公路橋梁樁基礎鉆孔灌注樁施工的關鍵技術研究

馬輝

（菏澤交投高速公路有限公司，山東 菏澤 274000）

1 引言

近年來， 公路橋梁建設面臨的地質環境及施工技術日趨復雜化，在樁基礎施工過程中更易受周邊環境、施工技術等因素干擾。 部分學者將摩擦樁、支承樁兩種樁基礎進行比較，明確不同樁基礎施工方案適用的地層承載力條件與樁周摩擦力等指標，為施工技術方案選型提供思路；部分學者將先下鋼圍堰后成樁、先成樁后做鋼圍堰兩種施工方案進行比較，并界定不同方案的具體適用范圍。 基于現有研究成果，本文對公路橋梁樁基礎鉆孔灌注樁施工的關鍵技術進行分析研究， 希望能為同類樁基礎施工及技術管理提供借鑒。

2 項目案例

2.1 工程概況

以東溝河大橋工程為例， 項目建設地點位于徐民高速單曹段單縣曹莊鄉，橋梁跨越東順河省級森林公園、東溝河、單縣連接縣建設，中心里程為K33+748.5，橋梁全長417.5 m，橋面寬度設計為0.5 m+11.75 m+0.5 m， 孔跨布置為3×30 m+3×25 m+4×30m+5×25 m。 橋梁上部結構為裝配式預應力混凝土小箱梁，采用先簡支構造、后橋面連續工藝；下部結構為雙柱式墩，采用鋼筋混凝土肋板埋置式橋臺，其中墩臺基礎為鉆孔灌注樁基礎，按摩擦樁設計。 全橋共設5 道伸縮縫，4 片梁，梁間距設計為3.15 m，在0 號、15 號兩橋臺后方沿線路坡度各搭設長10 m 搭板。 該公路屬于Ⅰ級公路，汽車荷載等級為允許最大車重55 t，抗震設防烈度為Ⅶ度，橋梁設防類別為B 類[1]。

2.2 水文地質條件

該項目中擬建橋梁位于黃河沖積平原區，地形平坦、起伏小，地面標高42.8～45.8 m。 地質勘察結果顯示，勘察深度內揭示地層主要為第四系全新統地層， 各土層由上至下包含種植土、填筑土、粉土、軟弱土、粉質黏土、粉砂、細砂等，大體分為Ⅰ級松土、Ⅱ級普通土兩類。 地表水系較發育，多以大氣降水作為徑流補給；地下水賦存在第四系全新統沖擊層中，以潛水為主，地下水位埋深為2.3～3.5 m。 橋址區地處中緯度地區，屬溫帶季風型大陸氣候， 全年夏熱冬冷， 降水時空分配不均，累計年平均日照時數為2 317.9～2 556.9 h，年平均降水量為662.7 mm，年平均氣溫為13.5～14.0 ℃[2]。

3 鉆孔灌注樁施工關鍵技術及應用要點

3.1 施工方案及工藝流程

將多種樁基礎施工方案進行比較分析，確認該項目中橋梁樁基采用泥漿護壁、旋挖鉆機鉆進成孔方式，采用鋼護筒，混凝土由拌和站集中攪拌、統一運輸，配合導管法灌注水下混凝土。 施工流程如圖1 所示。 根據現場勘察結果進行樁間距的合理設計，并完成單樁承載力驗算，確認施工方案的可行性[3]。

圖1 鉆孔灌注樁施工流程圖

3.2 施工準備與測量放樣

在施工準備環節，對照設計文件與圖紙完成橋梁結構尺寸、標高等參數的復核，編制樁基礎施工專項方案，并落實項目、標段、班組三級技術交底，組織現場施工與管理人員參與安全教育培訓。 在施工現場粗放標點，落實場地平整處理，搭設施工便道、便橋等臨時工程設施，并配置供水、供電、泥漿排放及循環等系統。 在施工材料準備上，選用φ30 cm鋼導管及料斗， 待完成導管內壁質量檢測后開展水密承壓試驗，確認符合質量要求后用紅漆做好標記，保證備用導管數量占比達20%～30%。在現場測量放樣環節，利用20 cm×20 cm方木將鉆孔平臺墊起，保證鉆機沿水平方向固定，借助全站儀完成樁體位置、高程等指標的測設，并沿鋼護筒周圍埋設護樁。

3.3 泥漿制備與循環

在泥漿制備環節， 優先選擇高黏度膠泥。 黏性土兌入清水，與外加劑按比例混合后完成泥漿制備，確保泥漿密度、含砂率、膠體率、失水量等指標均符合設計要求。 當現場檢查環節發現泥漿性能指標不符合設計要求后， 需按比例添加黏土及外加劑，用于調節泥漿比重，優化泥漿性能指標及其對孔壁的防護效果。 在后續鉆進過程中，當鉆進至設計標高時，應先將鉆具提升至距孔底上方20 cm 左右，此時勻速、連續轉動鉆具，優化泥漿循環效果，確保泥漿性能符合施工要求。 沿施工橋梁兩端各布設1 個泥漿池，利用攪拌裝置完成攪拌、制漿作業， 借助泵機將可移動式泥漿箱內儲存的泥漿泵送至鋼護筒內，待后續鉆孔環節向孔內持續輸送高壓氣體，促使泥漿由鉆桿抽出后通過管道進入分離裝置內， 完成泥漿中砂石等雜質的篩分，確保泥漿純度達標。

