路橋軟土路基施工中的鉆孔灌注樁技術

杜路伽 王沙沙

（山東高速暢通路橋工程有限公司，山東 高密 261500）

0 引言

鉆孔灌注樁技術應用于工程施工中，能夠滿足各種設計深度的工程施工需求，并且具有施工操作便利性，樁身具有較高的承載力等優勢。因此，鉆孔灌注樁施工技術被廣泛地應用于建筑工程、道路橋梁施工中，尤其是在路橋軟土工程施工中，發揮了重要的作用。在路橋工程施工中，軟土路基對工程質量有直接的影響，鉆孔灌注樁施工技術能夠有效提升路橋軟土路基的穩定性，解決軟土路基承載能力較差的問題，提高工程質量。在鉆孔灌注樁施工中，樁基深埋于地下，再加上部分工程受地下水的影響，增加了樁基施工難度[1]。因此，在軟土路基工程鉆孔灌注樁施工中，需要根據工程實際情況，編制施工方案，確保充分發揮鉆孔灌注樁技術在軟土路基工程施工中的重要價值。

1 工程概況

該工程在橋梁里程K8+065處以跨徑50 m跨越某鐵路線，新建橋梁在線路兩側為左右幅既有莊橋立交，每幅總寬度為13.5 m，兩幅橋凈間距為11.5 m。鐵路側樁基為φ2.5 m鉆孔灌注樁，兩側分別設計2根，每根樁基間距為6.5 m。鐵路兩側墩樁長分別為99 m與100.5 m，樁邊距離線路中分別為4.42 m、6.67 m。樁基礎均為C30水下混凝土。

工程地處濱海淤積型平原，鐵路兩側地質為厚雜填土3.6 m，厚淤泥質黏土20.1 m，厚黏土22.5 m，厚砂礫石46.7 m，厚全風化凝灰巖2.2 m，厚強風化凝灰巖3.3 m，厚中風化凝灰巖7 m。鉆孔灌注樁基礎設計摩擦樁，將強風化凝灰巖作為樁基持力層。

2 施工工藝流程

管線調查和保護→作業平臺建設→鋼護筒震沉→泥漿循環與清孔→鋼筋籠制安→混凝土灌注→路基沉降觀測。

3 施工方法

3.1 施工方案

鉆孔灌注樁施工設備采用GPS-30型回旋鉆機，同時搭配四翼合金刮刀鉆頭、泥漿凈化器等，樁深度為60 m以上，泥漿循環系統為正循環，以下為氣舉反循環。同時，在代表下淤泥質黏土層采用28 m深φ內2.7 m鋼護筒作為支護，并設置沉降觀測點。樁頂部鋼筋籠采用整節制作，吊裝過程采用多臺吊機。鉆孔灌注樁施工布置如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁施工布置

3.2 施工準備

在工程具體施工前，施工人員需要先做好施工準備工作。首先，施工人員熟悉施工設計圖紙，并根據施工現場實際情況，編制具體的施工組織設計方案，對施工環節與流程、施工人員布置、施工質量控制標準等進行嚴格規范。其次，檢查各類施工器械，準備就位，并對設備運行情況進行檢查，避免在施工過程中設備停運，影響施工質量，造成損失。再次，檢查施工材料，確保材料性能參數符合施工要求；同時做好材料準備工作，按照施工順序，合理安排布置施工材料堆放位置與順序，提高施工現場材料運行效率，保障施工有序性。

3.3 具體施工操作

3.3.1 管線調查和保護

該工程鉆孔灌注樁施工前，需要對鐵路兩側管線進行調研與遷改保護。該工程鐵路一側樁基礎位于電纜槽位中，需與當地鐵路設備管理單位聯系，將管線改遷至遠離樁邊10 m處。同時，鐵路另一側涉及本地一條自來水管道，距離樁邊不到1 m，埋設深度為2.8 m，為了避免在樁基施工中，鋼護筒振沉造成土體積壓，對自來水管道造成擠壓破壞，因此需采用鋼護筒進行預先支護，鋼護筒材質為厚度由2 cm的鋼板。鋼護筒支護埋設施工中，首先樁位放樣，先進行人工開挖2 m，由吊機將鋼護筒吊裝入孔，然后再進行機械開挖，用挖掘機深挖孔并將鋼護筒拍打入孔，直至鋼護筒頂部與地表的距離約為0.3 m左右。埋設完成后，在淺護筒頂底部進行鋼板焊接，有效地限制鋼護筒振沉施工過程中的垂直度。

