淺析橋梁灌注樁施工工藝技術管理

羅志玲，王琦凱

［1.湖北瑞洪工程管理有限公司，湖北 荊門 448000；2.湖北省漳河工程管理局（湖北省漳河土木工程設計院），湖北 荊門 448124］

1 工程概況

對外交通專用公路沿線共設橋梁6 座，其中8m×30m（跨徑）兩座。橋墩最大高度55m，樁徑為1.2m 和1.8m 兩種規(guī)格，最大樁深47m。橋梁主要設計參數(shù)如下。

設計荷載：公路－I 級、掛車－1600kN。

設計車速：40km/h。

橋面寬度：標準寬度8m（行車道）+2×0.5m（防撞護欄），曲線段設超高加寬。

地震動峰值加速度系數(shù)：0.12g。

設計洪水頻率：1/100。

通航等級：不通航。

2 樁基施工

樁基礎是一種深基礎，其原理在于借助承臺聯(lián)結(jié)若干根樁的頂部成為一個整體，以此共同承受動靜荷載的。其中樁一種基礎構(gòu)件，樁基礎中的樁常被稱之為基樁。樁常被豎直或傾斜設置于土中，其作用在于，能夠?qū)端惺艿暮奢d傳遞到承載力較強的巖土層上，且傳遞中能夠穿透軟弱的高壓縮性土層或水。

原施工方案樁基為鉆孔灌注樁，但實際施工環(huán)節(jié)，由于黏土有限，且橋梁工程水文等實際地質(zhì)條件符合《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ 041—2000）“挖孔灌注樁”適用于無地下水或少量地下水，且較密實的土層或風化巖層的特點，部分樁孔采用人工挖孔灌注樁施工[1]這一內(nèi)容。但由于樁基深度較大，人工挖孔施工難度較大。鉆孔灌注樁與人工挖孔灌注樁兩種不同的施工工藝具有各自的適用范圍、施工工藝、優(yōu)缺點等，下文分別進行了對比。

2.1 適用范圍及優(yōu)缺點

2.1.1 鉆孔灌注樁

在我國眾多種類公路橋梁基礎中，鉆孔灌注樁基礎地位舉足輕重。其具有抗震性能強、承載力大、施工噪音小、可以解決特殊地基承載力等諸多優(yōu)勢。但另一方面，灌注樁地下施工也存在意外因素多、工程質(zhì)量難控制等劣勢，極易因監(jiān)管措施不當?shù)纫蛩卦斐少|(zhì)量及施工問題。因此，施工中必須嚴格監(jiān)管鉆孔灌注樁基礎施工質(zhì)量[2]。

2.1.2 人工挖孔灌注樁

這一工藝具有施工設備及操作簡單、無須占用過多場地施工、降低對周圍建筑影響、施工質(zhì)量可靠等技術優(yōu)勢，不僅能夠適應全面開展工作的需求，還能夠有效縮短工期，同時也具有降低造價等重要作用，目前已在基礎施工環(huán)節(jié)得到廣泛運用。人工挖孔灌注樁適宜用于土質(zhì)較好、地下水位較低的黏土、亞黏土、含少量砂卵石的黏土層，軟土、流砂、地下水位較高、涌水量大則不宜采用。

2.2 施工工藝技術

2.2.1 鉆孔灌注樁

（1）施工準備。

這一環(huán)節(jié)主要有樁位放樣，平整場地，施工便道敷設、護筒加工，鋼筋骨架加工準備等環(huán)節(jié)。

在正式施工前，施工單位要結(jié)合施工場地實際情況采取不同的處理措施，對于坡面的鉆孔樁處理成平面，以便鉆機就位。

（2）埋設護筒。

本橋樁位分布于旱地及河床，護筒用厚6mm 鋼板卷制焊接而成，長度制成2.5m 和3.5m 兩種規(guī)格。其中少部分位于河床中的樁基礎，鉆孔平臺外圍用砂包作為圍堰，里面人工填筑粘土，護筒埋深不少于3m。主要分布于旱地上的樁基礎，埋深不少于2m。其中護筒外壁周圍的耕植土需要挖除，范圍以0.5～1.0 為宜，分層夯填粘土至護筒底0.5m 以下，以防沖擊鉆孔時在護筒腳等位置出現(xiàn)冒水、冒泥漿等問題，并能夠使護筒保持穩(wěn)定。護筒中心、樁位中心要處于同一位置，偏差以小于等于5cm 為宜，護筒壁傾斜度以不大于1%為宜。

