橋梁水下鉆孔灌注樁施工技術研究與應用

劉方，李云浩

（濟南城建集團有限公司，濟南 250031）

1 引言

在進行水下鉆孔灌注樁施工時，由于水下環境的復雜性、施工條件等諸多因素的制約和影響，會增加施工難度，從而影響工程質量[1]。因此，在實際施工中，技術人員要具有豐富的實踐經驗和專業的施工技術，并結合工程的實際情況分析應該采取什么樣的施工技術方式，才能確保鉆孔施工各環節實現有效銜接，從而提升灌注樁施工的效率，確保工程質量達標。

2 鉆孔灌注樁施工技術的優勢

2.1 抗震和承載力優良

鉆孔灌注樁法是一種能使橋面結構和基礎之間達到較好的結合，提高基礎穩定性的方法。通過加固地基，并與橋面上部基礎進行組合，可以增強橋面上部結構的承載力，提高整體的抗震能力。

2.2 操作簡便、成本低

隨著施工技術的進步，鉆孔灌注樁的施工工藝日趨成熟，在橋梁工程中得到了廣泛的應用。合理配置施工人員、材料和機械設備，既能確保施工質量，又能降低造價。該技術具有操作簡便、易于掌握的特點，可以加速施工，保證項目的按時完成。

3 鉆孔灌注樁法施工技術要點

3.1 施工準備階段

為了保證工程施工的順利進行，在施工之前必須進行以下工作：首先，根據設計圖紙和施工現場的實際情況制訂相應的施工方案和應急處理方案，并明確施工流程，解決施工中存在的問題。對于工程地質、水文地質或技術狀況等十分復雜的灌注樁，在進行施工之前必須進行工藝試驗，并獲得相應的技術參數。其次，通過對施工人員進行培訓，使施工人員了解灌注樁的施工工藝、注意事項和常見問題，從而提高施工質量[2]。再次，加強對建筑材料的管理，由專業的技術人員負責材料的采購，并在進場之前進行質量檢查，以保證其質量符合有關規范要求。最后，在工程勘察、設計和施工環節中，技術人員要注意對樁位誤差的控制，保證樁位誤差在規定的范圍內[3]。

3.2 埋置護筒

護筒采用鋼板制作，并按安裝地點選擇尺寸、長度和壁厚符合要求的護筒。在正式安裝護筒之前，施工單位必須通過放樣確定其坐標，以確保護筒的埋設位置與設計圖紙一致。準確標明樁位，使護筒與樁心的水平誤差≤50 mm，護筒垂直傾斜率不能超過1/100，深水地基的護筒垂直傾斜不得超過1/150，但可以適當調整水平誤差，使其不大于0.8 cm。護筒的直徑應大于樁身，厚度應視地質情況而定。通常旱地或筑島埋設深度為2～4 m，護筒頂部應高于地表30 cm。護筒的內徑比鉆頭的直徑要大20 cm。如有需要，若在水中或特殊條件下需參照設計要求或樁位的水文、地質參數進行計算后確定深度，護筒頂端需高出水面1.0～2.0 m。

3.3 泥漿的配制

在橋梁鉆孔灌注樁施工過程中，所需要的泥漿量非常大。泥漿的作用是保護孔壁和懸浮泥渣，因此，需確保泥漿的質量。在開展泥漿制備作業時，要求施工作業人員根據工程現場的實際情況，科學應用有限的資源，以此為基礎，根據配合比要求，開展泥漿制備作業。通常來講，鉆孔灌注樁所使用的泥漿主要由水、黏土以及添加劑配制而成，通過攪拌機器或者人工的方式對其進行攪拌而成，將攪拌好的泥漿存至泥漿池中，然后通過泥漿泵將泥漿傳輸至每個鉆孔中。

通過試驗確定水泥漿的配合比，將水泥、軟土、膨潤土、添加劑等按配合比配制出水泥漿，以保證鉆井液性能與鉆孔工藝和土層條件相匹配。為了更好地保護周邊環境，防止泥漿污染環境，進行鉆井作業時，必須對廢棄的泥漿進行相應的處理，然后用車輛將它們運送到荒廢地區。

