公路橋梁施工中鉆孔灌注樁施工技術的應用探析

李 響 孫寧嶸

（1.濟南城建集團有限公司，山東 濟南 250031；2.濟南市市政工程建設集團有限公司，山東 濟南 250031）

公路橋梁的施工區域、地質條件比較復雜，橋梁主體重量大、整體沉降要求小，因此大多采用樁基礎來承受主體傳下來的荷載，而鉆孔灌注樁技術廣泛應用于此類橋梁的樁基施工，其工藝特點是可適應各種復雜的地質條件、作業速度快、成樁質量高、總體造價較低，而這種施工方法的難點在于工藝流程較多，施工質量控制難度大，關鍵是對鉆孔、鋼筋籠下放、水下混凝土灌注成樁等幾個步驟進行重點管控，同時還要加強對埋設護筒、清孔等幾個工序的質量管理。

1 前期準備工作

1.1 地質勘察及施工方案確定

公路橋梁施工區域的地質條件比較復雜，而地質條件對鉆具和鉆孔方法的選擇具有非常重要的影響，施工單位在前期準備階段要開展全面的地質調查活動，掌握土壤、地下水、巖層的具體情況，然后以此為基礎正確地選擇成孔機具和方法。常用的鉆孔方式包括以下幾種：

第一，沖擊鉆成孔。這種施工方法適用的地質條件最為廣泛，根據沖程的不同適用的地質也不同。高沖程主要用于處理相對堅硬的基巖、漂石以及卵石層，中等沖程可用于處理砂卵石地質，低沖程可在砂礫層、風化層以及黏性土上實現鉆孔。

第二，全套管沖抓成孔。這種鉆孔方法要求施工區域的地質條件為松軟的土層，典型的如黏土和砂土，如果一個鉆孔位置既存在軟土層，又存在堅硬的土層，那么這種施工方法將不適用。

第三，旋挖鉆成孔。在沙土、黏性土以及粉狀土的施工中可采用旋挖鉆成孔的方法，其成孔的直徑可達到1.5m 到4m 的范圍內，深度可達到60m 以上，顯然，這種施工方法要求土質堅硬程度較低。

第四，正循環鉆孔。施工方法適用于基巖、淤泥質土層、粉土、黏土等各種地質條件，操作方法相對簡單，但是缺點也較為明顯，那就是速度慢、排土能力差。

第五，反循環鉆孔。鉆孔方式適用的土壤地質條件和正循環鉆孔法基本一致，但是這種方法克服了正循環鉆孔法的缺點，在排土效率上大幅提升，缺點是設備較為復雜，使用成本高[1]。

施工單位在作業之前要通過廣泛的地質勘察活動充分了解作業區域的地質條件，尤其是根據鉆孔深度了解巖層的類型以及堅硬程度等參數，然后在其基礎上正確選擇鉆具，制定出合理的鉆孔施工方案，這是前期準備階段非常重要的一個環節。

1.2 場地平整及測量放線

第一，實現“三通一平”。公路橋梁作業區域大多在野外環境下，施工之前要開辟出臨時性的道路，為物資進出、渣土清運等創造良好的條件。與此同時，施工過程中還會使用到水、電等，這些也要在準備階段完成。其次，在鉆孔施工之前要將作業場地平整好，將多余的渣土清運出場地。

第二，測量放線，做好水準點、基準點以及控制網的部署。鉆孔灌注樁施工要確保所有的成樁處于相同的標高上，在前期準備階段要根據水準點精確測量基準點，確保鉆孔施工機械在安裝標高上的一致性，根據鉆孔施工的要求設置鉆孔樁位，形成網格化控制[2]。

第三，形成臨時材料場地。鉆孔灌注樁施工要使用到大量的鋼筋、碎石、水泥以及其他各種類型的工程物資，根據施工現場的實際條件設置好臨時性的材料存儲區域，必要時搭建物資存儲棚，做好防雨、防潮等措施。

第四，施工前復核樁位。鉆孔作業之前要再次復核鉆孔的樁位，確保其標高、水平位置等滿足圖紙設計要求。鉆孔灌注樁在鉆孔之前會根據圖紙上的要求為每一個鉆孔位置設置具體的樁號，復核階段也要再次檢查樁號是否和圖紙保持一致。

2 鉆孔灌注樁施工技術要點

2.1 埋設護筒

護筒具有兩個方面的核心作用：一是為鉆具提供導向和固定的作用，排渣時也會利用到護筒；二是為混凝土灌注作業形成模具，混凝土依靠護筒來成樁。

第一，護筒的制作要求。（1）護筒可使用鋼筋混凝土材料預制，或者使用鋼板預制，前者的厚度一般可達到8cm 到10cm，后者的厚度一般可達到4cm 到8cm。具體使用哪一種護筒可結合成本、樁體高度等因素來加以確定，護筒上設置有溢漿口，一般為1 到2 個，確保灌漿過程的順利實施；（2）鉆孔是在護筒內實施的，因而護筒的內徑通常要比鉆孔樁的直徑略微大一些，當然，也要比鉆具更大一些。如果采用沖擊鉆或者沖抓鉆成孔，護筒的內徑應該比鉆具直徑大出30cm到40cm，如果采用回旋鉆成孔，護筒的內徑要比鉆具直徑大出20cm 到30cm[3]。