（3）泥漿的制作。

在制備泥漿前需提前將黏土打碎，這不僅能夠使黏土在攪拌中更易成漿，還能夠減少成漿時間，且不影響泥漿質(zhì)量。攪拌好的泥漿貯存泥漿池，用管子導入孔內(nèi)，以便隨時補充孔內(nèi)泥漿。

（4）安裝鉆機。

在旱地施工環(huán)節(jié)要以木方襯墊樁機，在河床施工環(huán)節(jié)，鉆孔平臺可通過人工筑島搭建，高度以水面之上1.5m 為宜，這樣才能夠保證平臺穩(wěn)定且能夠有效應對沖刷。

鉆機要被安裝于鉆孔的某一側(cè)，且要保持穩(wěn)定，其支承墊木不得壓在孔口鋼護筒上。泥漿池尺寸不小于5m×8m，中間隔開，兩側(cè)分別作沉淀池和凈化泥漿池，凈化泥漿池中泥漿可循環(huán)使用，泥漿槽長度不小于5m，利于鉆孔及清孔時沉碴掏碴。

在調(diào)試鉆機時，要使用鉆錐起吊滑輪緣，并將鉆錐和樁孔中心保持在同一垂線，穩(wěn)定好鉆機和扒桿攬風繩。

（5）鉆機鉆進：①本工程覆土層為第四系亞黏土、亞砂土、細砂、有機質(zhì)土局部分布。鉆孔時需以小沖程及慢速保持鉆錐穩(wěn)定，進而保障初開孔牢固可靠，使鉆錐堅直時能發(fā)揮引導作用，并且同時在孔內(nèi)加水、投入粘土，用小沖程來回沖擊造漿。同時鉆進過程中為避免碰撞護筒，鉆錐在孔中豎直穩(wěn)定時才可適當提速。②鉆機鉆進的過程中，泥漿過濃則會影響進度，過稀則易造成塌孔等問題。因此要隨時檢查孔中泥漿，使之各項指標能夠一直符合要求。③鉆機鉆進的過程中，要及時撈渣取樣，以此進一步確定施工地實際地質(zhì)分布，并根據(jù)地層情況合理設置沖程。在鉆孔過程中，每鉆進5m 就要對鉆機吊繩中心為進行檢查，以此及時發(fā)現(xiàn)、調(diào)整因振動產(chǎn)生的位移。同時為防止出現(xiàn)鉆出斜孔的問題，需要檢查鉆機平穩(wěn)情況，并同時對鉆頭直徑，轉(zhuǎn)向裝置，孔內(nèi)泥漿進行檢查，使鉆頭在鉆孔時能保持自由轉(zhuǎn)動。同時為防止縮孔，當鉆頭損失導致小于樁直徑的，要立刻開展修補工作。④鉆頭鉆進過程中，施工單位要做好技術交底及交接工作，及時填寫鉆孔施工記錄，保持連續(xù)三班作業(yè)并就鉆進情況及后續(xù)注意事項進行交接，進而能夠根據(jù)鉆進感覺和快慢情況以及取樣分析判明地層變化。⑤如果因故停鉆，為防止出現(xiàn)埋鉆問題，需要以孔口護蓋，并嚴禁鉆錐留在孔內(nèi)。⑥鉆頭鉆進過程中，如因鉆孔排渣、提鉆、除土或其他原因停鉆時，為防止坍孔，需要保持孔內(nèi)水頭符合規(guī)定，且泥漿密度、粘度要符合質(zhì)量標準及施工要求。

（6）檢孔：①在鉆進中，常用以鋼筋籠制成檢孔器進行檢孔操作，其外徑要與設計孔徑相等，長度以設計孔徑4～6 倍為宜，本橋樁基直徑為1.2m 和1.8m，所以本橋的鋼筋籠檢孔器按6m 制作，在孔深達到10m 后，每沖進2m 下放檢孔器按要求檢查鉆進中和終孔的孔徑。②通過檢孔器檢查時，其重點在于檢查孔的中心位置、孔徑、孔深、傾斜度、孔內(nèi)沉淀層厚度，且要保持檢查的及時性。如若在檢查中發(fā)現(xiàn)各項技術指標在允許偏差范圍外時，要予以及時有效處理。

