鉆孔灌注樁施工技術在橋梁工程中的應用

張亞

（貴州省交通科學研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著各領域科學技術水平的不斷發展，橋梁施工技術也越來越成熟，能夠更好地滿足民眾的日常出行需求。在眾多橋梁施工技術中，鉆孔灌注樁技術因具有穩定、快捷且施工期間不會對周邊環境產生較大影響等優點，被廣泛應用到橋梁工程中。在橋梁工程中，樁基礎的施工質量對橋梁的整體運行安全起決定性作用，若是施工期間質量控制不當，很有可能造成嚴重的后果。因此，在鉆孔灌注樁施工過程中，施工人員要根據工程的實際情況，加強質量控制，保證工程質量，同時推動我國橋梁工程的發展。

1 樁基施工技術及鉆孔灌注樁

1.1 樁基施工技術

樁基施工技術多種多樣，具體的施工技術要綜合施工現場的多種因素合理選擇。按照施工方法可以將樁基礎施工技術分為灌注樁和預制樁兩大類。

預制樁是通過錘擊、靜壓等方式，將提前預制好的樁身打入土中。灌注樁則是通過機械或者人工等方式在樁位上挖孔，然后在孔內安裝鋼筋籠，最后灌注混凝土成樁。

灌注樁主要有挖孔灌注樁和鉆孔灌注樁兩種。挖孔灌注樁采用人工挖孔方式，施工過程中的安全性不好把控。挖孔灌注樁一般適用于樁基深度不超過20m，且現場地質條件穩定的工程。

鉆孔灌注樁是指通過專業的鉆孔設備，在指定的坐標點上鉆孔，在其中放置鋼筋籠、灌注混凝土而形成的樁。相較于挖孔灌注樁，鉆孔灌注樁的適用范圍廣泛得多，其也因此被越來越多地應用在橋梁工程施工中。其多用于黏性土、砂土、礫卵石等土層，樁基入土深度大、承載力強，還可以在水下進行施工。鉆孔灌注樁按照不同工藝又可分為：旋挖法、沖擊鉆法、正循環及反循環回轉鉆法等。

1.2 鉆孔灌注樁的原理及常見質量缺陷

結合施工現場的地質條件進行放樣，確定樁的坐標點，借助機械在地質層中鉆孔，經過放置鋼筋籠、灌入泥漿、灌注混凝土等環節，最終形成樁基。在鉆孔灌注樁施工過程中，需要注意以下要點：鉆孔完成后要及時進行清孔作業，清孔作業完畢后，需要在孔內注入泥漿，起到護壁和潤滑的作用。當孔內條件達到灌注混凝土的要求時，可采用導管法灌注混凝土，由于該工序較為復雜，所以要做好對各環節的質量把控，如導管質量、泥漿質量、水泥混凝土質量等，以確保灌注施工的質量。之后還要對樁基進行相應的養護，至此，樁基礎施工才算全部完成。

因為樁基礎要同時承擔上部結構的重力、立柱受到的橫向推力、地質復雜應力等，所以樁基的施工質量很大程度上決定著橋梁的整體質量。雖然鉆孔灌注樁施工技術有諸多優勢，但常會出現塌孔、縮孔、鉆孔偏斜、混凝土離析、坍落度不合格、樁身夾泥、分散性的蜂窩、集中氣孔、樁底沉渣、樁身斷裂等質量缺陷，究其原因，主要是鉆孔質量問題、混凝土原材或配合比不合適、灌注工藝水平低等。因此，在鉆孔灌注樁施工過程中，要嚴格控制各個環節的施工質量，規范施工體系，避免質量缺陷。

2 鉆孔灌注樁施工技術在橋梁工程中的應用案例

2.1 工程概況

該橋梁位于我國西南某省，線路區東部為平原地形，西部為丘陵地形。橋梁總長度為3480m，分左右兩幅，單幅橋梁寬度為16m，兩邊各設有護欄，橋面橫坡向外2%。該橋梁上部結構為預應力混凝土連續箱梁，基礎為鋼筋混凝土灌注樁，全線共有175 根樁基礎，樁的中心位置偏差控制在-100～+100m 之間，柱徑約為1.8m，樁徑比柱徑寬0.2m。橋梁的安全等級為一級，基準使用年限為100年。

