橋梁樁基礎施工中旋挖鉆機成孔工藝的應用分析

摘要 為解決傳統鉆孔施工造成的環境污染、成本、質量控制問題，旋挖鉆機成孔工藝在橋梁樁基礎施工中廣泛應用，該工藝可有效降低鉆孔樁摩阻力，彌補環境、質量缺陷。因此，文章圍繞曼洪大橋工程，對橋梁樁基礎施工中旋挖鉆機成孔工藝展開研究，以明確旋挖鉆孔施工技術優勢，總結橋梁樁基施工工藝要點，為橋梁工程建設積累施工經驗，促進我國公路橋梁建設事業發展。

關鍵詞 橋梁工程；樁基礎；旋挖鉆孔；施工工藝

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0097-03

0 引言

近年來，為滿足區域經濟發展需求，我國高等級公路建設規模持續擴大，公路橋梁數量增多。為確保橋梁基礎結構穩定性，橋梁樁基礎多為鋼筋混凝土結構，該結構具有承載力強、結構簡單等優勢。但在建設鋼筋混凝土樁時，傳統沖擊鉆孔、循環鉆孔施工難度大。旋挖機成孔工藝是利用旋挖機快速成孔，可滿足橋梁樁基礎施工的根本要求。因此，文章就橋梁樁基礎施工中旋挖鉆機成孔工藝的應用展開分析。

1 項目概況

K76+421橋（左幅橋梁起點：K76+282.960，左幅橋梁止點：K76+559.040）位于孟連至勐海高速公路2標段。橋梁為跨越山谷及地方道路而設，孔跨布置及結構形式為左幅9×30 m預制預應力小箱梁。橋梁上部為預應力混凝土箱梁結構，橋梁跨徑30 m。橋墩設計為雙柱墩，墩身為圓柱形，雙柱墩柱徑分別為1.4 m、1.7 m。橋梁樁基結構為鉆孔灌注樁，樁徑分別為1.6 m、1.9 m。橋梁兩側橋臺設計為樁柱式橋臺，橋臺基礎結構同樣為鉆孔灌注單樁，樁徑為1.6 m，樁基均按摩擦樁設計。

K76+421.0曼洪大橋左幅：橋長276.08 m（按單幅計），樁基20棵，墩柱20棵（其中薄壁空心墩0棵），蓋梁10個，箱梁36片。樁基原地面下0～2.5 m為填筑土、2.5～5 m為漂石、5～33 m為強風化花崗巖、33～35.4 m為中風化花崗巖。為保障樁基礎施工質量，采用旋挖鉆孔成樁工藝。

2 橋梁樁基礎施工中旋挖鉆機成孔方案

項目樁基礎施工中旋挖鉆機成孔的基本順序是左幅2-1#樁基→左幅2-2#樁基。旋挖鉆機采用JVR360Z鉆旋挖機，鉆機樁徑范圍1.5～2.2 m，樁身混凝土設計為C35混凝土，鋼護筒高度為2 m，厚度6 mm，其內徑應大于樁徑至少200 mm，壁厚應能使護筒保持圓筒狀且不變形；鋼筋結構分別為HRB400（32、16）、HPB300（12）鋼筋。

3 橋梁樁基礎施工中旋挖鉆機成孔工藝的應用

3.1 施工準備

（1）材料準備。橋梁樁基混凝土配合比應通過試驗室試配確定。混凝土材料除滿足強度要求外，還需符合下列要求：

1）旋挖鉆孔樁宜采用普通硅酸鹽水泥（P.O），強度等級為42.5，其質量符合國家標準《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2023）。

2）粗骨料粒徑范圍應控制在4.57～32 mm以內，且骨料級配為連續級配。

3）混凝土材料初凝時間不小于6 h。

4）材料拌和時，適當添加外加劑、粉煤灰，使混凝土漿液的流動性、和易性符合澆筑要求。

（2）場地處理。平整橋梁樁基區域的場地，清理表面雜物，如草皮、淤泥、垃圾等。采集項目建設區域的水文、地質材料，以及地下管線、周圍建筑的基本資料。樁基礎周圍應開挖沉漿池，池邊設置臨時圍欄、警示標識，避免車輛、行人闖入。

