橋梁樁基礎的鉆孔灌注樁施工技術研究

收稿日期：2024-01-04

作者簡介：趙冠軍（1987—），男，本科，工程師，從事路橋施工工作。

摘要 橋梁工程作為公路交通重要構成，主要適用于復雜地形地貌環境的交通通行中。橋梁基礎多采取鉆孔灌注樁進行地基加固，其具備施工造價低和適應性強等特點。鉆孔灌注樁施工隱蔽性較強，不合理的施工措施極易對橋梁造成安全隱患。文章依托新疆自治區內某橋梁工程進行樁基礎設計，并且對鉆孔灌注樁施工要點進行分析，采取低應變法對樁身完整性進行檢測。結果表明，鉆孔灌注樁的樁身完整性良好，不存在明顯缺陷。

關鍵詞 鉆孔灌注樁；基礎設計；完整性

中圖分類號 U445.551文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0143-03

0 引言

鉆孔灌注樁具備抗震能力強、承載強度高和適應性強等特點，廣泛應用于復雜地形地質環境的橋梁建設中。鉆孔灌注樁的施工工序較多，現場施工操作不當，則容易造成坍孔和斷樁等嚴重事故，不僅造成施工成本增大，而且影響橋梁下部結構的穩定性，威脅橋梁使用安全。為此，針對鉆孔灌注樁施工技術應用分析具有重要的社會和經濟意義。

1 工程概況

新疆奎屯市某橋梁工程設計長度為85 m，設計寬度為31 m，左右幅結構布置，單幅設計寬度為15.5 m。橋梁全幅斷面設計如下：護欄（0.5 m）+人行道（3 m）+行車道（11.5 m）+分隔帶（1 m）+行車道（11.5 m）+人行道（3 m）+護欄（0.5 m）。橋梁人行道橫坡的坡度設計為1.5%，單幅橋面橫坡的坡度為2%。橋梁上部結構為預應力鋼筋混凝土簡支空心板，設計跨徑為30 m+

25 m+30 m，混凝土C30；下部結構橋墩為整體墻式構造，重力式橋臺，橋墩通過13個小排架墩柱與上部結構銜接，銜接處則采取擴大型柱頭，混凝土強度等級為C30。橋梁設計基準使用年限為100年，設計安全等級為I級。

2 地質環境

2.1 地形地貌

橋梁建設場址位于市區南部，地形起伏相對較大，基礎位置鉆孔高程最大為198.5 m，最小為191.6 m，相對高差為6.9 m。地質勘察過程中未出現地下管道、洞穴和墳墓等情況。

2.2 場地地層巖性及分布特征

場地地層依據鉆孔資料揭露，由上至下分布如下：

（1）雜填土：雜色，人工堆填，內含碎石、磚塊、塑料等，均勻性較差，整體松散，分布較為廣泛，厚度為0.5～6.5 m。

（2）粉質黏土：灰褐色，內含豐富有機質，塑性較大，強度中等，主要為不連續分布，厚度為0.8～2.5 m。

（3）砂礫：第四系沖洪積層，灰色，顆粒級配較為一般，成分主要以長石和石英為主，內部夾雜黏性土和粉砂，呈飽和狀，中密，均勻性較好，厚度為0.5～1.1 m。

（4）粉砂巖，風化程度較高，呈可塑狀，軟化性明顯，分布較為均勻，實測標貫擊數為35.9，土質穩定性較好，分布較為廣泛，厚度為2.2～3.5 m。

（5）泥砂巖，風化程度一般，成巖較好，具較大軟化性，巖芯樣完整性較高，單軸抗壓強度為3.5 MPa，場地內分布均勻，穩定性良好，揭露厚度為23～27.9 m[1]。

經室內土工試驗，獲取地層承載力參數如表1所示：

表1 地層承載力參數

序號 名稱 承載力基本容許值[fa0]/kPa 鉆孔標準值

qik/kPa

建議值 標貫值

1 雜填土 — — —

2 粉質黏土 80 — 20

3 砂礫 210 210 60

4 粉砂巖 — 250 110

5 泥砂巖 — 410 130

2.3 不良地質作用評價

經現場勘察，橋梁場址環境水主要為地表水和地下水，場地未出現沉陷、裂縫等明顯病害。橋梁建設場地不良地質發育不明顯，地層鉆孔勘察過程中未遇見管道管線、濱溝和洞穴等不利埋藏物。