該橋梁工程路線較長、工程量大、工期短且所在地區的地質主要為粉土和粉砂，根據地質情況，采用旋挖鉆機施工、泥漿護壁、導管法灌注水下混凝土。結合《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63—2007）、該地區地質勘察報告以及原位測試結果，確定地基承載力基本容許值和樁基參數（見表1）。

表1 地基承載力基本容許值及相關樁基參數表

地基土類別鉆孔樁樁側土標準值/kPa粉質黏土粗砂粉砂質泥巖（全風化）泥質粉砂巖（強風化）泥質粉砂巖（中風化）承載力基本容許值/kPa標貫值/220 260 20 60 100建議值80 220 400 120 500——140

2.2 施工機械

合理選擇機械設備是保證工程進度的關鍵。在該工程中，除了一些常用的設備，還使用了4 臺TR400D-II 型旋挖鉆機，該設備穩定性好、成孔效率高、工作能力強，適用于該工程。具體施工機械見表2。

表2 機械配置表

序號數量1 2 3 4 5 6種類全站儀水準儀混凝土攪拌機混凝土運輸罐車旋挖鉆機炮車型號萊卡萊卡JS500洛陽中集凌宇6m3 TR400D-II型三軸運梁炮車3 6 4 8 4 2

2.3 平整場地與樁位放樣

場地平整要根據實際情況開展，主要包括清除雜物、土方開挖、填換軟土等。由于該工程所在區域的土質主要為粉質黏土，雨水沖刷后會發生嚴重的水土流失，因此應在鉆進工作位置進行換土以及鋪墊枕木，保證鉆機在工作過程中不發生位移和傾斜。

平整工作完成后，使用全站儀放出樁位位置和樁位中心線。為方便復核樁位，對樁位設置十字護樁。量測人員復核設計圖紙中的坐標及水準點數據無誤后，方可進行樁位放樣，最終安裝調試鉆機。

2.4 埋設護筒

為保護孔口地面、防止坍孔、防止鉆孔過程中的沉渣回流等，需要在鉆孔施工前埋設護筒。在淤泥質的粉砂層鉆孔灌注樁施工中，一般通過振動沉拔錘埋置護筒。該工程中采用10mm 鋼板制成的護筒，并在刃腳1m 范圍內用鋼板加固，防止埋置過程中護筒變形。

2.5 泥漿制備

在鉆孔灌注樁施工中，泥漿起到穩定護壁、冷卻鉆頭、懸浮鉆渣的重要作用，其性能指標對鉆孔質量的影響較大，泥漿性能指標見表3。為保證鉆孔順利進行，要選用優質黏土造漿護壁。在鉆孔過程中，孔內水頭位置要高于地下水位，并隨時測定泥漿的相對密度、黏度、含砂率等性能指標。隨著鉆進過程中地質條件的不斷變化，要隨時向孔內投放黏土，以保證泥漿比重，最終滿足成孔要求。在易坍塌的砂層中鉆進時，可以適量摻入外加劑，以改善泥漿質量。

表3 泥漿性能指標

挖孔方式地層情況相對密度含砂率（%）黏度/（Pa·s）靜切力/Pa 酸堿度/pH 膠體率（%）旋挖沖擊一般地層已坍地層1.10～1.20 1.20～1.40≤4≤4 18～26 20～30 1～2.5 3～5 8～11 8～11≥95≥95

2.6 鉆孔

鉆孔時，旋挖鉆機采用420kN·m 的動力頭，樁孔凈間距為9.5m。根據鉆孔樁的直徑需求，選取1.8m、2.5m、2.9m 三種多級鉆頭。為保證鉆孔樁的垂直度，先采用2.5m 鉆頭鉆進，從鋼護筒頂口鉆至22m 高程后，采用2.9m 鉆頭對鉆進段進行掃孔，清除鋼護筒內壁的巖土。徹底掃孔完畢后，利用導正鉆頭復核校對鉆頭中心位置，再次采用2.5m 鉆頭鉆進。當鉆進過程較慢時，先選用1.8m 截齒鉆頭取芯鉆孔，再改用2.5m 鉆頭鉆進至孔底設計標高位置。