（3）鉆孔樁位測量放樣。首先，分級設置施工測量控制導線網，一級控制網是在建設單位提供基礎導線的前提下加密控制點，確保控制網覆蓋整個施工區域。二級控制點是依據橋梁樁基施工精度要求，以四等水準點測量標準為核心，建立高程首級控制網，包含施工所需的各類水準點[1]。其次，點位處需埋設鋼筋、澆筑混凝土，以控制施工高程。最后，基于控制網內水準點，確定樁位平面位置，定位各樁位坐標。后使用全站儀精確定位，樁位放樣偏差控制在1 cm以內，樁前后左右2.8 m處埋設Ф20 mm螺紋鋼筋樁，按“十字法”設置護樁。

（4）鉆機就位。檢查鉆機性能狀態、運行參數。鉆機底座土體應平穩、牢固，預防鉆孔時鉆機存在位移、沉陷問題。鉆機就位后需調整鉆塔水平、垂直度。旋挖鉆桿垂直度應<1%，且≤500 mm，鉆機頂部超吊天輪中心、轉盤中心、樁孔中心應處于同一鉛垂線上，偏差<2 cm。

3.2 埋設護筒

旋挖鉆孔時，鋼護筒具有定位、導向作用。護筒外徑應符合《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020），根據項目樁基樁徑，宜采用大直徑護筒，護筒直徑應>1.54 m。

為預防塌孔，應控制好護筒內水位和泥漿比重，確保孔內水壓小于外部水壓。項目采用鋼護筒內徑為樁徑+200 mm，埋設護筒時，其高度需超出地面約0.3 m，埋設深度控制在2～6 m。埋設后，應分層夯實護筒底部和四周土層。注意控制鋼護筒的垂直度，護筒中心堅直線與樁中心線的相交區域，重合允許誤差應控制在5 cm以內，垂直線傾斜度小于1%。護筒頂端需焊接加強鋼筋，預制出水口，鉆進過程中加強監測，預防護筒偏移。

3.3 鉆孔

（1）項目所用的旋挖鉆機為筒式鉆斗。鉆機就位后，第一時間調整鉆桿垂直度、鉆孔。鉆頭下降到預定深度后，旋轉鉆斗施加壓力，將土擠入鉆斗內，儀表自動顯示筒滿后關閉鉆斗底部并提升鉆斗，卸土[2]。旋轉鉆斗、挖土、提升鉆斗、及時卸土清土，重復以上步驟直至成孔。

（2）鉆孔時應控制好鉆進速度、鉆入深度，預防埋鉆事故。提升鉆斗時，其升降速度應控制在0.75～0.80 m/s。鉆入粉砂層、亞砂土層時，調慢鉆斗升降速度。砂層內鉆進時，進尺深度不宜過大，每次進尺需控制在0.5～0.8 m左右。升降鉆桿時需保持平穩，且不得碰撞、鉤掛護筒。

鉆進過程中，對于孔隙大、黏結力差、透水率強的砂卵石層，其孔壁不穩定性較強，需提前制備泥漿護壁。但需控制好泥漿配比，項目所用護壁泥漿配比為水∶膨潤土∶堿∶CMC∶PHP=1000∶96∶5.18∶2.05∶0.3。

（3）鉆到設計標高時，檢查成孔深度、孔徑、孔壁垂直度等質量參數，記錄相關數據，監理工程師驗收后方可終孔，具體質量要求如表1所示。終孔后清孔，孔底沉淀厚度應小于設計規定。比如，樁徑≤1.5 m時，摩擦樁孔底沉淀厚度應<200 mm。樁徑>1.5 m或樁長>40 m時，摩擦樁孔底沉淀厚度應<300 mm[3]。