（7）清孔。

本橋采用泥漿泵循環(huán)法清孔。開始清孔時，泥漿比重不得小于1.2。清孔時，泥漿泵出漿口在孔內(nèi)上下提動時保持垂直，并在向下時不放到孔底，距孔底20～30cm，不破壞護壁泥皮，防止孔底透水。清孔時加長清孔時間，循環(huán)清孔時在泥漿槽加勤掏碴。清孔分兩次進行，清孔達到孔底沉淀厚度符合標準，泥漿含量減少到符合要求為止。清孔結(jié)束后，盡快灌注混凝土，其間隔時間不能大于30min，超過時要重新測淤，二次清孔后的泥漿比重控制在小于或等于1.10，以確保孔壁穩(wěn)定。

（8）下鋼筋籠：①鋼筋籠采用16t 汽車起重機吊入孔內(nèi)，鋼筋籠分段制作時，在孔口焊接。②定位鋼筋設在鋼筋骨架外側(cè)，每隔2m 沿圓周等距離布置四根，以保證混凝土保護層均勻，保護層厚度5cm。③鋼筋籠入孔時，要對準孔位并徐徐輕放，以此減少孔壁碰撞現(xiàn)象發(fā)生，下籠中遇阻不得強行下放、晃動，需要查明原因并在妥善解決后繼續(xù)操作。④下好鋼筋籠后，應拉好護筒定位的十字線，調(diào)整好鋼筋籠的中心位置。

（9）混凝土的拌合。

混凝土標號符合設計要求，配合比設計時坍坍落度取18～22cm；混凝土從拌和樓拌制，混凝土攪拌罐車運輸至灌注樁部位，經(jīng)溜槽、漏斗和導管入倉。

（10）灌注水下混凝土。

在上述清孔和鋼筋籠下好后應在30min 內(nèi)進行澆筑混凝土，因孔內(nèi)無法振搗，須采用自密實混凝土，如因其他原因推遲澆筑，后續(xù)澆筑應重新檢、清孔的鋼筋籠定位方可澆筑。混凝土灌注要連續(xù)進行，混凝土罐車運輸時，合理安排運輸間和灌注時間，使一車混凝土灌注完后與下一混凝土罐車混凝土時間間隔不得超過30min。注意掌握灌注混凝土時埋管深度情況，專人負責測量記錄計算，控制撥管速度，防止導管撥出混凝土面。

（11）施工作業(yè)順序。

鉆孔施工順序遵循以下原則：樁遵循相鄰兩孔施工原則，兩孔中心距要維持在≥4d，或最少時間間隔不小于36h 的原則進行隔孔或跳孔施工。為便于施工盡可能減少搬遷時間和輔助時間。

2.2.2 人工挖孔灌注樁

（1）挖孔樁的開挖：①在開挖挖孔樁時，開挖線要結(jié)合設計樁徑及護壁厚度等數(shù)據(jù)在地面放出，井圈第一節(jié)護壁要在向下挖深1m 處澆筑。井圈要高出地面，以20cm 為宜，且要做以加厚處理，10cm 最為適宜。在這一環(huán)節(jié)后，要將樁位縱橫中心線測放到井圈上，并測出孔口控制高程，以此為后續(xù)挖掘工作中能夠更好控制高程提供幫助，且要求第一井圈的中心線與設計軸線的偏差不得大于2cm。井圈高出地面的優(yōu)勢還在于，能夠有效防止施工進程中地表水進入井內(nèi)。②在澆筑鋼筋混凝土護壁時，應使設計的配筋和混凝土強度得到保障。上下節(jié)護壁的搭接長度以大于50mm 為宜，每節(jié)護壁模板應于施工完成后養(yǎng)護24h 在拆除。當發(fā)現(xiàn)護壁存在蜂窩、漏水等問題使，要及時采取補強措施，以此避免事故發(fā)生。③在下一節(jié)井孔土方開挖操作前，要先找到井孔中心點，常用手段為用垂球在井口吊線。在找到中心點后，要在井孔底部打一短木樁，將樁中心投影到木樁頂上，以此為據(jù)開挖第二節(jié)護壁土方，同時施工單位要在開挖操作中對地質(zhì)變化予以密切關注。④擴大頭的施工，人工挖孔灌注樁的特點在于它下部擴大頭的施工，擴大頭的開挖深度深、直徑大，所以在施工過程中，應該先監(jiān)測土質(zhì)是否已達到設計要求的持力層，經(jīng)驗證，土質(zhì)確實以達到設計要求的承載力土層時，方可進行擴孔，擴孔時，要特別注意安全，并保證設計要求的深度和直徑。在擴大頭施工完畢后，為減少土層坍塌概率，就要求施工單位緊湊設計清渣、驗收和澆筑混凝土工序。