2.7 一次清孔及成孔檢測

鉆進完畢后進行一次清孔，一次清孔作業選用循環換漿法，多次使用泥漿循環清孔，孔內鉆渣會伴隨泥漿液排出孔外，以此到達清孔目的。在清孔過程中，要保持漿面穩定，并及時補充泥漿，以確保泥漿的相對密度、黏度、含砂率等性能指標達標。經檢測，孔內沉渣厚度小于5cm，則符合要求。

2.8 混凝土施工

2.8.1 鋼筋籠制作安裝

鋼筋原材料、半成品與成品要根據檢驗狀態、結果、使用部位等做好標示標牌，并分別存放。要求鋼筋籠加工場地平整、排水順暢，并做好下墊上覆工作。制作鋼筋籠時，為了便于后期吊車吊裝，每節鋼筋籠要小于18m，主筋接焊采用雙面搭接焊，且焊接接頭在同一截面的數量小于50%、焊縫大于5d，加強筋圈焊接同主筋一致。鋼筋籠檢查指標見表4。

表4 鋼筋籠檢查內容

序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0實際偏差/mm 3 5 2 3 -2 1 -11檢查內容排間距基礎、錨碇、墩臺、柱間距梁、板間距灌注樁間距鋼筋骨架長鋼筋骨寬和高箍筋、水平筋、螺旋筋間距彎起鋼筋位置柱、梁保護層厚度基礎、錨碇、墩臺保護層厚度板厚度檢查方法尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量允許偏差/mm±5±20±10±20±10±5±10±20±5±10±3 1 3 1 1 0

2.8.2 聲測管的加工及布置

選取Φ54mm 鋼管所制的聲測管，接頭處用套管連接，上端高出樁頂100cm，下端口用封底套管，管內灌滿水并用塞子塞緊上端口，防止掉入異物。由于該工程樁徑大于1.5m，聲測管布置數量為3 根，呈三角形方式布置。聲測管安裝定位要準確，通過焊接的方式固定于鋼筋籠內側。

2.8.3 鋼筋籠下放

為了滿足長節段鋼筋籠運輸需求，該工程采用炮車運輸。鋼筋籠入場后，先測量孔口定位架標高與水平位置，然后采用320t 和50t 兩臺履帶吊機配合施工，鋼筋籠沿樁孔自然下放，下放過程中采用支撐架確保鋼筋籠下放穩定。

2.8.4 混凝土灌注

該工程使用導管拔栓法進行混凝土灌注。在灌注混凝土前，要再次測量孔深，確定沉渣厚度。在滿足設計要求的前提下，把大于導管直徑1～1.5cm 的鋼板圓栓置于漏斗頸口外，用細鋼繩做牽引?；炷吝_到儲存量后，利用細鋼繩拉動鋼板栓，使泥漿排入孔內?；炷凉嗳肟椎缀?，通過孔內混凝土面高度計算導管埋置深度，導管埋入混凝土面以下1m 以上，即表明首批混凝土灌注成功，可以繼續灌注。

正常灌注開始后，將大料斗換成小料斗，同時應緊湊、連續地灌注混凝土。在灌注過程中，要及時測量孔內混凝土面高度，確定導管抽拔時間和長度，導管埋入混凝土的深度需控制在2～6m，避免導管脫離混凝土面或者不易出等，同時應避免混凝土從漏斗外掉入孔底，導致混凝土面探測不準確。此外，混凝土灌注速度要控制得當，且要到混凝土面超過設計樁頂標高0.5～1m 時，才可停止灌注，這樣有利于清除浮漿。

3 結論

鉆孔灌注樁是一種主要的橋梁樁基礎施工形式，施工中嚴格控制每個環節可以有效加快施工進度、降低施工成本。結合實際案例，得到以下結論：第一，平整場地與樁位放樣是鉆孔灌注樁施工中的關鍵一步，量測人員應準確復核樁位的中心位置，以確保后續工作的有效開展。第二，鉆孔灌注樁施工步驟較多，各施工環節聯系緊密，必須合理規劃施工方案，控制好每個工序的施工質量，并要求施工人員具備豐富的施工經驗，使工程質量得到最大化的保障。第三，鉆孔灌注樁施工的難點在于鉆孔和混凝土灌注施工，在施工過程中應根據實際問題，找到具體原因，采取針對性的完善措施，保證工程質量。