道路橋梁工程中的鉆孔灌注樁施工技術探討

文／陳元城 廣州市第一市政工程有限公司 廣東廣州 510000

引言：

在道路橋梁工程中，樁基承載力、橋墩穩定性和抗震性能是設計和施工的關鍵問題[1]。鉆孔灌注樁通過在地下形成混凝土柱體，使其與周圍土體相互作用，增加橋梁基礎的承載力和穩定性。鉆孔灌注樁具有以下幾個顯著優點：一是可以充分利用當地的原土資源，減少對外部填土的需求；二是施工過程簡單，可實現機械化施工，提高工程進度和質量；三是適用于各種地質條件下的基礎處理，如軟土、淤泥、砂礫等。因此，對鉆孔灌注樁施工技術進行深入研究和探討，旨在解決現有施工中的問題，改進施工工藝，提高施工質量和效率，進一步推動道路橋梁工程的發展。

1.鉆孔灌注樁基本概念和分類

1.1 鉆孔灌注樁概念

鉆孔灌注樁是一種常用的橋梁基礎形式，通過在地面或水中預先鉆孔，然后在鉆孔中注入灌注材料（通常為混凝土），形成垂直或傾斜的樁體[2]。該樁體在土層中起到傳遞荷載的作用，能夠有效地承受靜載、動載和地震作用等外力，并將這些荷載傳遞到更深的穩定土層或巖石層中。鉆孔灌注樁因其施工簡便、適應性廣、承載力強等特點，成為道路橋梁工程中常見的基礎形式之一。它可以應用于各種地質條件下，包括軟土、粉土、砂土、黏土、卵石、巖石等不同的地層類型，并且適用于各種橋梁結構形式，如梁橋、拱橋、索塔橋等。

1.2 鉆孔灌注樁分類

1.2.1 按樁身材料分類

鉆孔灌注樁按照樁身材料的不同可以進行分類，常見的分類包括混凝土灌注樁、鋼筋混凝土灌注樁和鋼管灌注樁。表1 列出了這些不同類型鉆孔灌注樁的特點和適用范圍。可以看出，不同類型的鉆孔灌注樁適用于不同的工程項目和地質條件[3]。混凝土灌注樁適用于一般的建筑物基礎和土壤改良工程，鋼筋混凝土灌注樁適用于需要承受較大荷載的橋梁和高層建筑等工程，而鋼管灌注樁由于其良好的承載力和抗震性能，適用于復雜地質條件下的海洋工程、地鐵隧道以及對承載能力要求較高的工程。

表1 按樁身材料分類及特點

1.2.2 按施工方式分類

鉆孔灌注樁的施工方式多種多樣，根據實際施工過程中的操作方式和工藝要求，可以將鉆孔灌注樁按施工方式進行分類，表2 給出了幾種常見的施工方式及其特點。通過不同的施工方式，鉆孔灌注樁可以適應不同地質條件和工程要求。選擇合適的施工方式對于確保工程質量和效率具有重要意義[4]。根據具體的工程要求和現場情況，施工人員可以選擇最合適的施工方式進行鉆孔灌注樁的施工。

表2 按施工方式分類及特點

2.鉆孔灌注樁的施工流程

2.1 前期準備工作

2.1.1 勘察設計

在鉆孔灌注樁施工中的勘察設計階段，需要進行詳細的地質勘察和工程設計分析。地質勘察包括對樁基區域的土壤類型、地下水位、地下水流動情況等進行調查，以了解地質條件對樁基施工的影響。工程設計分析包括根據橋梁結構荷載和地質條件，確定樁基的數量、直徑、深度等參數，并考慮樁基與土壤的相互作用[5]。此外，還需要對現場施工條件進行評估，包括施工設備的可行性、交通運輸條件等。通過綜合分析勘察設計結果，可以為鉆孔灌注樁的施工方案制定提供依據，確保施工的安全性和可行性。