3.3.2 作業平臺建設

在樁基施工過程中，鋼筋籠、導管、首灌混凝土等所涉及的施工設備自重比較大，導致出現較高的集中荷載力，在施工中可能會造成地基不均勻沉降，增加線路路基的安全隱患[2]。因此，在施工前需要進行專門的作業平臺建設。根據樁機作業范圍確定作業平臺建設范圍，平臺采用C30鋼筋混凝土整板，硬化基礎長度為14 m，寬度為6 m，厚度為0.3 m；使用鋼筋焊接將硬化平臺和埋設的鋼護筒進行連接，并布置12根長為1 m的φ25“L”形鋼筋，布置位置按照夾角30°的規律，焊接鋼筋長度為0.25 m。

3.3.3 鋼護筒振沉

在樁基施工過程中，為有效避免鉆孔口和淤泥質軟土層發生塌孔的問題，需要對28000 mm深的鉆孔范圍進行鋼護筒支護施工，鋼護筒規格為鋼板厚度在18 mm，護筒內徑為4000 mm，在鋼護筒底部月4000 mm左右的范圍內，包裹上厚度為16 mm的鋼板進行加勁。鋼護筒振沉分為兩節，長度分貝為15000 mm、13000 mm。鋼護筒振沉施工主要設備為DZJ300的振動錘，以及150 t履帶吊。鋼護筒振沉施工前，需要對樁位放樣，計算鋼護筒最大外徑，即為內徑（2700 mm）、鋼板厚度×2（18 mm×2）、加勁鋼板厚度×2（16 mm×2）之和，得出數據為2768 mm，在此基礎上增加22 mm的誤差，確定孔內直徑為2790 mm的限位鋼板，采用豎向焊接的方式，將鋼板與鋼護筒底部焊接在一起，并根據限位數據再孔內進行三角形切割。

在第一節鋼護筒通過吊機吊裝到孔位之后，依靠其自身的質量，將底部加勁鋼板包裹范圍向孔口下沉，直至孔口下300 mm處，然后運用垂直方向全站儀進行觀測，對其垂直狀態進行調整。然后在鋼護筒的內層與外層之間進行鋼板限位焊接，預留出約10 mm的空檔；展開鋼護筒振沉施工中，主要是根據其底部限位鋼板有效控制垂直度。鋼護筒振沉作業運用封鎖點內作業，在達到一半的高度后，根據全站儀對局部進行觀測并調整其方向。

在第二節鋼護筒吊裝中，與第一節鋼護筒對接，在兩節鋼護筒的連接處焊接豎向鋼板，共4處，用來進行限位，并運用全站儀觀測來將垂直度調整到合理范圍，最后進行焊接連接，并將連接處的限位鋼板進行割除。

鋼護筒振沉施工完成后，使外鋼護筒頂部限位鋼板連接內鋼護筒，形成一個整體，運用混凝土灌注填充連接處的空隙[3]。

3.3.4 泥漿循環與清孔

在該工程中，通過地質勘查可知，樁基在進入46 m時，進入砂石層，在深度達到60 m時，土層為粗礫層，確定60 m為臨界點，孔深不到60 m泥漿循環方式為正循環，孔深大于60 m時，泥漿循環方式則采用氣舉反循環。

正循環方式主要是控制泥漿的黏度和濃度，就可以將鉆孔中的細砂石循環攜帶排出[4]。在該工程鉆孔中，泥漿正循環將泥漿的性能控制在黏度為22 Pa·s，濃度為1.3，含砂率為4%。氣舉反循環方式主要是借助空壓機運行產生壓縮空氣，并將其同循環泥漿在鉆具內進行結合，形成混合液體，并利用大氣壓力作用，使鉆孔中的泥漿與巖渣一起從孔內排出。該工程中，采用了20 m3的空壓機，泥漿的性能控制在黏度為20 Pa·s，濃度為1.4，含砂率為8%。