第二，護筒埋設方法。護筒的埋設方法具有多種類型，典型的包括錘擊埋設、振動埋設、加壓埋設等，要根據護筒的類型合理選擇，避免對其造成結構變形或者損壞。護筒的埋設深度通常控制在2m 到4m 的范圍之內，如果項目具有特殊要求，可提高護筒的長度。護筒內存在一定的水位設置要求，其頂部的標高要具備足夠的保持水位的能力，通常護筒的頂部標高比地面高出300mm，護筒的傾斜度直接關系到鉆孔和成樁的質量，因此在埋設護筒的過程中要將其傾斜度控制在1%以內。

2.2 制備泥漿

配置泥漿使用的材料包括粘土（主要為膨潤土）、添加劑以及水，粘土的品質要求為塑性指數不得低于25，粘土的粒徑大小控制在0.005mm 之內，這種對粒徑的要求并不是百分之百要達到，只要超過50%的黏土顆粒小于這一數值即可。制備泥漿使用的添加劑包括有機類和無機類，在泥漿中加入純堿可避免粘土顆粒物沉底，使其更加充分和均勻地分散在泥漿中。有機類的添加劑主要包括丹寧液和拷膠液等，其作用是降低漿液的黏度，使其便于流動。泥漿的主要作用是保護成孔的內壁，通過泥漿的潤濕作用使成孔內壁的表層不易脫落。

2.3 安裝鉆機

鉆機的水平度、鉆桿的垂直度以及鉆機的底座的穩定性等直接決定了鉆孔施工的質量和安全性，施工單位在鉆機就位之前要對地基進行夯實處理，可使用振動機反復錘擊地面，確保其承載力能夠承受鉆機的重量。同時，使用專業的測量工具檢測鉆機底座的水平度是否滿足要求。鉆機的鉆進方向和桅桿的角度密切關聯，施工單位在鉆機就位之后要嚴格檢查桅桿的垂直度能否滿足鉆孔施工的技術規范，當其角度設置正常的情況下鉆頭可在孔道內輕松的提升，如果角度存在問題，一方面鉆孔可能會歪斜，另一方面在提鉆過程中鉆頭有可能與孔壁碰撞擠壓，進而破壞鉆孔施工的成果。

2.4 鉆孔

鉆具和鉆孔方法的差異性導致其在鉆孔環節采用不同的施工措施，此處以使用最為廣泛的沖擊鉆成孔方法為例，介紹具體的鉆孔施工策略。

第一，注入泥漿。實施鉆孔之前根據作業區域的土質情況向鉆孔位置注入適量的泥漿，如果孔道內本身就存在一定高度的地下水，也可直接利用這些水在孔道內制備出泥漿，具體做法是先在其中添加黏土，然后將其攪拌成均勻且流動性強的泥漿。

第二，實施鉆孔。在前期的地質勘察階段應該已經充分掌握了鉆孔位置的地質條件，根據硬度合理調整沖程大小，整個鉆孔過程中要注意控制操作的速度，總體上要慢操作，不宜過快的鉆孔，否則容易引發塌孔之類的問題。

第三，處理好特殊的地質條件。如果鉆孔的過程中遭遇了堅硬而不平整的巖層，沖擊鉆作用力難以均勻地施加在巖層上，此時可在巖層表面填充一些碎石，使其更加平整，確保沖擊鉆的均勻作用。有些土質條件下還要對漿液的粘稠度進行適當的調整。

2.5 清孔

第一，驗孔。鉆孔結束之后不能立即實施清孔，而是要組織專業的技術人員以及監理工程師對成孔質量開展全面的驗收，確保成孔質量達到設計要求，驗收內容包括孔位、孔深、孔徑、垂直度、沉渣厚度等，驗收合格后方可進行清孔，整個檢驗過程要在最短的時間內完成，拖延的時間過長會增加塌孔的風險。

第二，清孔。鉆孔的過程中會在成孔的底部產生大量的渣土、巖石碎屑以及泥漿，這些物質會嚴重影響混凝土灌注施工的質量，所以鉆孔結束之后可采用換漿法將底部的碎屑清理出來，這種清孔方法的優點在于整個操作過程不會依賴于其他的設備，之前的鉆孔注漿設備可再次用來完成清孔的操作，泥漿在整個過程中用于保護孔壁，使其不會塌陷。

