沖孔灌注樁技術在八甫大橋橋墩施工中的應用

韋思來

(廣西壯族自治區都安公路管理局，廣西 都安 530700)

0 引言

橋梁是公路交通的重要組成部分，具有技術要求高、投資成本大等突出特點。橋墩是橋梁工程的基礎，需要有足夠的承載力和穩定性，因此需要深入到穩定的基巖中。沖孔灌注樁是目前橋墩施工所應用的主要技術之一，具有承載力高、成本低、適應性好、受地下水影響較小等優點。

1 沖孔灌注樁技術介紹

沖孔灌注樁屬于灌注樁的一種，其中沖孔是利用沖擊鉆機將帶鉆刃的重鉆頭(又稱沖錘)提升到一定高度，之后利用它的自由落體運動產生的沖擊力來切削地基巖石，并排出碎渣，形成具有一定直徑和深度的孔，然后在孔內放置預先編織好的鋼筋籠并向孔內灌注混凝土，最終形成具有一定承載力的樁體[1]。

1.1 沖孔灌注樁形式分類

根據沖擊鉆頭的不同，一般將其分為鉆桿式或鋼絲繩式兩種。其中鉆桿式沖擊鉆因成孔直徑小、鉆孔效率低而逐漸被市場淘汰；鋼絲繩式沖擊鉆可根據孔的設計直徑來調整鉆頭尺寸，重錘重量范圍在3 000～10 000 kg。

1.2 沖孔灌注樁優缺點及適用范圍

沖孔灌注樁對鄰近建筑和周圍環境影響較小，樁長和直徑都可以按照設計要求進行靈活調整，樁端可以深入穩定基巖層，單樁承載力較大；但沖孔灌注樁整個施工工藝較為復雜，對施工操作水平要求較高，打孔時存在一定的安全隱患，且技術間隔時間長，不能立即承受載荷，在冬季施工時受到諸多限制。

沖孔灌注樁適用于填土層、黏土層、粉土層、淤泥層、砂土層、碎石土層、礫卵石層、巖溶或裂隙發育地層等，適用范圍較廣，樁體直徑范圍一般在600～2 500 mm，最大沖孔深度可達300 m[2]。

2 工程概況及地質條件

2.1 工程概況

八甫大橋是忻城至大化二級公路的重要組成部分，橋址位于八甫渡口上游約2 km處，主橋設計為主跨125 m連續剛構，上部結構跨徑組合為2×20 m(預應力混凝土現澆連續箱梁)+68 m+125 m+68 m(連續剛構)+20 m(預應力混凝土現澆箱梁)。橋梁全長329.54 m，橋面寬12 m，預算總投資為6 135.7萬元，計劃工期24個月。

2.2 工程地質條件

經地質勘查，八甫大橋所處地質條件為巖溶中低山型深洼地，河谷呈V字型，河岸邊上石灰巖表面溶化嚴重。溶孔、溶溝、溶槽發育較多。河岸左側地形相對平緩，洪水期大部分被水淹沒，河床右側地形較陡，水面上約4～8 m高陡坎，陡坎上發育有水平及垂直溶溝溶槽，局部有約直徑1 m溶洞。由于普通旋轉鉆機無法有效處理溶洞，且對洞底堅硬灰巖鉆進困難，因此本項目確定將沖擊打孔作為最終施工方案。

3 沖孔灌注樁設計

3.1 樁體設計

沖孔灌注樁總承載力主要由三部分組成：周圍巖土層的側向阻力、樁體與巖層的嵌固力、樁體端部豎直方向承載力[3]。單個灌注樁承載力數值R可按照式(1)計算[4]。通過對八甫大橋橋體自重及車輛載荷統計，估算得出單樁總承載力范圍應在5 500～6 200 kN。選用規格為φ1 000 mm的沖孔灌注樁作為八甫大橋的主要承載結構。

R=q·A+μ∑qi·li

(1)

