公路橋梁沖擊式鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

苑田祥

（山東華通路橋工程有限公司，山東 臨沂 273400）

0 引言

在路橋工程項(xiàng)目開展過程中，與其他技術(shù)相比，鉆孔灌注樁施工技術(shù)的合理應(yīng)用能夠增加其結(jié)構(gòu)的耐久性能，有效克服施工現(xiàn)場各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，如硬土層、河道等較為復(fù)雜惡劣的施工環(huán)境等，保障施工作業(yè)的順利開展，有效延長路橋的使用壽命，同時(shí)還具備施工噪聲小、承載能力強(qiáng)等優(yōu)勢特點(diǎn)。沖擊式鉆孔灌注樁施工技術(shù)憑借其自身的優(yōu)勢特點(diǎn)，已然成為當(dāng)前我國公路橋梁廣泛采用的施工技術(shù)手段之一。

1 工程概況

以A 高速公路在建工程B 段二標(biāo)段工程為例，該工程位于山區(qū)地區(qū)，橋梁工程共17 座，其中拼接橋1座，長度為123.45m；主線大橋6 座，長度為1793.43m；互通主線橋1 座，長度為1178.43m；匝道橋9 座，1792.45m。

2 施工現(xiàn)場環(huán)境分析

2.1 水文環(huán)境

該施工路段內(nèi)水資源較為豐富，河網(wǎng)緊密，且各個(gè)河道呈現(xiàn)分散狀，其中主流河道為忠建河，同時(shí)分散分布忠建河支流，河水從南部偏西方向東北方向徑流，主河道整體長度約為117km，流域面積達(dá)188km，分析該流域平均流量監(jiān)測數(shù)據(jù)，近10年該流域的平均流量為48.8m/s，汛期主要集中出現(xiàn)在4～8月，施工現(xiàn)場雨量較大，場區(qū)內(nèi)雨量充足，其他月份徑流量相對較小，但是變化并不明顯。總體來說，該地區(qū)的地下水資源分布廣泛且資源豐富。

2.2 地形地貌條件

該工程地處山區(qū)地帶，分析整體地勢，西北高于東南，山體高程約在500～1200m。地貌主要以階梯狀為主，大部分區(qū)域?yàn)樯降兀〔糠謪^(qū)域斷陷，沉積構(gòu)成多級夷面與山間河谷斷陷盆地，呈現(xiàn)出層狀地貌，從東到西呈現(xiàn)剝蝕侵蝕構(gòu)造、溶蝕侵蝕地貌。

2.3 地質(zhì)條件

該區(qū)域的地質(zhì)條件以粉質(zhì)黏土、碎石土、中風(fēng)化白云巖、強(qiáng)風(fēng)化白云巖為主，施工區(qū)域不同，地質(zhì)結(jié)構(gòu)略有不同。結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃沫h(huán)境，在該工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案中，共有646 根樁基，其主要以端承樁與摩擦樁為主，在全面樁基中，鉆孔灌注樁有512 根，主要采用沖擊式鉆孔灌注樁施工技術(shù)開展施工作業(yè)。

3 沖擊式鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工流程

在路橋施工中，所涉及的環(huán)節(jié)較多，具體施工流程見圖1。在沖擊式鉆孔灌注樁施工作業(yè)開展過程中，首先應(yīng)當(dāng)對施工場地進(jìn)行填壓、平整處理，同時(shí)做好施工前的準(zhǔn)備工作，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)方案，對施工現(xiàn)場進(jìn)行精準(zhǔn)測量，確定樁基放柱的位置，同時(shí)制作相應(yīng)的鋼護(hù)筒。準(zhǔn)備工作完成后，借助沖孔鉆機(jī)機(jī)械能進(jìn)行開孔作業(yè)，實(shí)時(shí)測量鉆孔的深度、斜度以及直徑，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。開孔完成后進(jìn)行清孔作業(yè)，將下放的鋼筋籠進(jìn)行固定，進(jìn)行而二次清孔，然后開展混凝土灌注作業(yè)，通過成樁交驗(yàn)之后，對樁頭進(jìn)行清理，并開展無破損檢驗(yàn)，確保其樁基質(zhì)量完全符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 沖擊式鉆孔灌注樁施工流程

