鉆孔灌注樁技術在公路橋梁施工中的應用研究

楊鳳銀

（扶溝縣交通運輸局,河南 周口 461300）

0 引言

在公路橋梁建設施工中，鉆孔灌注樁施工技術具有操作性強、施工簡便以及高效等突出優勢，能較好地改善施工場地的土體構造，將工程區域地質不穩定、氣候變化等外部因素的不利影響降至最低。鉆孔灌注樁基礎能適應于不同地質條件，抗震能力強，因此成了公路橋梁的主要基礎形式[1]。學者姚明鑫圍繞高速公路橋梁建設中鉆孔灌注樁的泥漿性能與機械效率展開了分析，針對不同條件下的泥漿調配進行研究，對施工過程中由于泥漿各指標不足可能引起的風險進行了研判，為提升高速公路橋梁鉆孔灌注樁施工質量提供了借鑒[2]。該文對公路橋梁建設施工中的灌裝柱技術應用、施工工藝以及操作流程展開研究并進行了試驗測試分析，通過在施工過程中不斷測試灌裝柱的單樁性能，得出了實際樁徑和樁長合理數值，結果表明，鉆孔灌注樁技術的應用能夠滿足公路橋梁的承載力要求，取得了較好的施工效果。

1 鉆孔灌注樁技術施工工藝研究與應用

1.1 鉆孔灌注樁施工技術研究

鉆孔灌注樁施工技術是指在工程地基上進行鉆孔作業，再通過壓力將水泥砂漿注入縫隙當中，有效地改善了地基的強度，為公路橋梁工程施工奠定堅實基礎。在實際的施工過程中，樁基的作用是將受到的上部荷載傳遞到地基，由此提高了承受建筑自身荷載的能力，也保證了結構的安全穩定。此次研究針對大直徑的鉆孔灌裝柱的承載特性、穩定性和安全性進行研究，對橋梁施工鉆孔灌注樁施工技術展開分析。

鉆孔灌注樁施工工藝的具體流程：首先在樁位進行放線、埋設護筒，然后定位樁機并沖擊成孔，再對鉆孔深度進行測定并處理孔洞，將制作的鋼筋籠安裝進孔，再安裝導管，此時需要對孔進行二次清洗，使冗余的泥漿循環使用后即進行沖擊成孔。根據不同的施工過程，有幾個要點和原則需要注意。在護筒的外部需要焊接加裝加強筋，在挖護筒坑時，需要深入至地下的原土大概25 cm 左右，坑深度應大于1.5 m，護筒坑的直徑應該大于護筒外徑大概50 cm。埋設護筒時，護筒的內直徑應大于沖孔樁樁徑的15 cm。安裝護筒之后，還應該將護筒外壁的三維孔隙用黏土填充緊實。沖孔之前，要科學制定泥漿的配合比，由于采用的是膨潤土進行泥漿的制備，要求其塑性指數應大于25 mm，泥沙含量需大于50 kg/m3。為了保證樁機的穩定運行，沖孔過程中應根據施工現場的土質勘察情況，按照實際情況放置枕木，應避開鋼護筒。沖孔作業時，采用0.5 m 左右的低揚錘進行沖擊，適量添加黏土和鵝卵石可以使土體和粒料之間互相碾壓，防止孔壁脫落，還應注意孔位和樁位的偏差情況，如有偏差要采用片石等材料回填孔洞[3]。

清孔是沖孔作業中的重要操作流程，施工中應及時清理所產生的殘渣，避免重復產生破碎而影響沖孔的效率。在清理殘渣過程中，如果存在呈漂浮狀態的殘渣，則需要進行二次或者多次清理，還應注意檢查孔口返漿的比重問題，應觀察孔底的沉渣厚度是否符合標準后才能繼續施工[4]。鋼筋籠的制作安裝，要嚴格按照設計圖紙制作，確保鋼筋籠的尺寸、外形符合要求，焊接加強筋時應采取雙面焊的方式進行，其搭接的長度應大于5 d。鋼筋籠吊運過程中要避免變形或損壞，安裝后應及時對其進行加固處理，避免發生位移。公路橋梁施工中鉆孔灌注樁成孔質量標準如表1 所示。

表1 鉆孔灌注樁成孔質量標準數值表

1.2 基于鉆孔灌注樁技術的公路橋梁施工應用

以某公路橋梁工程為例，該橋梁跨越河谷，施工區域地勢東南低，西北高，整體地形連接相對平緩。建設施工開始前，首先要對施工場地進行清理，設置泥漿區域、沉淀區域、機械設備放置區域。施工設備主要包括ZK8000 沖樁機、吊機、水下導管等，應及時設置防護圍欄。其次，要對施工場地進行勘測，設立橫向軸線與縱向軸線的標記點，再進行組裝樁基和護筒埋設作業。