2.1.2 施工方案制定

在制定施工方案時，需要考慮多個因素，如工程的地質條件、樁基設計要求、施工設備與材料可行性以及施工進度等。首先，地質條件的分析是制定施工方案的基礎，通過地質勘察數據和相關資料，評估地層的穩定性、土壤的承載力等信息，確定鉆孔灌注樁的直徑、深度以及間距等參數。其次，根據橋梁的設計要求和荷載特點，結合地質條件，選擇適當的灌注材料，并設計合理的灌注過程，確保樁體的強度和穩定性。此外，考慮施工設備與材料的可行性，包括鉆孔機械的選擇與調試、混凝土攪拌站的布置等，以確保施工的順利進行[6]。最后，制定合理的施工進度計劃，安排好施工各個環節的時間節點，協調好各方資源，確保施工的高效與質量。

2.2 鉆孔施工

2.2.1 鉆孔設備選擇

在鉆孔灌注樁施工中，選擇合適的鉆孔設備是確保施工質量和效率的重要因素。鉆孔設備的選擇應考慮多個因素，如地質條件、孔徑要求、孔深、工期等。地質條件是決定鉆孔設備選擇的關鍵因素之一，不同的地質條件需要不同類型的鉆孔設備，例如在軟土地區可以選擇旋挖鉆機，而在巖石地區可能需要使用巖石鉆機。孔徑要求也是選擇鉆孔設備的考慮因素之一，大直徑孔徑需要大型鉆機進行施工，而小孔徑可以選擇小型鉆機。此外，孔深和工期也會影響鉆孔設備的選擇。較深的孔深通常需要更強大的設備，并且如果施工時間緊迫，可能需要考慮同時使用多臺鉆機以提高施工效率。鉆孔設備的選擇應綜合考慮地質條件、孔徑要求、孔深和工期等因素，以確保施工過程的順利進行。

2.2.2 鉆孔技術要點

在鉆孔過程中，需要選擇適當的鉆孔方法，如旋轉鉆進法或沖擊鉆進法，根據具體情況確定最佳方法。對鉆孔孔徑進行控制，確保孔徑符合設計要求，避免過大或過小的孔徑對樁的承載力產生不利影響[7]。此外，還需關注鉆孔的垂直度和位置精度，確保樁的準確定位和垂直度要求的滿足。另外，鉆孔過程中需要注意的是土層的鉆進阻力和巖石的鉆進難度，鉆孔時應監測鉆孔進度和阻力變化，根據實際情況靈活調整鉆孔參數，如鉆速、鉆進壓力等。對于遇到的巖石層，需要采取適當的巖石鉆進工具和技術手段，以確保鉆孔的順利進行。通過選擇適當的鉆孔方法、控制孔徑、保證垂直度和位置精度，并根據土層和巖石的情況調整鉆孔參數，可以有效提高施工質量和樁的承載能力。

2.3 灌注施工

2.3.1 灌注材料選擇

灌注材料應具備一定的流動性和可塑性，能夠填充鉆孔空隙并與周圍土體形成良好的粘結，常見的灌注材料包括水泥漿、礫石混凝土和微波溫室用高性能混凝土等。水泥漿是一種常用的灌注材料，由水泥和水按一定比例混合而成，具有較高的流動性和較快的凝固硬化速度，在施工過程中易于控制。然而，水泥漿的強度相對較低，需要通過灌注后的養護來提高其強度和穩定性。礫石混凝土是一種由礫石、水泥、砂和水按一定比例混合而成的灌注材料，具有良好的強度和穩定性，適用于承受較大荷載和抗沖刷能力要求較高的工程，礫石混凝土還能提供較好的樁體抗浮托性能，適用于水下施工。微波溫室用高性能混凝土是一種新型的灌注材料，其特點是強度高、耐久性好和施工周期短，采用高性能混凝土配方，經過特殊的加工和養護工藝，能夠在短時間內達到設計強度要求[8]。這種材料適用于對施工周期和質量要求較高的工程，如高速公路和重要橋梁。在選擇灌注材料時，需要考慮工程的具體要求、地質條件和預算限制。

