鉆孔灌注樁施工技術在公路橋梁工程中的應用

邱堂堂，馬雷

（1.中交通力建設股份有限公司，西安 710076；2.中交第二公路工程局有限公司，西安 710076）

1 引言

由于地質、水文條件的特殊性，橋梁工程中常面臨在深水中施工橋墩的情況，施工干擾因素多，必須在安全的前提下進行橋梁深水樁基礎施工。 因此，深入研究深水區樁基施工技術具有重要意義， 本文圍繞鉆孔灌注樁基礎的施工技術進行具體闡述[1-2]。

2 工程概況

普爾隆瀾滄江大橋橋梁， 橋長為371.48 m， 跨徑組合為20m+20m+（75 m+140 m+75 m）+20 m+20 m，交角為90°。 橋梁下部采用一字臺，1 號、6 號橋墩為柱式墩，2 號、5 號橋墩為實體墩，3 號、4 號橋墩為空心墩，橋墩采用樁基礎，水深為40 m；橋梁上部結構采用裝配式預應力混凝土簡支T 梁和預應力混凝土變截面連續剛構。

3 深水鉆孔灌注樁施工難點及處理措施

本項目樁基直徑大，長度長，且地質較為復雜，樁底巖層破碎、穿越串珠狀溶洞，成孔難度大。

針對鉆孔灌注樁施工難點，提出如下處理措施：（1）配套專門的導向架，作為下放鋼護筒時的輔助裝置，以便準確控制鋼護筒的垂直度；（2） 鋼護筒底口和頂口均設置加強抱箍，自然下放鋼護筒后用振動錘施加外力， 在不引起鋼護筒變形的前提下打設到位；（3）成孔設備采用大型沖擊鉆機，原因在于此設備對特殊施工條件的適應性強，即使地層的強度較高，也依然能夠正常成孔；（4）鉆孔過程中及時監測孔深，根據監測結果采取管控措施。 提前準備溶洞填充材料，鉆孔期間遇到溶洞時進行填充；（5）嚴格控制導管埋深，完整記錄施工信息，給質量管控和問題處理提供數據參考。

4 鉆孔灌注樁施工技術的應用

4.1 鉆孔平臺的搭建

1#、2#主墩鉆孔樁平臺分別采用3×3 排φ1 000 mm×12 mm鋼管樁、4×2 排φ1 000 mm×12 mm 鋼管樁，設斜撐以提升平臺的穩定性。 基礎上設置2HM588 mm×300 mm 主橫梁，上方依次鋪設貝雷梁、25a@750 mm 縱向分配梁、預制橋面板。 鉆孔平臺搭建成型后，安放護筒沉放導向架[3]。

4.2 護筒沉放

采用后場卷塑的方式， 將直徑3.0 m 的護筒現場沉放到位。 護筒沉放設備采用履帶吊和千斤頂，由專員在現場指揮，分節接高，平穩下放。 在鉆孔平臺頂面放置門架，先用履帶吊接高各節段直至形成完整的鋼護筒， 再通過千斤頂緩慢下放至泥面，無法繼續下放時，用振動錘振激護筒，通過外力作用使鋼護筒嵌入覆蓋層。

4.3 鉆進成孔

1）泥漿制備及使用：泥漿護壁鉆孔，根據泥漿制備、鉆孔護壁、泥漿回收再利用多項要求建造泥漿循環系統，循環利用泥漿以最大限度發揮材料的利用價值。 對于無利用價值的廢棄泥漿，排放至沉淀池進行沉淀，用儲渣箱收集，通過運渣車將無用泥漿運輸至指定場所進行處理。 若鉆孔過程中頻繁出現泥漿沉淀堵管的情況，調整為PHP 泥漿護壁鉆孔的施工方法。

2）鉆進：沖擊鉆低錘密擊，最大沖程不超過4~6 m，避免空錘。 鉆孔施工人員及時檢查孔位、孔徑、孔壁及孔深，若與設計要求存在偏差，需要及時糾偏。 間隔跳樁鉆進，減弱對相鄰已成孔樁基的破壞。