在清孔過程中，為了將孔底沉渣的厚度與泥漿的含砂率控制在合理范圍內，泥漿篩設備選用ZX-200型高頻振動篩，可以將氣舉反循環過程中抽出的直徑﹥0.5 mm的大顆粒物質篩出，然后在運用旋流除砂器對剩下的泥漿進行進一步的凈化[5]。在對泥漿凈化完成后，經過循環池，使泥漿流入鉆孔中。凈化后泥漿性能為黏度18 Pa·s，濃度為1.08，含砂率為1%才可以達到標準。

3.3.5 鋼筋籠制安

在該工程中，樁基為φ2.5 m，鋼筋籠選用全籠，主筋分別采用φ28mm和φ32mm的鋼筋，以35 m～55 m為分界點，在頂部35 m以上設置主筋總數為105根，35 m～55 m的主筋總數為52根，55 m以下的主筋總數為13根。在鉆孔灌注樁的既有莊橋立交橋面上，分節進行鋼筋籠的加工制作，運用機械螺紋套筒將鋼筋全部連接在一起。在鋼筋籠制作前，需要先在橋面上進行作業平臺準備，作業平臺為直線線型。

將鋼筋籠頂部的35 m以內作為鋼筋籠加密區，主筋總數較大，有105根，主筋之間的距離按照等間距進行設置，大約為3.3 cm，但是根據這一間距進行主筋布置，在混凝土灌注過程中，容易影響混凝土的流動性，導致其難以流至保護層處，因此在頂部0 m～35 m的位置，采用2根緊靠的方式進行主筋排列，擴大鋼筋籠主筋之間的距離，將其調整為6.5 cm以上。同時，在鋼筋連接的過程中，套筒也需要一定的作業空間，所以在頂部35 m范圍內，鋼筋籠的制作采用整體制作的方法。其他節段的根據12 m一節進行制作。為了確保在連接鋼筋籠過程中，每個接頭都可以達到標準連接質量要求，有效地控制接頭空隙，在加工過程中，需要每完成一節加工后，都通前節進行接頭連接，在主筋同內加強筋焊接完成后，在將接頭接觸，然后在通過點焊的方式，將外螺旋箍筋進行焊接。

該次鋼筋籠制作頂部整節的總長度為36 m，重量約為25 t，為了盡可能地避免鋼筋籠在吊裝過程中發生變形，該工程采用多吊機吊裝的方式，共設置3個吊點進行吊機吊裝，鋼筋籠加強筋為φ25 mm@2000，由2個φ25 mm的鋼筋采用三角形支撐的形式，將工字鋼焊接在鋼筋籠加強箍內，并在其上焊接一個U型的φ28 mm鋼筋當做吊點，并且在鋼筋籠的頂部主筋上，以對稱的方式焊接4根U型φ28 mm鋼筋作為吊點。在進行吊裝的過程中，將鋼筋籠頂部的4個吊點與200 t吊機相連接；鋼筋籠籠身處的4個吊點與160 t的吊機相連接，并且在此吊點出運用2根鋼絲繩，將4個吊點穿插連接在一起，然后再通過1根鋼絲繩，將吊裝用的2根鋼絲繩連接在一起；鋼筋籠籠尾部的1個吊點采用70 t吊機。在吊裝過程中，各吊機的占位分別為200 t與160 t的吊機在對橋橋面橋墩位置?？?，70 t吊機在鋼筋籠加工的橋面位置?？?。

同時注意，在起吊時，3臺吊機需要同一時間起吊，先將鋼筋籠整體吊至既有的橋的范圍之外，然后200 t的吊機向上提升，70 t的吊機向下放，中間160 t的吊機則先保持穩定，與頂部相鄰的鋼絲繩向鋼筋籠方向移動，使其向豎立方向運動，以200 t吊機將鋼筋籠吊裝到鉆孔內進行安裝[6]。