（4）橋梁樁基礎采用旋挖鉆孔成樁后，應對灌注樁進行質量檢測，成樁應符合表2要求。

3.4 下設鋼筋骨架

（1）制作鋼筋骨架。應用滾焊工藝制作鋼筋骨架。制作前應嚴格按照鋼筋骨架設計圖紙確定鋼筋原料的規格型號、焊接位置。比如，每2 m應焊接1根加強筋、4根定位筋。加強筋型號為N7，定位筋位N9鋼筋。

（2）連接鋼筋套筒。結合鋼筋螺紋、外徑、間距匹配與之對應的套筒。連接前檢查絲扣是否完整、潔凈，可基于準軸線擰入套筒，接頭對準后，頂進套筒，利用絲扣固定鋼筋結構。

（3）安裝鋼筋骨架。分節安裝鋼筋骨架，各節長度<9 m。可利用裝有長托架的平板車運送鋼筋骨架，將其轉移到待澆孔位。鋼筋骨架就位后，檢查吊裝鋼筋骨架。

為預防鋼筋骨架變形，應沿著鋼筋骨架安裝方向使用型鋼或將其綁扎固定。吊起后緩慢放入鉆孔內，拆除加固內撐后，鋼管固定。重復起吊、下放過程，吊裝下一節鋼筋籠。安裝過程中主筋應對準前一節鋼筋骨架的主筋，對準后可用直螺紋套筒連接。分節吊裝鋼筋骨架后，調整鋼筋骨架標高至設計標高，偏差<5 cm。

3.5 旋挖樁澆筑

3.5.1 出水量較小的鉆孔樁

（1）鉆孔樁樁身混凝土由拌和站集中拌和，混凝土罐車運輸至現場，自卸灌注。

（2）混凝土經溜槽送至孔口后，由串筒送入孔底，串筒嚴格按規范要求制作，安裝時呈“S”形布置，增加混凝土的下行阻力，降低混凝土下行速度，以減輕對已澆筑的混凝土的沖擊振蕩，防止造成離析現象，澆筑期間串筒出口離孔內混凝土面高差不得大于2.0 m，串筒出口應垂直向下。孔內混凝土上升后，勤提勤拔串筒并及時將其逐節拆除。拆下串筒后立即沖洗，堆放整齊。

（3）施工過程中嚴格按照要求測量、控制混凝土坍落度。樁孔直徑<1.5 m時，控制在180～220 mm；樁孔直徑≥1.5 m時，控制在160～200 mm。樁體混凝土應從樁底到樁頂標高一次澆筑完成，不得間斷[4]。灌注樁身混凝土時，還應控制好混凝土表面、串筒、料斗溜槽的距離，最大間距不得超過2 m。為避免混凝土離析，禁止施工人員直接在樁口拋鏟、卸料。另外，灌注過程中，注意預防地下水滲出、涌起，積水層厚度應<50 mm厚，積水層厚度較大時，應用導管抽干表面積水，后灌注混凝土。澆筑后應用插入式振動器振搗，提升混凝土密實度。

3.5.2 出水量較大的鉆孔樁

（1）出水量較大的鉆孔樁，應按水下樁進行混凝土澆筑。第一罐混凝土到達現場，應迅速拆除循環，將首灌料斗連接導管。然后調整導管頂面高度，使其懸空30～50 cm。安裝首灌料斗前，應清理料斗內壁，并用水浸潤。安裝后吊掛鐵板封住料斗底口。下放混凝土前人工按住鐵板，控制混凝土下放時的沖擊力，避免鐵板錯位，保證封底效果。

（2）混凝土進場后檢查其坍落度、含氣量、溫度，各項指標符合要求后，灌注混凝土。由于K76+421.0曼洪大橋左幅最大樁基樁徑為1.9 m，每澆筑1 m需要2.83 m3水下C35混凝土。因此，所配備混凝土料斗應＞2.5 m3，罐車容量應＞13 m3。首灌料斗裝滿混凝土后，拉出料斗隔水鐵板，加速放料，快速灌注混凝土。

（3）灌注水下混凝土時，應控制好水面或泥漿面以下孔深和所灌注混凝土面高度，減少旋挖鉆孔樁沉淀層、埋管深度和樁頂高度偏差，避免因沉淀過厚、導管提漏、埋管過深引起夾層斷樁問題[5]。