3）終孔：鉆進至設計樁底標高以下約5 cm 時，結束鉆孔，撈取渣樣， 進行檢驗以保證鉆孔的各項尺寸均達標以及孔內沉渣量在許可范圍內。

4）清孔：采用二次清孔工藝，成孔結束后用掏渣桶進行第一次清孔，主要是將孔內的大泥團石塊清理干凈，鋼筋籠和導管全部下放到位后， 再用掏渣斗進行二次清孔， 要求渣土厚度≤50 mm， 同時孔內泥漿性能指標符合以下要求： 比重1.15~1.2、含砂率≤6%、黏度≤22 Pa·s，二次清洞后，在30 min內灌注水下混凝土，如不能及時灌注，需采取遮蓋措施，防止洞內雜物堆積。

4.4 鋼筋籠吊裝

用平車將加工好的鋼筋籠運到指定樁位， 采用汽車起重的方式起吊鋼筋籠。 鋼筋籠的尺寸、形態、穩定性各方面均要滿足要求，主筋和加強箍筋全部焊接。 超聲波檢測管布置在鋼絲籠的內側四周，并與主筋進行焊接，使成樁的質量更容易被檢測出來。 檢測管材安裝到位后，將水注入其中，并用鋼板將檢測管材的上下兩口分別封死，這樣就可以杜絕水泥漿料的進入。 鋼筋籠的各節端頭及內環加固圈處均采用鋼筋焊接的方法，以避免運輸、起吊過程中鋼筋籠發生變形。 提起鋼筋籠，將支撐物剪斷后，吊至洞口位置。 鋼筋籠吊裝和入孔均要準確，下放過程中不與孔壁發生碰觸，地面高程偏差不超過±10 cm，平面位置偏差≤10 cm。 為防護鋼筋籠，在其外側對稱布置與保護層同等厚度的墊塊。

4.5 導管的加工和安裝

4.5.1 導管加工

導管由無縫鋼管加工成型，規格為288 mm×9 mm，中間節長度為2.5 m，底節長度為4 m，調整節長度為0.5 m。 導管的接頭形式為絲扣式接頭，要求接頭穩定可靠并具有嚴密性。

4.5.2 導管質量檢驗

通過水密性試驗和抗拉拔試驗檢驗導管， 評價接頭密封性能和抗拉強度。

水密試驗前，按式（1）計算導管壁可承受的最大內壓力Pmax（kPa），要求試驗水壓不低于Pmax：

式中，γc為混凝土重度，取24 kN/m3；hcmax為導管內混凝土柱最大高度，m；γw為孔內泥漿重度，取12 kN/m3；Hw為孔內泥漿深度，m。

導管水密性試驗時，用高壓水泵以1.4~2.0 MPa 以上的壓力向導管內注高壓水，注水后至少持荷15 min，檢驗導管是否存在泄漏。 導管水密性試驗原理如圖1 所示。

圖1 導管水密性試驗原理示意圖

4.5.3 導管下放

鋼筋籠安裝到位且通過質量檢驗后， 開始安放混凝土灌注導管。 安裝時，護筒頂口的導管限位卡板的中心應與鉆孔中心對齊，下放底節導管，再依次布置剩余的各節導管，導管頂部用卡板卡住，接頭處裝密封圈，絲扣處涂抹黃油。

混凝土灌注導管下放到位后， 導管底口距孔底30~50 cm為宜，并根據平臺頂面標高和孔底標高計算導管長度，判斷是否滿足設計要求。 此外，在下放導管后需重新測量孔底沉渣厚度和孔深，若沉渣量超標，采用空壓機和風管以氣舉反循環的方法進行清孔。 清孔效果滿足要求后，撤除清孔裝置，盡快灌注水下混凝土。

4.6 水下混凝土灌注

攪拌站根據鉆孔灌注樁的施工要求拌制C35 水下混凝土，通過性能檢驗后用運輸車輸送至指定樁基處， 用汽車泵泵送。鉆孔灌注樁的水下混凝土灌注采用砍球法， 應準備足量的混凝土以滿足首批混凝土灌注的用料要求，再測量導管的埋深并進行控制， 應保證埋深不少于1 m。 若順利完成首批混凝土灌注，則連續進行剩余部分的施工，直至完成整根樁的灌注為止。