式中：q——樁體底端單位面積阻力值；

A——樁體底端橫截面積；

μ——樁身周邊長度；

qi——第i層巖土層側面摩擦系數；

li——第i層巖土厚度。

3.2 樁端以下溶洞頂板厚度設計

在溶巖地區的樁體設計中，一般要求樁端距溶洞頂板安全厚度h≥5d(d為樁徑)。但很多地區溶洞發育較淺，而樁體長度為滿足承載力必須打穿溶洞，由此造成施工難度和成本急劇增加。

由于八甫大橋地基屬于溶巖性地質條件，有較多小型溶洞存在。因此在設計時必須考慮樁底距離下部溶洞有足夠的安全距離，否則樁體底部露空，承載力會急劇下降。本項目在設計安全距離時，采用如圖1所示的厚度計算模型，根據“鋼筋混凝土板受沖切構件”公式(2)可計算出所需持力層厚度h[5]。經計算得：八甫大橋橋墩樁體底端距溶洞安全距離范圍在2.5～3.0 d。

圖1 溶洞頂板樁基沖切模型示意圖

F≤0.7·β·f·π·h(h+d)

(2)

式中：F——樁體給持力層的總載荷；

β——截面高度影響系數，取值0.85；

f——石灰巖抗拉強度設計值，0.8 MPa；

d——樁體直徑，取值1 000 mm；

h——持力層厚度。

4 沖孔灌注樁施工注意事項分析

4.1 沖孔施工注意事項

成孔質量對后期的灌注混凝土和樁體最終承載力都有直接影響。本項目沖擊成孔采用泥漿護壁，結合其他工程案例，在沖擊成孔施工時有以下幾個注意事項：

4.1.1 塌孔

在沖孔時若發生孔口坍塌問題，應立即拆除護筒并將沖孔作回填處理，之后重新埋深護筒后再重新打孔；若發生孔內坍塌，首先應查明塌孔位置，之后回填砂和黏質土混合物至塌孔位置以上1 m左右，再重新打孔。也可以適當加大護壁泥漿黏度繼續鉆進。

4.1.2 孔垂直度較差

若沖孔垂直度達不到設計標準，應在偏斜位置反復提升鉆孔進行掃孔，直到鉆孔正直，這會增加沖孔直徑，進而增加樁體成本。若掃孔也無法解決嚴重彎孔問題，則可以利用卵石和黏土混合物對其進行回填處理，待密實后再重新打孔。

4.1.3 卡鉆和掉鉆

發生卡鉆后禁止強行提升，首先確定鉆頭位置，可晃動鋼絲繩使鉆頭松動，之后再緩慢提升。發生掉鉆事故后，在沒有護筒等防護措施下所有人員不得進入孔內。在進入孔內前應確保佩戴的防護設備齊全，首先要檢查孔內是否存在有害氣體，待確定孔內環境安全后再下孔查看。當沖擊到堅硬巖層時，應減緩沖擊頻率，穩定鉆頭后再鉆進。

4.2 混凝土灌注施工注意事項

4.2.1 超灌

孔壁坍塌是發生超灌問題的最主要原因。可適當延長混凝土澆注時間間隔，本項目由平時的40 min提高到120 min；同時調整混凝土坍落度，本項目由180 mm降低至150 mm；另外減緩灌注速度也是應對措施之一；若塌孔問題嚴重，則必須采用鋼護壁施工。

4.2.2 堵管

發生堵管問題時，首先檢查是否混凝土坍落度過小，適當加大；針對每種配比混凝土初凝時間必須提前確定，防止導管被埋；也可抖動導管，但幅度不能過大，防止出現斷樁問題；若混凝土已初凝才能將導管拔出，做好接樁處理。

5 結語

沖孔灌注樁適合在溶巖性地區應用，八甫大橋橋墩應用該技術后，樁體質量合格率達到100%，承載力完全滿足設計要求，投入使用后未明顯出現下沉現象。由于提前做了充分準備，所以在施工中出現的問題均得到妥善解決，取得了較好的社會經濟效益。