（4）灌注過程中可用鉆機吊掛系統提升導管，確保導管升降高度準確。導管埋管深度應控制在2～6 m，拆完導管后埋管深度大于3 m。埋深太大時會產生堵塞感，影響導管順利提升，繼而導致導管阻力較大，拉力較大時會拉斷導管，引起斷樁風險。因此，需控制好導管埋深，正式開始灌注作業后，中途不得隨意停頓，盡量一次性澆筑完畢。灌注過程中，導管要上、下來回串動，確保混凝土密實度。

（5）灌注過程中持續監測、記錄鉆孔內的埋管深度，及時提升、拆卸導管。為避免混凝土拌和物溢出，提升過程中需關注混凝土方量的變化，以及孔內混凝土表面高度，同時應根據灌注的混凝土的數量，計算校核導管埋置深度與實測是否相符，防止誤測超拔導管而出現斷樁現象。

3.6 質量控制措施

3.6.1 預防斷樁風險

橋梁樁基礎施工時會伴有“斷樁”風險，為預防斷樁，應認真檢查樁基施工中的作業流程，加強各崗位的施工監測，提前制定“斷樁”預防方案，嚴格督促施工人員按要求施工，連續、緊湊地灌注混凝土，各環節操作符合技術規范中的要求。比如，提前驗算樁截面抗拉強度，保證材料質量及用量和截面設計強度。每立方米混凝土用量應大于350 kg。配比實際標號應超出設計標號10%～15%。為保證混凝土流動性，其坍落度應控制在180～220 mm，骨料選用適宜粒徑的卵石，粒徑要求為4.75～31.5 mm，最大粒徑<37.5 mm。

3.6.2 明確施工要求

（1）埋設護筒時，可應用十字交叉法明確護筒中心點，根據護筒內徑上下兩端的中心點，使其垂直度符合要求。施工人員下放鋼護筒后，可用鉆頭中心懸垂線定位護筒上下兩中心點，以此確保孔位準確。遇較大塊石導致偏孔時，及時測定孔斜，保證孔斜率小于1%。

（2）施工中應持續監測、記錄護筒中高程與設計高程，正確換算，避免鉆孔、澆筑時護筒位移。

（3）土層鉆進，鉆孔深度達到設計高程后，應對孔徑、孔深和孔傾斜度進行檢驗，符合要求后進入下一道工序。下放鋼筋籠后，灌注混凝土前，再次測量孔底沉渣厚度，不滿足設計及規范要求時，清理沉渣，符合設計及規范要求后方灌注混凝土。

4 結語

綜上所述，根據旋挖鉆孔機在曼洪大橋左幅路段的應用可知，旋挖鉆孔成孔工藝的技術優勢非常明顯，可縮短成孔時間，保證成孔質量。但在具體實施旋挖鉆孔成孔工藝時，還應結合橋梁工程的地質條件、樁基礎結構設計方案，靈活使用旋挖鉆孔機。鉆孔過程中，加強橋梁樁基礎施工的質量控制，規范旋挖鉆孔成孔工藝流程，保障該工藝在橋梁工程中的應用效果，為旋挖鉆機成孔工藝的推廣應用打好基礎。

參考文獻

[1]李建國.公路橋梁樁基礎施工工藝控制概述[J].科技與創新，2024（8）：79-82.

[2]吳慧山.基于樁土相互作用的橋梁樁基礎豎向荷載作用數值分析[J].交通世界，2023（34）：142-144.

[3]馬輝.公路橋梁樁基礎鉆孔灌注樁施工的關鍵技術研究[J].工程建設與設計，2023（17）：174-177.

[4]楊萬理，吳文博，張育智，等.旋挖鉆孔施工對鄰近地鐵隧道結構影響的研究[J].公路，2023（3）：117-125.

[5]李慧玲.橋梁樁基礎旋挖鉆孔灌注樁技術分析[J].黑龍江交通科技，2021（11）：48+50.