護筒內直徑應大于沖孔樁樁徑15 cm，鋼護筒壁厚6~12 mm，高1.5 mm，安裝完成后要用黏土進行回填并按壓緊實。再采用孔中的土體制備泥漿，合理添加黏土及外加劑，泥漿池容積不得小于單樁孔容積的1.5 倍[5]。泥漿性能指標初始配置中，泥漿的相對密度應保持在1.05~1.10 g/cm，黏度為17.0~19.0 s，含沙率小于3%。在沖進過程中，相對密度保持在1.04~1.09 g/cm，黏度為17.0~22.0 s，含沙率小于3%。沖孔作業施工要采用0.4~0.6 m左右的低揚錘進行沖擊操作，護筒放入刃腿以下2 m 左右，操作中應設置1 m 左右的沖程，在黏土層設置2 m的沖程，操作中應適時清洗鉆孔頭上的泥塊[6]。在粉砂層應設置2~3 m 的沖程，要加大沖擊的頻率，泥漿的密度保持在12~15 g/cm 左右。在沙土或者鵝卵石層要設置3~4 m 的沖程，要及時清理產生的沉渣，泥漿密度應控制在13 g/cm；在塌孔回填的過程中，要采用較小的沖程進行循環反復沖擊，泥漿密度控制在13~15 g/cm 左右。

采用吊車對鋼筋籠實施安裝，操作中應采取分段加工、垂直入孔的方式，要控制位置使其受力均勻。焊接時要連接嚴密，無焊渣出現，要求同一截面的鋼筋數量不超過總量的一半，完成后檢查連接的緊密性和牢固程度，再檢查沉淀層厚度。安裝導管過程中，首先要對導管的承受度進行測試，防止爆裂，導管的孔徑一般要求在40 cm 左右。灌注施工前要清理和檢查混凝土攪拌物，灌注施工中要控制灌注的速度和量，要求時長不超過8 h，避免孔壁不穩定而造成塌孔。為了防止橋柱出現縫隙，灌注開始之后不能隨意中斷，要注意控制高度，導管的埋置深度要控制在2~6 m 之間。沖孔過程中，應結合土壤結構并適當調整泥漿比例，以防止孔壁出現不穩定、坍塌或控制孔位置產生偏差等問題。清孔過程中，要控制底部礦渣和浮渣，防止過量礦渣對成樁產生影響。鋼筋籠的制作和組裝應符合設計和規范，確保鋼筋籠的尺寸和垂直度符合必要的標準。澆筑混凝土時，需要適當控制初始灌注量和速度，防止鋼筋籠受到損壞和鋼筋籠偏移或上浮。在各施工環節，嚴格遵循施工規范、了解工藝施工要點，確保取得高質量的成果，全面提高公路橋梁的工程綜合效益。

2 鉆孔灌注樁技術應用公路橋梁效用實驗

2.1 公路橋梁數據準備及實驗設計

為了驗證此次研究的鉆孔灌注樁施工技術以及樁基礎施工效果，開展試樁實驗測試，其實驗數據來源于某高速公路某大橋的鉆孔灌注樁測量記錄。通過試樁實驗，對不同的樁長和樁徑進行和荷載實驗，進一步驗證鉆孔灌注樁施工技術應用于公路橋梁的具體效果，其中適應度結果采用實驗數據的相關內容得出。實驗分為A、B兩組，分別對試樁增加荷載，相關的詳細數據如表2 所示。

表2 試樁具體信息以及實驗加載與卸載設計

該次實驗過程中選取A2，B2 進行方案對比，在原試驗方案中計算出A2 的樁徑值為1.3 m，樁長為36 m，體積為47.85 m3，B2 的樁徑為1.3 m，樁長為25 m，體積為33.49 m3。此次研究優化的方案得出的結果與之進行對比。

2.2 實驗結果統計與計量分析

對實驗試樁的沉降量進行了相關記錄，兩組試樁的荷載－沉降曲線如圖1。可以看出，A1 的最大加載量為22 010 kN，最大沉降量為41.052 mm，A2 的最大加載量為23 000 kN，最大沉降量為40.358 mm，B1、B2 的最大加載量均為19 000 kN 左右，B1 的最大沉降量為40.51 mm，B2 的最大沉降量為40.975 mm。

圖1 兩組試樁的荷載—沉降曲線

該次研究考慮了鉆孔灌注樁在施工過程中的各個施工階段，如圖2 為選取了A2，B2 進行的相關實驗，得出A2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m，29.987 m，建議值為1.4 m、30 m，由此得出最佳試樁體積為46.15 m3，減少的百分比為3.55%。得出B2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m、21.845 m，建議值為1.35 m、22 m，由此得出最佳試樁體積為31.18 m3，減少的百分比為6.89%。可見優化對混凝土的預算和體積都有減少。

圖2 A2、B2 適應度值與樁長樁徑

3 結論

為了保證公路橋梁的承載能力，此次研究對施工過程處理和原則進行分析，對灌注過程中的相關施工過程進行探討，通過測試得出相應的單樁樁長和樁徑。實驗表明，A2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m、29.987 m，建議值為1.4 m、30 m，由此得出最佳試樁體積為46.15 m3，減少的百分比為3.55%。B2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m、21.845 m，建議值為1.35 m、22 m，由此得出最佳試樁體積為31.18 m3，減少的百分比為6.89%。可以看出，此次研究的鉆孔灌注樁技術對公路橋梁施工具有良好的效用。在鉆孔灌注樁技術具體操作過程中，結合施工現場情況，在確定灌注量及樁身尺寸的基礎上，發揮技術優勢，從而提高工程質量，既節約混凝土用量，又保證承載能力。但是此次研究僅對公路橋梁的單樁樁長、樁徑進行了測試，只考慮了樁身的體積和材料，還需要考量更多的參數如經濟成本，所以還有待進一步研究和改進。