3.3.6 混凝土灌注

該工程施工中，所需要的混凝土方量大約為540 m3，混凝土澆筑方法為汽車泵澆筑。在澆筑過程中，為了盡可能地減少混凝土澆筑時間，采用2臺汽車泵同時灌注的方式進行。在施工過程中，先對混凝土罐車進行組織安排，確保樁基混凝土灌注混凝土材料的持續供應。根據混凝土首灌中，控制導管埋置的深度在2 m，計算得出混凝土首灌的方量約為15 m3左右，在施工現場有2個儲料斗，分別有3 m3和14 m3，同時進行灌注，可以將灌注時間控制在8 h以內。

3.3.7 路基沉降觀測

在工程施工前，對鉆孔灌注樁施工影響范圍內的線路路基進行沉降觀測，在線路路肩設置觀測樁，在橋寬26000 mm范圍內進行設置，觀測樁間距在5000 mm左右，并對其進行編號，讀取原始數據。同時，分別在鋼護筒振沉前后、樁基鉆孔過程中各個時間點對路基沉降情況進行觀測。在鋼護筒振沉過程中，觀測到的路基沉降值最高值為3 mm，同時在鋼護筒振沉過程中測量其內部的土體到鉆孔口處的高度，得出土體抬高高度為1100 mm，并且高出的土體體積和鋼護筒的體積相差不大，基本保持一致。樁基鉆孔1個周期約為12 d，并且通過觀測，發現線路路基在鉆孔過程中繼續發生沉降，與鋼護筒振沉施工過程中發生的路基沉降累計相加，最大不超過10 mm，最小不低于8 mm。此外，在該工程施工過程中，每日還進行了線路檢查以及補充道碴養護，確保將線路安全控制在合理范圍內。

3.4 施工注意事項

施工過程中需要注意以下6點：1） 在施工前，根據工程實際編制專項施工方案，經過相關審批通過后，組織進行安全技術交底，同時在施工過程中，注意加強技術測量觀測與安全檢查，確保技術與安全有效控制[7]。2） 在吊裝施工中，在老橋面上進行作業的吊機，應當確保其馬腿盡可能在橋墩處，將吊機保持在一定水平，設置專門的吊機指揮人員。在施工前，需要對吊裝的各項參數，包括重量、吊距以及吊裝能力等進行嚴謹核對。3） 在夜間施工過程中，需要保證照明充分[8]。4） 在施工范圍最外側線路3 m以外，根據相關工程施工文件要求，進行硬隔離裝置設置，并且確保施工機具、施工材料等控制在工程范圍之內，避免侵限。此外，需要在硬隔離裝置樁懸掛施工危險等安全警示標牌。5） 在硬隔離裝置上掛上彩條布，以避免在樁基施工過程中泥漿管爆管導致泥漿噴射至線路中，對道床造成污染[9]。6）在涉及既有線路的安全慢性和封鎖施工范圍內，根據相關工程施工文件要求進行防護設置。并且在封鎖施工完成后，將線路恢復到安全放行條件后才可以將防護設施拆除。工程施工負責人具有施工防護信號裝置設置和拆除的決定權限。

4 結語

綜上所述，該工程屬于路橋軟土路基工程鉆孔灌注樁施工。在實際施工中，首先，根據工程實際情況確定施工方案，并在具體施工前做好管線的調查與保護工作；其次，根據工程需求，建設滿足集中荷載力的作業平臺；再次，在軟土路基鉆孔灌注樁具體施工操作中，樁基施工為避免鉆口與淤泥質軟土層發生塌孔，需要做好鋼護筒支護施工，同時根據工程地質情況確定泥漿循環方式，做好清孔工作，并嚴格按照設計要求進行鋼筋籠的制作與吊裝，控制混凝土首灌方量和導管埋設深度，以及灌注時間。最后，在施工過程中，還需要加強對路基的沉降觀測，確保將線路安全控制在合理范圍內。按照上述施工流程及具體施工操作方法進行施工后，能夠將軟土路基對工程施工的影響降到最低，并保證施工過程的可控性與安全性。在成樁后，經過超聲波檢測，樁身質量均達到Ⅰ類樁，既確保了線路運行的安全性，又有效控制了施工質量。因此，該次路橋軟土路基工程鉆孔灌注樁技術應用較為成功。