3.4 鉆孔

鉆進是鉆孔灌注樁工藝的關鍵環節。為了保證施工質量，在鉆進之前要做好充分的準備，以避免出現鉆孔中斷的情況。首先，根據孔徑、孔深、樁位處的地質水文條件、施工環境等因素，選擇合適的鉆機機型和施工技術。無論采用何種鉆孔技術，都必須保證開孔位置的精確性[4]。在開鑿過程中，要緩慢鉆孔，直到部分或全部鉆頭鉆入地層。

在鉆孔施工過程中，如果護筒中排出的水分或泥漿中有氣泡或者護筒突然出現不均勻沉降，證明筒壁已經發生了坍塌問題[5]。筒壁坍塌的主要原因是施工區域周邊的土質黏聚力較小，導致泥漿構成的護臂承壓較大[6]。由于鉆機在鉆孔過程中的旋轉速度較快，鉆孔過程至成孔時間較長，此過程中要經常檢查護筒的穩定性，如果發現護筒埋設區域的土層較為松散，需要對回填土進行夯實。

在前期鉆孔階段結束后，為了保證樁基礎的抗壓能力，必須進行泥漿補水。在鉆井工藝中，要依據地層條件進行合理的鉆孔速率調節[7]。在鉆機安裝之前，鉆機的基座要平整，并保證其穩定，保證在鉆井施工期間，鉆機不會發生位移、塌方。孔洞位置要精確，保證孔壁垂直、光滑、牢固，開孔時要輕壓慢進，鉆機的速度不得超過10 r/min，在所有的主動鉆桿都進入孔洞后，才能加快鉆進。在鉆孔作業時，停止鉆井和取渣作業后，必須及時向鉆孔中注入大量的泥漿。保證鉆頭的起落速度一致，不能有突然的變化，也不能有太大的壓力，當孔內渣土被挖出來時，必須把它移開，不能有任何的堆積，也不能影響到孔壁，防止塌孔[8]。在鉆進期間，要經常檢查鉆孔的直徑、垂直度，并將其變化情況與地質剖面進行對比，定期派人進行地質資料、鉆進速度、泥漿狀況等檢查。根據土層的不同，鉆壓、鉆速、泥漿的比例、泥漿的比重、泥漿的比重都有很大的差異，在土層中進行鉆孔時，推薦使用較慢的鉆速，并在孔內增加泥漿的比重和水頭。在施工過程中，如果出現鉆孔傾斜、擴孔、縮孔等不正常情況，要立即查明原因，并采取相應的措施。

當鉆孔達到設計高度后，首先檢查孔徑、孔深和孔眼傾角，達到標準后，進行清孔，清除孔底殘留的鉆渣，提高樁體的承載力。根據設計規范、鉆孔工藝、機械設備狀況、地層條件等因素，選擇適宜的鉆孔方法。在清孔排渣時，應注意控制孔內的水頭，防止塌孔。清孔完成后，將由專門的人員進行沉渣厚度的檢測，確保達到設計要求后，才能進行下一步的工作。

3.5 鋼筋籠施工

鋼筋籠由吊車起吊放入孔洞內。在鋼筋籠外側對稱放置數量充足、牢固的防護層墊片，墊片應由與樁身混凝土相同等級的混凝土預制。為了防止鋼筋骨架在澆筑時出現上浮現象，必須在鋼筋籠的上端設置相應的拉桿或拉環，同時還要對準中心線，防止鋼筋框架的運動和傾斜。按照工程中鉆孔灌注樁的設計要求，制作鋼筋籠，焊接完畢后，對鋼筋籠進行平整度測量，保證誤差不超過5 cm。鋼筋籠尺寸達到要求后，應進行全面清洗，采用分段式安裝方法將其固定在適當的地方。