3.2 施工前準(zhǔn)備

在施工作業(yè)開展前，首先做好施工前準(zhǔn)備工作。測量人員結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙，確定軸線及樁位的分布位置，在施工現(xiàn)場內(nèi)，構(gòu)建測量控制網(wǎng)，利用控制網(wǎng)對施工樁位進(jìn)行精準(zhǔn)確定。確定樁位后準(zhǔn)備施工工作面，對施工現(xiàn)場進(jìn)行整理、夯實(shí)，利用宕渣填筑的方式對鉆機(jī)的作業(yè)平臺進(jìn)行加固處理。鉆機(jī)工作平臺應(yīng)當(dāng)設(shè)置在距離地面高度1m 的位置，以此來保障鉆孔內(nèi)部水壓充足。該工程項(xiàng)目中，由于其地下水資源豐富，結(jié)合其地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)當(dāng)在工作面鋪設(shè)一層鋼板，增加受力面積，最大限度避免在鉆機(jī)工作過程中出現(xiàn)平臺塌陷或者由于不均勻沉陷導(dǎo)致鉆機(jī)偏移，對鉆孔斜度造成影響。

3.3 泥漿制備

泥漿制備效果是保障工程整體質(zhì)量的重要因素之一，在施工作業(yè)開展過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特征確定泥漿制備標(biāo)準(zhǔn)，并在其中加入外加劑，以此來保障泥漿的質(zhì)量。其具體指標(biāo)見表1。進(jìn)行配漿過程中，控制其密度在1.2～1.4g/cm之間，膠體率不低于95%，黏度在18～24pa·s 之間。與此同時(shí)，由于公路橋梁的樁基結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工作業(yè)人員在配置泥漿的過程中，為了能夠確保泥漿的配置質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)對黏土的質(zhì)量進(jìn)行把控，把黏土打碎后放置到護(hù)筒中，通過沖擊錘來進(jìn)行敲擊，控制好敲擊力度。制漿效果的提高有利于施工人員更加全面地了解工程整體的結(jié)構(gòu)特征，從而保證公路橋梁工程的質(zhì)量。

表1 泥漿性能指標(biāo)

泥漿指標(biāo)相對密度/（g/cm3）黏度/（Pa·s）含砂率/（%）膠體率/（%）失水率/（mL/30min）pH值鉆進(jìn)過程1.20～1.40 22～30≤4%≥95%≤20 8～11澆筑混凝土前1.03～1.10 17～20≤2%≥98%≤20 8～12

3.4 埋設(shè)護(hù)筒

在公路橋梁工程項(xiàng)目開展過程中，沖擊式鉆孔灌注樁所采用的護(hù)筒主要以鋼護(hù)筒為主。護(hù)筒埋設(shè)作業(yè)，首先對施工場地的綜合條件進(jìn)行全面分析，根據(jù)基樁設(shè)計(jì)要求合理選擇護(hù)筒規(guī)格。護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)當(dāng)比鉆孔樁直徑大20cm，護(hù)筒長度設(shè)置為6m。在進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)過程中，如果其埋設(shè)護(hù)筒的長度較大，需要多節(jié)護(hù)筒進(jìn)行銜接時(shí)，應(yīng)當(dāng)對護(hù)筒銜接處進(jìn)行焊接，并采用專業(yè)的密水性材料對其進(jìn)行防水處理。在進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)作業(yè)之前，應(yīng)當(dāng)對護(hù)筒銜接位置進(jìn)行防水實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確保其不存在漏水、滲水現(xiàn)象，方可進(jìn)行埋設(shè)。在埋設(shè)作業(yè)開展時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)樁基位置進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)，其埋設(shè)深度應(yīng)當(dāng)在樁徑的1.5 倍以上，其頂面應(yīng)當(dāng)高出地面0.3m，如圖2 所示，最后在埋設(shè)完成的護(hù)筒周圍采用黏土等進(jìn)行夯實(shí)處理，并對其樁位進(jìn)行再次測量檢查，確保其符合設(shè)計(jì)要求之后，采用水泥、砂漿等對其進(jìn)行再次加固。