3 樁基礎設計

3.1 方案分析

針對地質環境及施工技術儲備，該橋梁基礎擬采取鉆孔灌注樁的基礎形式。基礎設計具體方案如下：依據橋梁關鍵結構荷載形式，采取第5層中風化泥砂巖作為持力層；泥砂巖層具備良好完整性，成巖狀況良好，不存在軟弱層及破碎帶，可作為鉆孔灌注樁持力層。樁長應深入泥砂巖層1～2 m。此外，受限于場地施工空間，鉆孔灌注樁主要采取旋挖鉆機進行機械成孔，成孔過程中需要利用沖擊鉆配合。通過前期灌注樁承載強度和變形等技術指標分析，樁基礎承臺埋深1.8 m，鉆孔灌注樁設計樁徑為1.2 m，樁長設計為16.5 m，樁間距為3 m，樁數為5根，混凝土強度等級為C30。

3.2 施工部署

該橋梁下部樁基礎共設計20根灌注樁，樁徑均為1.2 m。旋挖鉆機施工成孔之前，需要在護筒埋設位置換填雜填土，并且進行分層壓實處理，確保鉆孔過程的穩定性。建設區域采取4臺旋挖設備（型號為XR-350）進行鉆孔施工，相關設備機具及人員配置如表2所示。鉆孔灌注樁施工技術流程如圖1所示。

表2 施工主要設備機具和人員配置

類別 數量 動力/kw（投入情況）

設備機具 XR-350旋挖機 4臺 —

挖掘機 2臺 —

汽車吊 2臺 —

電焊機 5臺 8

泥漿泵 2臺 12

人員分布 鋼筋工 15人 單天制備4個鋼筋籠

機械操作工 12人 2班制分組旋挖鉆孔

混凝土工 10人 2班制分組混凝土灌注

電工 2人 現場接線、設備運維

圖1 鉆孔灌注樁施工流程

4 鉆孔灌注樁施工工藝

4.1 護筒埋設

灌注樁鉆孔前需要進行護筒埋設，這有助于確保鉆孔的垂直度，避免出現塌孔病害。護筒埋設則需要事先采取挖機挖坑、旋挖鉆孔，護筒埋設長度需要依據孔位地質水文環境進行確定。護筒頂部高程需要略高，確保孔外水位低于泥漿面。護筒埋深3 m，銅質材料，厚度為10 mm，在護筒設置處進行砂土換填，并且夯實護筒周圍填土，護筒埋設誤差應小于5 cm。灌注混凝土強度滿足設計要求時才能夠拆除護筒。

4.2 泥漿制備

鉆孔過程中需要加強制備泥漿的質量控制，合理的泥漿性能有助于穩定孔壁。泥漿配比需要經實驗確定，泥漿稠度需要滿足技術要求。泥漿制備采取的黏土塑性指數為26，粒徑小于0.075 mm，含量大于75%。配備泥漿黏土稠度為16～24 Pa·s，黏土層比重為1.05～1.1，pH為8～11，砂層稠度為20～25 Pa·s，含砂率在5%～9%之間，膠體率不小于95%。鉆孔階段需要合理處置廢棄泥漿，避免泥漿污染施工場地[2]。

4.3 鉆孔、清孔

4.3.1 鉆孔

鉆孔前需要確定鉆孔位置，明確鉆孔設備。依據實際建設環境，進行現場試鉆，優化鉆孔參數，對試鉆設備運行狀況和孔壁穩定性等進行分析。試鉆完成后，需要分析檢測曲線，對地層情況進行合理判斷。項目采取回旋鉆機成孔，鉆孔中需要注意鉆進的垂直度，避免鉆孔傾斜。在鉆進過程中遇見堅硬土層時，則需要適當調整鉆進速率，增大護壁泥漿供給；鉆孔地質較差時，則采取清水鉆孔形式，加強孔壁泥漿保護效果。場地鉆孔中依據實際土層情況調整鉆進壓力，控制鉆速在100～120 r/min的范圍內。

4.3.2 清孔

鉆孔完成之后則需要清孔處理，避免樁基承載力受到孔底沉渣的影響。清孔主要依賴泥漿較大的流動性，促使孔內砂礫、沉渣等雜質排出孔外。孔內沉渣厚度可采取超聲波法進行測定。項目清孔主要采取正循環清孔方式，相較于泵吸反循環和氣舉反循環，該方法的施工成本相對較低，且施工效率較高。旋挖樁鉆孔需要開展二次清孔，首次清空的沉渣厚度可放松控制要求，二次清孔則需要降低泥漿比重（1.05～1.1），二次清孔的沉渣厚度需要小于100 mm。清孔需采用直徑為300 mm、厚度為4 mm的無縫鋼管[3]。清孔之后需要對泥漿指標進行測定（含砂率3%，黏度為15～20 Pa·s），滿足技術要求后進行后續操作。

4.4 制作和吊放鋼筋籠

4.4.1 鋼筋籠制作

鋼筋籠制作前需要對材料進行外觀和性能檢測，如強度、長度、直徑和數量等。鋼筋籠長度和直徑均較大時，則可增設加強筋。為確保鋼筋籠吊放的穩定性，鋼筋籠可采取分節制作，設置耳環。鋼筋籠制作偏差需要滿足以下基本要求：主筋間距偏差不大于10 mm，總長度偏差不大于100 mm，保護層厚度不大于10 mm。鋼筋籠采取機械連接，為確保鋼筋籠的制作質量，應通過臺架精準定位和拼裝，標記主筋，實現鋼筋對接的準確性。