灌注期間置換的泥漿經由連通管到達其他待鉆鋼護筒，回收泥漿從而循環利用， 但樁頂以上含水泥漿的廢漿缺乏回收再利用的價值，視為廢料，用砂石泵抽至泥漿箱進行處理。混凝土的頂面標高達到設計要求后，結束灌注，拆除導管。 混凝土灌注頂面應比設計標高高出0.5~1.0 m，保證樁頭的施工質量。

樁基混凝土灌注采用輸送車和導管進行，連續灌注，期間密切觀察管孔內水位升降和管內混凝土下降情況，在合適的時機提升導管以及拆除導管；防止混凝土從料斗頂溢出；根據混凝土灌注進度靈活控制導管的埋深，灌注全過程中導管的埋深應穩定在2~6 m。 混凝土的埋管時間以2~2.5 h 為宜，提升導管時應保證導管的軸線處于居中位置，不與周邊設施碰觸。 若提升過程中出現導管法蘭卡掛鋼筋骨架的情況，以轉動導管的方法脫困，再將導管調整至中心位置，繼續提升。拆除導管的時間最多為15 min，條件允許時盡可能在5 min 內完成，否則因拆管時間過長而導致漿液固結，引起堵管問題。 拆除混凝土灌注導管后，及時清理殘留的漿液，以便重復使用導管。

若導管內灌注的混凝土夾雜空氣而不夠飽滿時， 應徐徐灌入混凝土進行補充，切不可快速地灌入混凝土，以免導管內產生高氣壓柱，反而引起堵管問題[4]。

5 鉆孔灌注樁施工范圍內溶洞的處理方法

5.1 拋填法

鉆穿溶洞漏漿時，投入片石和黃土，用鉆頭沖擊從而將填充材料擠入溶洞和巖溶裂隙內， 必要時可向黃土和片石中摻加適量水泥、燒堿等輔助材料，利用此類混合料提升孔壁的穩定性。

拋填法處理溶洞的要點如下。

1）片石與黏土的比例為3∶7，若摻加鋸末，其用量取黏土用量的10%。

2）片石的粒徑為15~50 cm，強度＞30 MPa，以石灰巖或花崗巖為宜。 黏土應裝袋，根據溶洞處理時的黏土用量要求投放。 片石、黏土袋、水泥分層間隔摻加，也可在此基礎上增加鋸末，回填高度應在溶洞頂板以上1 m 的位置。

3）若護筒內水位或地表沉降量異常變化，表明鉆孔灌注樁有漏漿的情況，應及時處理。 施工人員注重主動預防，如根據地質柱狀圖判斷鉆孔灌注樁當前的施工位置， 確定對應的地質條件，若接近溶洞，應增加觀測頻率，主動防控異常情況。施工人員根據鉆頭撞擊巖層的響聲和手握撞擊主繩的感覺，綜合判斷當前施工位置是否接近溶巖層，如果靠近，主繩會有1~2 cm 的松弛。在鉆穿巖溶地層上殼漏漿時，除及時采取填補處理方法外，為使洞內水位保持穩定，還需要補充水分。

5.2 灌注混凝土填充法

低標號混凝土填埋后，經一段時間間歇性固結混凝土，再經沖擊鉆孔，如遇傾斜巖面或鉆穿溶洞，發生漏漿現象，其要點如下。

1）填充混凝土的強度等級為C20，向混凝土中摻入早強劑，加快混凝土強度的提升速度，盡快提高混凝土的早期強度后，將縮短溶洞處理時間。

2）對于傾斜巖面，回填貧混凝土至與傾斜巖面頂面齊平的位置，從而更便捷地校正孔位；對于溶洞處，應回填至比溶洞頂板高出50 cm 的位置。

3）回填混凝土后，等待48 h，使混凝土的強度達到設計強度的70%， 若由于環境因素或其他因素的影響而導致混凝土在48 h 未達到強度要求時，需延長時間，此后方可重新開鉆。

6 結語

深水橋墩是公路橋梁工程的重難點施工內容， 需要應對特殊的地質條件和水文條件， 在安全的前提下建設高質量的深水橋墩。 在本文中，結合橋梁工程實例，分析了深水區大直徑鉆孔灌注樁施工技術， 確定主要的施工工序以及具體施工方法，同時提出深水鉆孔灌注樁施工場地內溶洞的處理方法，有效減少干擾因素，建成的鉆孔灌注樁質量可靠，能夠給橋梁工程的順利施工和竣工后的安全運營打好基礎。