圖2 護(hù)筒埋設(shè)示意圖

3.5 鉆進(jìn)成孔

在護(hù)筒埋設(shè)工作完成后開始鉆孔作業(yè)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)再次對其進(jìn)行測量，找出樁孔的中心點(diǎn)，再一次確認(rèn)樁位的準(zhǔn)確性。然后，調(diào)節(jié)鉆架上的起吊滑輪，保證沖擊錐的中心位置與樁孔中心保持在同一條垂線上，誤差值不超過20mm。確定樁孔中心后對鉆機(jī)進(jìn)行檢查，然后開展鉆孔作業(yè)。初次鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇小沖程，保障鉆孔豎直，避免鉆孔位置的偏移或孔口塌陷等現(xiàn)象的發(fā)生。待鉆孔位置與孔口位置穩(wěn)定之后，可以轉(zhuǎn)為4～5m 的大沖程開展鉆進(jìn)作業(yè)，在鉆進(jìn)過程中，隨時(shí)清理殘?jiān)S持泥漿的密度與黏度。同時(shí)，在進(jìn)行鉆孔作業(yè)過程中，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)層的變化進(jìn)行分析，在鉆進(jìn)過程中，一旦地質(zhì)層發(fā)生變化，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行取樣分析，判定地質(zhì)層類型，以此來保障開孔作業(yè)的順利完成。

3.6 檢孔與清孔

當(dāng)鉆孔深度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，對其成孔進(jìn)行檢測，確保其孔徑、孔深、斜度以及穩(wěn)定性完全符合樁基標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行成孔檢測過程中，利用鋼絲測繩對孔的深度進(jìn)行測量，進(jìn)行測量之前，借助鋼尺等對鋼絲測繩進(jìn)行校驗(yàn)，確保其深度測量的準(zhǔn)確性。在保障其深度符合成孔標(biāo)準(zhǔn)之后，利用籠式驗(yàn)孔器及全站儀等設(shè)備對成孔的內(nèi)直徑及垂直度進(jìn)行檢驗(yàn)。沖孔通過各項(xiàng)檢驗(yàn)之后，為了降低孔底部的沉淀、提升樁基底部的承載能力，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行清孔處理。主要是采用換漿法來完成，將泥漿泵管路從作業(yè)平臺上直接放至孔底，啟動鉆機(jī)，讓鉆頭在孔的底部維持小沖程運(yùn)動，避免鉆渣的沉淀，啟動泥漿泵，將孔底的泥漿、沉渣抽出孔內(nèi)，同時(shí)向孔內(nèi)灌入新的泥漿或清水，直至所抽出的泥漿變成沒有鉆渣的新泥漿之后，對其進(jìn)行再次檢查，確保其符合清孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，完成清孔作業(yè)。清孔檢查項(xiàng)目及質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 清孔檢查項(xiàng)目及質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)次 1 2 3 4 5檢查項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢查方法沉渣厚度／mm ≤200標(biāo)準(zhǔn)錘量手摸觀察清孔后泥漿指標(biāo)孔內(nèi)排出的泥漿手摸無2～3mm顆粒比重／（g/cm3）黏度／（pa·s）含砂率（%）1.03～1.1 17～20＜2比重秤黏度計(jì)含砂率計(jì)

