橋梁鉆孔灌注樁施工工藝及質量檢測技術

周 舟

（湖南路橋建設集團有限責任公司，湖南 長沙 414000）

1 工程概況

泉州至南寧高速公路桂林至柳州段改擴建工程大端大橋工程全長547 m，上構為18×30 m 連續預應力混凝土T 梁，下構采用樁基礎、肋板臺、柱式墩。橋址區地質構造以泥質砂巖為主，橋址區域穩定性較好，兩端橋臺所處山體坡度較陡，強風化砂巖節理裂隙發育，基礎開挖注意邊坡防護，防護不當易造成滑坡、崩塌等不良地質現象。覆蓋層厚度一般小于4 m，多為可塑、硬塑狀黏土，局部混少量碎石、砂礫或卵石。本工程橋梁均采用樁基礎，利用鉆孔灌注樁施工，橋臺樁徑 1.2 m，樁長 40 m，持力層為 11-1層（粉砂層）；14#、15#墩樁徑1.5 m，樁長60 m，持力層為12-2 層（黏土），其余橋墩樁徑1.2 m，樁長50 m，持力層為11-1（粉砂層）。橋梁部分共有鉆孔灌注樁476 根，樁徑為1 200 mm、樁長為40 m的48 根，樁徑為1 200 mm、樁長為50 m 的404 根，樁徑為1 500 mm、樁長為60 m 的24 根。鉆孔樁主筋為22 mm 和25 mm，混凝土為C45 水下混凝土。

2 鉆孔灌注樁施工工藝

2.1 施工機械的選擇

鉆孔灌注樁常用的施工機械分為三類：回旋鉆機、沖擊鉆機以及旋挖鉆機。其中，回旋鉆機適用于碎石土、砂土、黏性土、粉土等地層，可用于微風化巖層施工，具有適用范圍廣、裝機功率大、輸出扭矩大、機動靈活、功能多樣等優勢。同時綜合分析橋區地質、水文等自然條件，最終決定采用回旋鉆機進行成孔施工。其它施工輔助設備包括：履帶吊、挖掘機、動力站、套管、反力叉等［1-5］。回旋鉆機主要由底盤、上車、搖管器、拔管動力頭、旋轉動力裝置等組成。主要工作原理：將壓縮空氣經氣水分離、油霧器、氣動控制閥后轉化為機械能量，機械能量一部分用于鉆具的推進或者提升，另一部分用于帶動沖擊器運動，實現鑿巖動作。

2.2 施工工藝流程

利用回旋鉆機進行鉆孔灌注樁施工的施工工藝流程見圖1。（1）需要進行施工準備和樁位放線，主要是進行場地平整，由于本工程施工輔助設備較多，因此，必須對施工通道和作業平面進行充分考慮。同時為了保證樁基定位的準確快捷，采用全站儀中的“十”字定位法來測定樁孔位置。（2）進行鉆孔施工，鉆孔施工順序：設置護筒→安裝鉆機鉆進→鉆挖結束，進行第一次清孔→孔壁檢測→插入鋼筋籠→插入導管→進行第二次清孔→灌注水下混凝土，拔出導管→將護筒拔出，見圖2。（3）完成鉆孔灌注樁施工后，還需要利用超聲波檢測儀等對樁基質量進行檢測［6-7］。

圖1 鉆孔灌注樁施工工藝流程

圖2 鉆孔施工順序

2.3 關鍵施工技術

鋼護筒制作與埋設：鋼護筒需采用1 cm 厚的鋼板制作，且內徑需比樁徑大0.2～0.4 m，護筒中心與樁孔中心偏差≤5 cm，傾斜度＜1%；護筒埋設頂部高度需高出地面20～30 cm，當鉆孔灌注樁內存在比較明顯的承壓水時，需要將護筒位置調整至承壓水位2 m 以上。

2.3.1 鉆進施工

在鉆孔施工過程中，確保回旋鉆機頂部滑輪緣、鉆盤中心和樁孔中心三者處在同一鉛錘線上，偏差值≤2 cm；鉆進時，需要嚴格控制不同地層的鉆進參數，見表1。先輕壓、慢鉆，待正常鉆進后再加大轉速和鉆壓，每鉆進4～6 m，需要對鉆孔直徑和垂直度進行檢查和記錄，并及時調整。