2.3.2 灌注技術要點

灌注技術要點包括灌注材料的選擇和灌注過程的控制，灌注材料的選擇要考慮其流動性、強度和耐久性等因素，以確保灌注后的樁體具有足夠的承載力和穩定性。在灌注過程中，需要控制灌注速度、灌注壓力和灌注深度等參數，以避免灌注過程中的空隙和孔隙，保證灌注材料充分填充孔隙并緊密結合鉆孔壁，提高樁體的整體性能。此外，還需注意控制灌注材料的溫度和混凝土配合比，確保灌注材料的質量和一致性。通過合理的灌注技術控制，能夠提高鉆孔灌注樁的施工質量和工程效益。

3.鉆孔灌注樁施工中的關鍵技術

3.1 鉆孔技術

3.1.1 鉆孔方法選擇

在道路橋梁工程中，常見的鉆孔方法包括旋挖鉆孔、沖擊鉆孔和循環鉆孔等。旋挖鉆孔是一種常用的鉆孔方法，通過旋轉鉆桿和鉆頭，利用土壤的松動和切削作用將土層逐漸鉆探穿越，適用于較軟土層和一定的巖層，在穩定性要求較高的情況下，可采用套筒鉆孔技術來提高孔壁的穩定性。沖擊鉆孔是利用沖擊力將鉆頭逐漸鉆入土層的一種方法，通過持續的沖擊力，鉆孔設備可以穿越較硬的土壤和一定的巖石層[9]。沖擊鉆孔適用于較硬的巖土層，但在巖石較堅硬或存在較大塊石時，可能需要輔助使用液壓鉆孔或爆破等方法。循環鉆孔是一種利用泥漿循環系統將鉆孔廢土帶出孔口，通過泵送高壓泥漿，將鉆孔廢土沖刷出孔口，并在孔內形成穩定的泥漿柱。循環鉆孔適用于較深的孔洞，尤其是在軟弱土層或水下施工的情況下，可以保持孔洞的穩定并便于鉆孔廢土的排除。在選擇鉆孔方法時，需要綜合考慮地層情況、孔深、施工條件和工期等因素。鉆孔方法的選擇應根據工程的具體要求和現場條件進行合理的評估和決策，以確保施工的高效性和質量性。

3.1.2 鉆孔孔徑控制

合理的孔徑選擇和準確的孔徑控制，對于確保鉆孔灌注樁的穩定性和承載力至關重要。首先，鉆孔孔徑的選擇應考慮到設計要求和地質條件。根據橋梁工程的設計參數，包括橋墩的尺寸和荷載要求，以及地質勘察結果，確定合適的孔徑范圍。孔徑的選擇應滿足樁身與周圍土體形成一定的摩擦阻力和端阻力，以確保樁的穩定性和承載力。同時，還需考慮施工設備的限制和施工工藝的要求。其次，鉆孔孔徑的控制需要通過適當的鉆孔工藝和監測手段來實現。在施工過程中，應嚴格按照設計要求和施工方案進行操作。鉆孔機的操作人員應掌握良好的技術技能，并根據實際情況進行及時調整。在鉆孔過程中，可采用鉆頭直徑測量儀、孔壁質量檢測儀等設備對孔徑進行實時監測，以確保鉆孔的準確性和穩定性。此外，鉆孔孔徑的控制還需要注意孔壁的保護和清潔。在鉆孔過程中，應采取措施保證孔壁的完整性，避免土體坍塌和孔壁破損。可以使用鋼套管或套筒進行加固，防止孔壁塌方。同時，在鉆孔完畢后，應進行清理工作，確保孔內無雜質和積水，以提供良好的灌注條件。