3.4 鋼護筒制作與埋設

在鋼護筒制作環節，選用鋼護筒長24 m，壁厚30 mm，參考工藝要求預留一定的加工余量，落實板料位置對中、上輪滾彎調節、連續滾動彎曲等操作，將板料加工成型，并將完成拼裝的鋼護筒吊運至現場進行總裝， 基于自動埋弧焊工藝加工成型。 在鋼護筒埋設環節，以超出鋼護筒外徑的80～100 cm 為基準， 預先在樁位處開挖護筒基坑， 選取黏土分層填筑在坑底， 并落實對坑底的夯實與整平處理。 將鋼護筒吊放至基坑內，沿定位的圓心位置緩慢移動、調節護筒，保證護筒中心與鉆孔中心位于同一水平線上，并借助水平尺進行垂直度檢查。待確認護筒埋設位置精度后，沿護筒四周均勻回填黏土，做好填土夯實處理，或采用APE400B 雙聯動液壓振動錘進行鋼護筒插打，技術參數如表1 所示，在護筒下沉過程中及時觀測垂直度等指標，避免出現超差問題。

表1 雙聯動液壓振動錘技術參數

3.5 旋挖鉆進成孔

在正式鉆孔前，將鉆機起落鋼絲繩中心對準樁位中心線，將鉆機緩慢勻速下放就位，在鉆機底部增設墊塊，保證底座平整度達標， 并根據現場空間完成鉆機、 吊具等設備的布局優化。 該項目中選用KTY4000 型鉆機，搭配六翼式刮刀、滾刀兩種鉆頭進行鉆孔作業，開鉆前預先向孔內灌注泥漿，調節旋挖鉆機位置與鉆桿垂直度， 根據土層成分調節泥漿比重與鉆機沖程，并在鋼絲繩上進行標記。

在鉆進作業過程中， 通常每向下鉆進2 m 需進行一次鉆孔及周圍土層檢查，保持連續鉆進作業，確保孔內水位在地下水位50 cm 以上，距鋼護筒頂面至少30 cm，倘若出現意外情況需停轉，第一時間將鉆頭提升至孔底上方5 m 以上，避免出現坍孔事故。 在鉆進速度控制上，當涉及由軟質地層過渡到硬地層時，應控制旋挖鉆機保持減速、緩慢鉆進作業，反之則加快鉆進速度；當涉及黏土吸水性較強的地層時，可適當提高掃孔頻率，避免出現縮徑問題。 當確認鉆孔累計進尺達到設計標高后，由監理單位組織開展成孔質量驗收，其質量檢測標準如表2 所示。

表2 成孔質量檢測標準

待確認鉆孔的孔徑、深度、垂直度等指標均合格后，選用換漿法進行清孔作業， 將鉆頭提升至距孔底20 cm 左右保持低速運轉， 使泥漿正常循環4～10 h， 將配制好的泥漿壓入孔內，完成孔內大比重泥漿與孔底沉渣的置換，保證孔內泥漿含砂率＜2%，結束清孔。

3.6 鋼筋籠制作與吊放

該項目中利用滾焊機在工廠預制鋼筋籠， 將鋼筋籠分節制作后統一運送至現場進行組裝， 選用直螺紋套管連接分節處，并利用專門胎架、吊具進行鋼筋籠起吊過程的固定，對吊點、焊縫處進行加強處理。 將鋼筋籠分節吊放至孔內，調節各節鋼筋籠位置，避免碰撞孔壁，使鋼筋籠下放就位，并在鋼筋籠頂部設置定位筋，沿鋼筋籠中部穿入槽鋼，與鋼護筒焊接固定。 在鋼筋籠保護層制作環節，在鋼筋籠表面以2 m 為間隔設置1 道箍筋，在各箍筋上分別對稱設置4 塊混凝土定位滑塊。待完成鋼筋籠定位后，為預防坍孔問題，需在4 h 內開展混凝土灌注作業。

3.7 水下混凝土灌注

由于該項目中地下水水位較高，涉及水下混凝土施工任務，待完成二次清孔、檢測后，安排攪拌車、吊車進場，準備開始水下混凝土作業。 將內徑350 mm、壁厚10 mm 的導管沿垂直方向居中插入孔內，與孔底標高保持20～40 cm 間隔，上方連接漏斗，并設置隔水板。 在混凝土初次灌注環節，確保導管埋深超過1 m，做好底部孔隙填充處理，綜合考慮擴孔率等指標，將混凝土灌注量控制在20 m3左右，保持混凝土連續不間斷灌注作業，灌注過程中適當提拔導管，控制導管埋深4～6 m，且單根樁至少制作3 組試塊，將試塊測試結果留存記錄。 待混凝土液位升高至樁頂設計線后， 可適當超灌1.5 m 左右高度，保證樁頭施工質量。混凝土灌注過程示意圖如圖2 所示。

圖2 混凝土灌注過程示意圖

4 結語

通過整合項目施工經驗，綜合考慮工程水文地質、氣候狀況與地震效應、不良地質、交通運輸、沿線資源配置與利用情況等信息，確認采用鋼護筒、旋挖鉆機鉆進成孔方式，與導管法配合完成水下混凝土灌注， 并詳細梳理鉆孔灌注樁施工過程中的關鍵技術要點， 最終推動樁基礎施工質量及管理水平的協同提升。 然而現階段研究成果主要集中體現在施工技術管理層面，未來仍需聚焦施工質量保證體系建設，加強施工過程控制，落實“三檢”制度，嚴把材料設備關，貫徹綠色文明施工理念等，總結相關質量控制措施，為后續路橋施工項目提供良好示范經驗。