表1 不同地層成孔鉆進控制參數

2.3.2 泥漿護壁

采用原土造漿，泥漿循環系統主要由泥漿循環箱、泥漿循環槽和樁孔組成。泥漿箱分為3 個隔艙，泥漿箱與樁孔間由循環槽連通，保證泥漿正常循環不外溢，結構示意見圖3。在初始鉆進過程中，泥漿相對密度為1.05～1.10 g/cm3，黏度為17～19 Pa·s，含沙率≤3%；在正常鉆進過程中，泥漿相對密度為1.04～1.09 g/cm3，黏度為17～22 Pa·s，含沙率≤3%。

圖3 泥漿循環系統

2.3.3 成孔及清孔

在成孔過程中，應注意不能超鉆，當鉆離至設計標高約1 m 時，要放慢鉆進速度，成孔之后要用超聲波檢孔器或者鋼筋檢孔器對成孔質量（孔徑、孔形、傾斜度）進行檢查，同時還應該用測繩對孔深進行檢查。第一次清孔利用鉆具直接進行，第一次清孔后泥漿指標要求：泥漿相對密度1.1～1.15 g/cm3，含砂率≤4%，泥漿黏度18～22 Pa·s；第二次清孔泥漿指標要求：泥漿相對密度1.03～1.10 g/cm3，含砂率≤2%，泥漿黏度17～20 Pa·s。

2.3.4 混凝土灌注

采用導管法進行水下混凝土的灌注施工，導管為直徑300 mm 的絲扣式導管，壁厚3 mm，每節長2.7～3.0 m，配1～2 節長0.5～1.5 m 短管，導管底距孔底高度控制在0.3～0.5 m。混凝土坍落度應控制在180～220 mm，每根樁灌注時間≥8 h，混凝土上升后，導管需逐節及時拆除，拆除時間≤15 min。

3 樁基質量無損檢測

3.1 檢測方法

鉆孔灌注樁樁基檢測方法包括靜載試驗、鉆孔取芯、聲波透射以及低應變法等方法［8-10］。為滿足樁基施工全過程的檢測要求，本橋所有樁基設置超聲波聲測管，樁徑1.2 m 的樁基均設置3 根（鋼管）57×3.5 的聲測管，聲測管沿樁長通長布置，頂部高出樁頂1 m，聲測管埋設方式見圖4。

圖4 聲測管埋設方式

聲測管在鋼筋籠加工過程中安裝，按設計要求用加強筋固定，鋼筋籠分段吊裝過程中，聲測管必須對正，用70×5（鋼）管節連接，鋼管底部應封口，以免混凝土漏入。安裝聲測管時每個接頭必須焊好用膠帶封嚴密合，聲測管頂擬用橡膠帽或橡膠塞代替鋼片進行封閉，防止灌注混凝土時進入聲測管內，樁基無法檢測。

3.2 檢測裝置參數

超聲波檢測裝置主要由探頭（主頻為25～50 kHz，長度為20 cm，前置放大器頻帶范圍為5～50 kHz）、超聲儀（脈沖電壓250～1 000 V，頻帶寬度5～50 kHz，增益＞100 db，衰減器頻率為1 db，測時范圍＞2 000 us）、探頭升降系統、聲測管等四部分組成。

3.3 檢測結果

混凝土灌注施工完成并養護28 d 后，現場抽取50 根鉆孔灌注樁進行超聲波透射檢測，根據波形、波速、頻率、波幅4 個參數進行綜合評定，檢測結果用優秀、合格、較差以及不合格四種評價等級進行描述，見表2。從表2 可知：在50 根抽檢樁中，質量達到優秀的為36 根，占比為72%；合格樁基數量為13 根，占比為26%；較差質量的樁基數量為1 根，占比為2%；不合格樁基數量為0 根。從超聲波檢測結果來講，所有檢測樁基均滿足《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106—2014）中相關要求，表明鉆孔灌注樁工程施工質量控制科學合理。

表2 樁基超聲波檢測結果

4 結語

從施工機械選擇、施工工藝流程以及關鍵施工技術等方面對灌注樁的施工質量控制進行了探討，同時基于超聲波透射法，對樁基質量進行了檢測，結果表明：所有檢測樁基質量均滿足《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106—2014）要求，優秀樁基數量占比達到了72%。