3.2 灌注技術

3.2.1 灌注壓力控制

灌注壓力的合理控制能夠保證灌注混凝土充分填充鉆孔空間，并形成均勻致密的樁體結構。在確定灌注壓力時，需要考慮灌注混凝土的流動性和鉆孔孔隙的情況，灌注壓力應根據具體情況進行調整，過低的灌注壓力可能導致混凝土無法充分填充孔隙，從而影響樁體的強度和穩定性；而過高的灌注壓力則可能引起孔隙壓縮和混凝土的分層現象，降低樁體的承載能力和抗震性能。在實際施工中，灌注壓力的控制可以通過監測設備和實時數據采集來實現[10]。常用的方法包括在灌注管道上設置壓力傳感器，通過監測灌注壓力的變化來控制灌注過程。根據灌注壓力的反饋信息，可以及時調整灌注參數，如灌注速度和灌注量，以達到預期的灌注效果。此外，灌注壓力的控制還需要結合施工現場的實際情況進行調整。例如，在軟土地區或孔隙度較大的地層中，需要適當增加灌注壓力以克服地層的沉陷和塌陷；而在硬巖地層中，則需要減小灌注壓力，以避免因過高的壓力導致鉆桿斷裂或樁體質量下降。

3.2.2 灌注混凝土配合比設計

合理的配合比設計能夠保證灌注混凝土的強度、流動性和耐久性，從而確保鉆孔灌注樁的工程質量和使用壽命。在進行灌注混凝土配合比設計時，需要考慮以下幾個因素。強度要求：根據橋梁工程的設計要求和荷載條件，確定鉆孔灌注樁所需的混凝土強度等級，強度等級的選擇應符合相關規范和標準的要求。流動性要求：灌注混凝土需要具備一定的流動性，以便在鉆孔灌注過程中充分填充孔洞并緊密粘結樁身和土層，流動性的控制可以通過調整水灰比、粉煤灰摻量、減水劑等方式實現。耐久性要求：鉆孔灌注樁通常處于潮濕環境或直接接觸土層，因此混凝土的耐久性至關重要，配合比設計需要考慮混凝土的抗滲性、抗凍性和耐久性等方面的要求，可以通過控制水膠比、選用合適的礦物摻合料和外加劑等方式提高混凝土的耐久性。材料特性：在配合比設計中，需要考慮使用的水泥、骨料、礦物摻合料和外加劑的特性，不同材料的特性會對混凝土的性能產生影響，因此需要根據實際情況選擇合適的材料并確定其摻量。

3.3 環境保護問題

在道路橋梁工程中，鉆孔灌注樁的施工可能對環境造成一定的影響。為了保護環境，減少施工對生態系統和周邊環境的不良影響，需要采取一系列環境保護措施。首先，鉆孔灌注樁施工過程中會產生大量的廢棄物和廢水，包括巖屑、鋼筋等。這些廢棄物應當進行妥善處理，避免對周邊土壤和水源造成污染。施工現場應設置合理的廢物堆放區，并按照規定進行分類、儲存和處理。同時，廢水排放應符合相關環保標準，必要時可以設置廢水處理設施，確保排放水質符合要求。其次，施工現場對周邊環境的噪聲、震動等影響也需要引起重視。在選擇施工設備和施工技術時，應優先考慮減少噪聲和震動的產生。例如，可以選擇低噪聲的鉆孔設備，并合理控制施工參數，減少振動對周圍建筑物和地質環境的影響。此外，可以采取隔聲、減震等措施，保護周邊居民和生態環境的安寧。另外，施工過程中還需注意對空氣質量的保護。鉆孔過程中可能會產生粉塵和排放氣體，對施工人員和周圍環境造成污染。應采取有效措施控制粉塵和氣體的擴散和排放，如使用噴霧設備進行濕法作業，降低粉塵生成；對于氣體排放，可以采用排氣裝置進行處理和過濾，減少有害氣體的釋放。

結語：

本文通過對道路橋梁工程中鉆孔灌注樁施工技術的探討，鉆孔灌注樁作為一種常用的橋梁基礎形式，在道路橋梁工程中具有廣泛的應用前景。鉆孔灌注樁施工的關鍵技術包括鉆孔和灌注兩個方面。鉆孔技術涉及鉆孔方法選擇和孔徑控制，而灌注技術則包括灌注壓力控制和混凝土配合比設計。在施工過程中，需要嚴格控制施工質量，采取相應的檢測和控制措施。同時，鉆孔灌注樁施工中常見的問題包括安全問題、施工質量問題和環境保護問題，需要采取有效的解決方法。然而還需要進一步完善研究，探索更高效、安全和環保的施工技術，以滿足不斷發展的道路橋梁工程需求。