（2）混凝土的澆筑：在成孔后，應馬上開展混凝土澆筑施工。鋼筋籠的加工、制作和安裝與常規(guī)灌注樁施工相。但在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，澆筑混凝土的落差高度超過2m 時，應使用串通，即下料要從樁的一側(cè)操作，人工攤鋪并振搗以保證密實性，并能保證澆筑的連續(xù)性，避免斷樁發(fā)生；在有地下水時，可用導管進行水下混凝土澆筑。

（3）施工過程的難點與重點：①地下水問題。在人工挖孔灌注樁施工環(huán)節(jié)，地下水對于施工影響較大。為此當?shù)叵滤徊淮髸r，施工單位可采取單樁樁內(nèi)抽水這一手段解決；當?shù)叵滤惠^大時，施工單位可采取多樁同時抽水法來降低地下水，以此解決施工難點；假如地下含水量豐富且樁設計深度不大時，施工單位可考慮在場地四面設置井點排水。②流沙層問題。在人工開挖孔灌注樁時，細砂、粉砂層地質(zhì)極易在地下水作用下形成流砂，甚至會誘發(fā)井漏，進而發(fā)展成為更為嚴重質(zhì)量問題及安全事故，因此施工單位要對流沙層這一問題采取有效解決措施。為此在問題較輕時，可采取縮短挖孔層深這一手段，將正常的1m 左右一段改為0.3～0.5m，并以隨挖隨檢的手段檢查隨護壁；在問題嚴重時則可采用下這一常用手段，鋼護筒與鋼模板相似，以孔外徑為直徑，分為4～6 段圓弧。③淤泥質(zhì)土層問題。當施工環(huán)節(jié)如遇淤泥質(zhì)等軟弱土層，常采用木模板做支檔、縮短開挖深度、及時驗收澆筑混凝土護壁等措施予以解決。④混凝土澆筑問題。人工挖孔灌注樁在混凝土澆筑時由于樁深較深，最深可達80m，孔徑有限，因此混凝土澆灌時，存在難以操作，作業(yè)人員必須下孔內(nèi)去振搗，危險性較大；當混凝土落差高度超過2m 以上時，必須加設串槽，孔內(nèi)應增設安全照明及通風管道設施，確保作業(yè)人員生命安全。

3 結(jié)語

在鉆孔灌注樁施工環(huán)節(jié)，常見有護筒冒水、孔壁坍陷、縮頸等問題，會影響到樁基質(zhì)量，需要施工人員和質(zhì)檢人員以及監(jiān)理人員加強責任心，加強每一環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，嚴格按照規(guī)范驗收；人工挖孔灌注樁施工中樁體直徑、垂直度、混凝土澆筑質(zhì)量均能得到有效保證，但挖孔過程中的人員安全風險較機械成孔要大，孔內(nèi)作業(yè)的安全措施一定要到位，嚴格按照方案及時支護。選擇何種方法施工，要根據(jù)地質(zhì)條件、周圍環(huán)境等因素確定。

在橋梁施工環(huán)節(jié)，管理人員要具備極強的管理意識，以此提升協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌等工作效率，進而能夠在施工中及時發(fā)現(xiàn)問題，并通過針對性的措施予以妥善處理。同時技術人員要具備極強的勞動技能，掌握并熟練運用橋梁各部位施工工藝，強化對施工關鍵環(huán)節(jié)及重要工序質(zhì)量、施工過程等環(huán)節(jié)的控制力度，保證工程質(zhì)量，確保施工安全。