在鋼筋籠制造期間，施工人員應加強對有關原料的質量檢驗。如果發現鋼筋材料沒有任何質量問題或者性能上的問題，可以在靠近鉆孔的地方進行鋼筋籠的制造，以便于以后鋼筋籠的吊裝工作。在籠體主筋、箍筋的加工中，施工人員要選擇合適的焊接工藝。在鋼筋籠成型并且質量檢驗合格后，可按工程施工中鉆孔灌注樁的施工規模決定鋼筋籠的處置方法，分為分段或不分段。大型鋼筋籠一般采用分段法，利用吊裝機械進行吊裝。只有在達到一定的高度后，才能進行安裝。注意在施工時，工人應注意鋼筋籠與地面之間的間距，并應滿足有關規范，防止鋼筋籠發生傾斜，并防止鋼筋籠接觸鉆孔。當鋼筋籠進入安裝施工區后，首先要對鋼筋籠定位參數進行核實，當滿足要求后，對鋼筋籠的對應部分進行焊接。

3.6 混凝土灌注

完成鋼筋籠安裝作業后，進行導管下放施工。在下放導管前，首先應對導管的水密承壓、接頭抗拉性能進行檢測，同時還要檢測孔底部分的沉淀厚度和泥漿情況是否滿足施工要求，在確保上述各項內容符合標準要求的前提下，才能進行混凝土灌注作業。混凝土灌注過程中的原材料配比需要通過實驗室試驗結果確定，并嚴格按照混凝土配比進行配制，以確保混凝土質量。在試驗過程中，混凝土的強度必須高于設計標準。在混凝土的配比過程中，需要將水灰比控制在一定范圍內，而粗骨料可以選擇棱角少的礫石材料，以確保混凝土具有良好的和易性，坍落度控制在180～220 mm。目前，混凝土灌注的方式種類多樣，可以直接采用混凝土輸送泵進行灌注工作，條件允許地段也可采取混凝土罐車直接卸料的方式。這兩種輸送灌注的技術在橋梁工程的樁基施工中應用較廣。在混凝土灌注施工環節中，必須要對導管的分解長度進行有效控制，便于后期對導管的拆卸工作，同時，也要確保每一節導管連接部位不能出現縫隙，確保導管的嚴密性。

在對水下混凝土進行灌注施工之前，必須先利用測錘以及測繩對成孔質量進行檢測，測定成孔的孔徑、垂直度、孔深、沉渣厚度等。需要注意的是，在灌注工作之前還應對混凝土原材料的攪拌質量進行檢測并保留試塊。同時，還需要考慮孔底的沉渣厚度，摩擦樁沉渣厚度控制在300 mm以內，端承樁沉渣厚度控制在100 mm以內，如果沉渣的厚度不能滿足規范要求，需要進行二次清孔。在混凝土進行灌注前，要對導管連接進行水密承壓試驗和接口抗拉試驗，導管入料口加隔水栓，以檢測導管的密封性。導管底口距孔底控制在約500 mm。混凝土灌注前，通過計算確保料斗內混凝土量，灌注后導管底口埋深1～2 m，灌注過程中導管底口嚴禁提出混凝土頂面，確保埋深4～6 m，混凝土灌注拔管長度要經計算和實測，避免超拔導管出現斷樁。灌注成樁的混凝土頂面要高出設計樁體頂面高程0.5～1 m，以確保樁頭灌注質量。

水下混凝土灌注時，首先將混凝土運輸至施工現場的灌注位置，同時需對混凝土的均勻性、坍落度等進行檢測，若檢測結果不滿足灌注要求，應進行二次拌和，如仍不滿足灌注要求，嚴禁用于灌注施工中。在灌注過程中，導管口和孔底的間距應控制在0.3～0.5 m，導管一次性埋置于混凝土灌注面1 m以下，一般要求導管埋深在2～6 m，整個灌注過程應保持連續，與此同時，還要嚴控導管的提拔速度，避免因提拔過猛而將導管移出混凝土灌注面。

4 結語

綜上所述，在進行橋梁水下的鉆孔灌注樁施工過程中，在受到施工環境和條件的影響，在實際的施工過程當中，要求相關的施工操作人員具有較為豐富的工作經驗，同時在施工過程中需要保證每一個重要施工環節的施工質量，將每一個施工環節之間進行有效的銜接，最大限度地保證施工周期的縮短，提高了灌注樁的施工質量和施工效率。