地下水位1m以上，在受水位漲落影響時，泥漿配比應適當調整，并應高出最高水位1m以上。

4)樁的中心距≤4D時，宜間隔施工，也可在相鄰支盤樁灌注完成6小時后進行施工，鉆進中應認真鑒別并記錄各土層的層位和厚度變化，確定各支、盤位置是否需要調整。

5)遇到軟弱復雜地層，成孔后應對支盤作業可能造成的影響提出事前要求，包括：

(1)遇上部軟弱地層或支盤位可能塌孔擴徑時，應檢測孔徑

(2)當支盤位置出現嚴重坍塌時，應提出補救措施

(3)成孔過程中穿越不同地層時，應不斷調整泥漿指標、鉆速、進尺

6)支盤作業前，應檢查油管、液壓裝置、弓壓壁分合情況，一切正常方可投入運行。按設計要求支盤位置標高，在支盤成型機伸縮管醒目地方及盤徑測量器測繩處標注擠擴支盤深度標志。制作支盤成型轉動刻度盤。

7)支盤作業過程中，應做好以下觀測和記錄：

(1)記錄首次擠擴壓力值及各次壓力值，及擠擴時間

(2)觀測設備起伏高度，記錄“上浮”量

(3)觀測泥漿水位變化，記錄孔口泥漿下降高度

8)每擠擴成型一個承力盤后，應及時補充泥漿，保持水頭高度，但不得注清水。成孔后遇有縮頸、塌孔或流砂時，會造成投放設備困難，應終止操作，提出支盤成型機，妥善處理后，再繼續擠擴支盤成型。承力盤成型機離孔后，立即補充泥漿，保持水頭壓力。

9)擠擴支盤檢驗合格后，應連續施工下道工序。成型完成時間至開始灌注砼時間間隔應控制在3-7小時以內。

10)對于樁徑大于1.2m、盤徑大于2.0m的支盤樁，應增加對支、盤腔清理的有效措施

11)鋼筋籠的鋼筋接頭須避開變徑處，主筋折彎應嚴格按施工圖要求制作，折彎段上下兩倍樁徑范圍不得有焊接點。當盤腔鋼筋過密時，應保證盤腔處主樁鋼筋最小間距為混凝土粗骨料的4-6倍。

12)混凝土灌注宜采用商品混凝土，澆注混凝土時導管離孔底距離應不大于0.5m，初灌量應不小于3m³，即保證灌入混凝土面高出底盤頂1.0m以上，嚴禁將導管底端拔出混凝土面。

13)混凝土充盈系數根據不同土層、成孔工藝和成盤工藝、終孔至灌注的時間等因素，宜為1.05—1.25。

3結束語

本文歸納分析了大直徑擠擴支盤樁技術，對大直徑擠擴支盤樁的適用范圍、施工工藝、施工要點等進行了總結。目前，擠擴支盤樁技術在橋梁工程中的應用尚處于起步階段，雖然在工業與民用建筑等領域要較多的經驗可以借鑒，但是在理論方面仍然需要加強研究。