4.4.2 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠現場運輸吊裝階段，需要加強鋼筋籠的變形控制，鋼筋籠安裝要緩慢操作，安裝主要采用吊運設備進行吊裝，安裝需要準確對孔，避免對孔壁造成一定破壞，鋼筋籠放置到設計位置后要及時固定處理；鋼筋籠進入孔內后，則需要進行加固，避免在導管安裝和混凝土灌注階段出現一定的位置偏移。鋼筋籠吊裝主要采取雙吊點方法，吊裝前需要對吊筋數量進行計算分析，現場采取30 t吊車操作吊裝，吊筋需要和鋼筋籠的加強筋通過雙面焊進行銜接，吊筋另外一段應設計成圓環以方便鋼筋籠的運輸[4]。

4.5 混凝土灌注

清孔完成且沉渣厚度滿足技術規范之后，則可開展混凝土灌注工作。鉆孔灌注樁混凝土強度等級為C30。在灌注之前，需要對混凝土坍落度進行檢測（180～220 mm）。孔底和孔內管道間距不能大于30 cm。混凝土灌注過程中需要動態觀測平衡閥參數，簡單計算混凝土的需求量。首批混凝土灌注中，導管需要經過水密性試驗，且導管布設深度不小于0.8 m，合理控制導管的提升速度。混凝土灌注需要連續進行，盡量控制混凝土灌注總時間在1 h內完成；導管拆除時間則不能超過15 min；最后成樁的樁頂標高需比設計標高超出1 m左右，并且對多余部分進行及時處理，保留0.1～0.2 m的露出高度；混凝土強度超過5 MPa后則要及時拔出護筒[5]。

5 樁基檢測

5.1 檢測方案

鉆孔灌注樁施工完成后，需要對樁身質量進行檢測。樁身完整性需考慮樁身尺寸和材料連續性的綜合指標，項目采取低應變法對樁身完整性進行測定。工程樁均為實心樁，樁檢測點位置均設置在距樁心2/3處，如圖2所示。測試設備為基樁動測儀，單根工程樁利用小錘敲擊樁頂的次數需大于10次。樁身阻抗變壓位置則可通過測定應力波傳播速度、初始激勵與阻抗反射時間差進行確定，阻抗變化強度則可通過速度曲線變化幅度進行判定[6]。

5.2 結果分析

選取8根工程樁進行樁身的完整性檢測，結果統計如表3所示。檢測波速設計為3 800 m/s，最終獲取的曲線較為平穩，不存在明顯突變位置，所檢測樁的完整性較好，均為Ⅰ類。

圖2 檢測布置示意圖

表3 樁身完整性檢測結果

樁徑/m 波速/（m/s） 樁等級 完整性

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

6 結論

橋梁工程多跨越復雜地形，其結構穩定性受到橋梁基礎施工質量的影響。鉆孔灌注樁作為橋梁主要基礎結構，能夠有效提升橋梁承載強度，避免出現較大的沉降。該文結合新疆維吾爾自治區奎屯市某三跨鋼筋混凝土空心板梁的建設環境進行樁基礎方案設計，并且就鉆孔灌注樁施工關鍵流程進行分析，最后采取低應變法對樁身完整性進行抽樣檢測。結果表明，所施工鉆孔灌注樁的樁身完整性較好，均為Ⅰ類。該文所做研究能夠為類似項目建設提供一定參考。

參考文獻

[1]陜耀， 肖蔚雄， 馬偉叁， 等. 軟土地區鋼套管鉆孔灌注樁施工對臨近高鐵路基變形影響研究[J]. 鐵道科學與工程學報， 2023（7）： 2372-2384.

[2]趙純， 李厚杰， 王曉龍， 等. 貝殼碎屑巖環境中鉆孔灌注樁施工技術[J]. 建筑結構， 2022（S1）： 3113-3114.

[3]鄧林峰， 闕顯陽， 周浩文， 等. 超長旋挖鉆孔灌注樁施工技術[J]. 建筑技術， 2019（10）： 1156-1159.

[4]姜鵬， 章劍青， 朱征平. 鉆孔灌注樁施工中泥漿比重控制研究[J]. 公路， 2019（7）： 145-148.

[5]王勇， 羅長翔， 黃國劍， 等. 公路橋梁鉆孔灌注樁施工技術[J]. 建筑技術， 2020（10）： 1199-1201.

[6]呂海濱. 泥漿比重在鉆孔灌注樁施工質量控制中的應用研究[J]. 粘接， 2020（1）： 111-114.