第三，確認清孔效果。清孔并不是簡單地完成相關操作即可，清孔后要保證孔底的沉淀層厚度不大于設計或規范要求，工程實踐中要求孔底沉渣的厚度不得超過10cm，檢查時使用專門的測試錘，初次觸底時記錄數據，稍微晃動后在此記錄數據，二者之間的差值即為沉渣的厚度，整體上操作方法較為簡便。

2.6 安裝鋼筋籠和導管，完成二次清孔

第一，制作鋼筋籠。鋼筋的加工可在預制廠完成或者在施工現場的鋼筋加工棚中完成，如果采用前者，只需將成品運輸到施工現場安裝即可。如果采用第二種方式，則要監測鋼筋籠加工質量，主要包括鋼筋型號、鋼筋籠尺寸、長度、鋼筋間距以及焊接質量等等，在焊接之前要確保主筋和加強筋之間保持垂直，可使用直角尺檢測二者之間的垂直度，主筋和加強筋之間采用焊接的方式來加固，施工時重點檢查焊接質量。

第二，安放鋼筋籠。鋼筋籠自重非常大，只能采用吊裝的方式將其下放在孔道內部，具體實施前要根據鋼筋籠的結構造型合理布置吊裝的點位，主要是掌握起吊之后的平衡性，確保其受力均勻，不要在吊裝的過程中發生變形。下放鋼筋籠的過程中要放慢速度，通過人工的方式實時微調其下放的方位，防止鋼筋籠和孔壁發生碰撞。另外，在灌注混凝土漿液的過程中，鋼筋籠會受到沖力和浮力的擾動，有可能發生上浮，為了避免這種情況，應該在護筒上設置專門的固定點，將鋼筋籠的位置牢牢固定住。

第三，安裝導管。導管用于完成后期的灌注操作，一般采用直徑20～30cm 鋼制導管、絲扣或法蘭連接，導管使用前要進行水密承壓和接頭抗拉試驗，確保導管的密封性，下導管時記錄好導管安裝的每根長度和順序，便于進行導管的拆除。導管距離孔底要保持一定的高度，一般將其設置在距離孔底400mm 的位置，不可將其直接放置到孔底，這樣容易造成堵塞，灌注過程應連續，灌注過程中導管埋置深度控制在2m～6m之間，嚴禁將導管提拔出混凝土面。

第四，二次清孔。導管和鋼筋籠安裝的過程中有可能將地面上的渣土等帶到成孔內，為了確保灌注施工的質量，可在鋼筋籠下放到位之后實施二次清孔，具體操作方法是換漿，二次清孔后各項泥漿指標必須達標，泥漿比重一般介于1.03～1.1 之間，粘度為17～20Pa.s，含砂率＜2%，膠體率不小于98%，樣品分別自頂、中、底分別取樣，以平均值為準。

2.7 灌注混凝土

第一，首批混凝土澆筑。首批混凝土的澆筑直接影響到灌注樁底部的質量，應按規范計算首批混凝土灌注方量，確定料斗容積，確保首灌混凝土導管埋深大于1m，在工程實踐中還經常使用滑閥配合完成第一批次混凝土的澆筑，滑閥的作用是將孔底的水分徹底排出，然后使用混凝土封底。

第二，灌注樁身混凝土。將配置好的混凝土材料使用專門的運輸車輛及時運輸到施工現場，每車混凝土均進行坍落度檢測，合格后方可灌注，利用事先設置的導管以合理的速度將其灌注在孔道內，嚴格控制導管提拔速度，注意做好導管之間的連接密封，等到接近頂部標高時，注意控制停止灌注的時機，要超高灌注1m 左右。原則上灌注樁最好采用一次成型的灌注方式，如果中間因為各種原因中斷，那么應嚴格控制中斷時間，否則樁身可能存在重大質量隱患。

2.8 樁頭的處理

在實施混凝土灌注樁的施工時，一般頂部的標高比設計標高高出1m 左右，這樣是為了保證樁體頂部的施工質量，等到其凝固到足夠的強度，將超過設計標高大部分鑿除。混凝土灌注樁的強度要達到設計強度的80%，通常采用環切法來處理樁頭，在具體操作的過程中要注意保護好樁頭的完整性，確保其中的預埋鋼筋、預埋金屬管件等不被破壞。樁頭處理完成之后還要再次檢查樁體質量。

3 結語

鉆孔灌注樁施工技術在公路橋梁樁基施工中被廣泛地應用，首先根據地質條件、巖層類型等選用合適的鉆機，在具體施工時借助護筒進行定位和鉆機導向，制作泥漿實現護壁、攜渣、潤滑鉆具，成孔之后下放鋼筋籠和導管，將底部的沉渣清理到合適的程度后實施水下混凝土灌注，成樁養護足夠時間之后將多余的樁頭鑿除才完成整個樁基的施工，嚴格按照此工藝流程逐級施工并進行質量控制，可以確保樁基質量滿足規范要求，起到承載上部結構和交通負荷的作用。