3.7 鋼筋籠下放與聲測管安裝

完成清孔作業(yè)后開展鋼筋籠下放作業(yè)，在其施工作業(yè)開展過程中，根據(jù)護(hù)筒頂?shù)臉?biāo)高，計(jì)算鋼筋籠頂?shù)臉?biāo)高，其誤差值應(yīng)當(dāng)控制在±50mm 以內(nèi)。下放鋼筋籠時(shí)，將護(hù)筒與鋼筋籠進(jìn)行固定，確保二者之間的中心點(diǎn)保持在同一垂線上，避免在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，鋼筋籠隨著泥漿發(fā)生位移。聲測管的安裝與鋼筋籠同步進(jìn)行，將聲測管按照等邊三角形或者正方形的形式隨著鋼筋籠進(jìn)行分段安裝，保證兩管之間互相平行。聲測管的頂部及底部應(yīng)當(dāng)進(jìn)行密封處理，頂部位置采用木材或者其他填充材料進(jìn)行密封，避免在進(jìn)行混凝土灌注過程中，由于灌入砂漿雜質(zhì)等導(dǎo)致管道的堵塞，底部的密封應(yīng)當(dāng)采用在其底部加焊盲蓋或者鋼板的方式，以此來保證其密封性。施工過程中，每埋設(shè)一節(jié)鋼筋籠，應(yīng)當(dāng)在聲測管內(nèi)加注清水，密封處理后再進(jìn)行下一節(jié)埋設(shè)作業(yè)。

3.8 導(dǎo)管下放及二次清孔

在導(dǎo)管下放之前對導(dǎo)管進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。下放完成之后，對樁孔進(jìn)行二次清孔，其清孔過程與初次清孔基本相同。清孔結(jié)束后，對孔內(nèi)的泥漿指標(biāo)、孔深以及沉渣厚度進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其符合混凝土灌注標(biāo)準(zhǔn)后，將泥漿泵、風(fēng)管等進(jìn)行拆除，準(zhǔn)備水下混凝土澆筑作業(yè)。

3.9 混凝土澆筑作業(yè)

混凝土澆筑質(zhì)量是影響公路橋梁整體質(zhì)量的核心要素。因此，在混凝土澆筑作業(yè)過程中，應(yīng)當(dāng)從原材料開始，嚴(yán)格把控每一道工序的質(zhì)量關(guān)。在混凝土澆筑作業(yè)開展之前，根據(jù)樁徑精準(zhǔn)計(jì)算混凝土方量，鉆孔灌注樁混凝土澆筑作業(yè)主要依靠混凝土的自重沿著導(dǎo)管流出孔底，無法實(shí)現(xiàn)對混凝土的振搗作業(yè)，這意味著對混凝土拌和物和易性要求相對較高。在選擇水泥時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)水泥的保水性能選擇水泥種類，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)控制在2.4～2.8mm 之間，粗骨料粒徑在4.75～37.5mm 之間，坍落度在18～22cm 之間，砂率控制在40%～50%之間。與此同時(shí)，為了能夠有效改善混凝土的和易性，應(yīng)當(dāng)在混凝土中適當(dāng)添加緩凝型減水劑。在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，為了保障基樁頂部混凝土強(qiáng)度，其頂面位置應(yīng)當(dāng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高1m，高出部分在樁系梁施工作業(yè)過程中進(jìn)行拆除。在完成混凝土及澆筑作業(yè)后，應(yīng)當(dāng)立即拆除導(dǎo)管，混凝土完全凝結(jié)之后，應(yīng)當(dāng)采取相關(guān)的檢驗(yàn)技術(shù)，對其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 結(jié)語

綜上所述，公路橋梁工程項(xiàng)目受其工程規(guī)模及施工條件等諸多因素的制約，施工難度較大，對施工技術(shù)水平有較高的要求。想要充分發(fā)揮沖擊式鉆孔灌注樁施工技術(shù)在我國路橋工程施工中的作用，施工單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格掌握該項(xiàng)技術(shù)的施工要點(diǎn)，結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際環(huán)境與地質(zhì)條件，合理制定施工作業(yè)方案，為我國公路橋梁施工技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。