山區高速橋梁植入樁施工技術與質量控制難點研究

摘要 文章研究了山區高速橋梁植入樁施工技術的原理、工藝流程及其在花崗巖地質條件下的應用。通過旋挖成孔、灌注水泥砂漿、吊樁、植樁、打樁控制等步驟，實現了橋梁基礎的高效、精準施工。文章特別針對植入樁施工過程中的質量控制重難點進行了深入剖析，并針對性地提出了有效的解決措施。研究表明，橋梁植入樁施工技術具有高效、環保、適應性強等優點，為山區高速橋梁工程提供了可靠的基礎處理手段。

關鍵詞 山區高速橋梁；植入樁施工技術；質量控制難點；可持續發展

中圖分類號 TU201.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0061-03

0 引言

植樁法最早起源于日本，20世紀80年代日本就開始將植樁法應用于實際工程，至今日本也是該工藝研究最多、施工機械最完善的國家。我國植樁法相關設備和工藝發展較晚[1]，目前仍處于推廣階段。現階段國內關于植樁法所形成的復合管樁研究，主要聚焦于在水泥土樁中植入預制樁組合而形成的復合管樁。然而，對于不同地形條件及施工工藝下的復合管樁研究尚顯不足，相關的理論體系也不夠完善，有待進一步深入探索。

隨著我國橋梁事業的迅猛發展和高速網絡的日益完善，山區高速橋梁植入樁施工工藝逐漸嶄露頭角，有望成為橋梁基礎施工的首選之一。目前，植入樁施工在房建、市政等領域的應用已較為普遍，然而在山區高速橋梁施工中尚處于推廣階段，質量和安全控制方法仍需進一步完善。在植入樁的鉆孔階段、管樁安裝以及管樁振動下沉等關鍵工序中，存在諸多需要嚴格控制的技術要點。但我國山區面積廣大，地形復雜多變，傳統的鉆孔灌注樁施工方式往往難以確保樁基的密實性和質量的穩定性。因此，植入樁在山區高速橋梁施工中的應用具有深遠意義。它不僅能夠有效控制樁基施工成本，保障樁基質量，而且在施工階段安全、環保、可控，對周邊環境的影響較小，這完全符合我國可持續發展的戰略需求。

1 工程概況

安徽合樅高速裝配式橋梁工程是該文探討的依托工程。該項目采用雙向四車道高速公路標準建設，設計時速為120 km/h，整體式路基段橋梁全寬25.5 m，橋面寬2 m×

12.75 m，裝配式橋梁上部采用裝配式簡支輕型T梁，下部結構采用預制蓋梁接預制墩，現澆承臺接預制管樁。

該研究聚焦于安徽合樅高速裝配式橋梁工程的楓香樹高架橋樁基礎工程，該橋所處地質環境以花崗巖為主。采用預應力高強度混凝土管樁（簡稱PHC樁）[2]，并運用旋挖成孔的植入樁施工工藝。

楓香樹高架橋地質情況如下：

1.1 地形地貌

橋位區地貌單元為大別山中低山區，微地貌單元為中丘，地面標高在85.0～120.0 m之間。

1.2 地質條件

勘探結果表明，上覆第①層為人工填土，第②層為第四系全新統沖積層（Q4al）粉土，第③層為第四系上更新統殘坡積層（Q3el+dl）粉質黏土，下伏基巖為下元古界小溪河組（Pt1x）花崗片麻巖。

橋位區地下水類型主要為孔隙型潛水和基巖裂隙水，此次勘察期間地下水位埋深在0.40～7.10 m。

橋位區為微地貌為中丘，地形變化較大。第①層填土局部分布，無實際工程意義；第②層粉質黏土工程性質一般，承載力一般，局部分布，厚度較薄；第②層粉土零星分布，工程性質較差，承載力較低；下伏基巖承載力高，工程地質性質好。

1.3 結構形式

楓香樹高架橋采用25 m跨輕型T梁，跨徑布置為24 m×25 m；上部采用25 m裝配式簡支輕型T梁，下部結構采用預制蓋梁接預制墩柱，現澆承臺，基礎為預制管樁基礎。

該項目樁基礎包括鉆孔灌注樁、PHC植入樁、打入樁、PRC植入樁。根據楓香樹高架橋樁基位置，樁基施工采用旋挖成孔的植入樁施工工藝。植入樁直徑有PHC-600AB（130）、PHC-1000C（130）、PRC-800AB（110）、PRC-1000C（110）四種類型。

2 施工原理

施工工藝原理是通過全液壓旋挖機進行旋挖成孔，再利用鋼導管使用灌注水泥砂漿到設計標高，最后通過吊車和振動錘將預應力高強度混凝土管樁（PHC樁）振動下放至設計標準，完成定位精調，等待泥漿凝固后形成復合管樁。

3 施工工藝

植入樁施工工藝流程見圖1所示。

4 植入法施工

4.1 場地平整、測量放樣

先對橋梁樁位附近場地進行平整，填筑便道以便于機械設備運輸至橋位處，樁位測量應按照從整體到局部的原則進行定位放樣，在旋挖機開孔前采用全站儀復核已標記的樁位，確保誤差控制在10 mm內。鉆機安置應考慮鉆孔施工中方便孔口的出土清運，規劃行車路線時，應使便道與鉆孔位置保持一定距離，以免影響孔壁穩定[3]。

4.2 管樁驗收、堆放

（1）管樁的進場驗收。管樁進場后，按照《先張法預應力混凝土管樁》（GB 13476—2009）的國家標準或各地區的地方標準對管樁的外觀質量、幾何尺寸、物理性能及材料標識等關鍵指標進行驗收，并審查產品合格證明文件，確保所有進場材料均符合標準。同時，嚴格把好材料進場驗收關，對于不符合設計及施工規范要求的管樁，堅決予以清退出場，以確保工程質量和安全。

（2）管樁的堆放。現場管樁堆放場地應平整，采用軟墊（木墊）按二點法做相應支撐，且支撐點大致在同一水平面上[4]。當管樁在場地內堆放時，應不超過4層[5]；當在樁位附近準備施工時，進行單層放置，且必須設支墊。為確保管樁在調運施工過程中不被混淆或錯誤使用，需按照不同型號和規格對其進行分類堆放。當管樁在現場完成堆放并需進行二次轉運時，應借助吊機與平板車的協同操作實現高效搬運。在場地條件受限，不得不采用拖拽方式進行搬運的情況下，應使用滾木減少摩擦，或對樁頭端頭板采取必要的保護措施，以確保搬運過程的安全和順利。

（3）埋設定位鋼護筒。每個樁位定出十字控制樁后，可進行護筒埋設工作。鋼護筒通常采用厚度不小于6 mm的鋼板卷制，內徑大于樁直徑200 mm以上；護筒采用鋼護筒一體化旋挖設備進行埋設，埋設深度在2 m以上，并根據地質情況調節鋼護筒埋設深度。待測量精確定位后，對孔隙部分用黏性土回填密實。護筒埋設應確保精確且穩固，其中心應與樁位中心相吻合，筒壁則須與樁中心線保持平行。護筒安置妥當后，應利用十字控制樁（護樁）校驗樁位，確保無誤。傾斜度不大于1%，護筒宜高出地面30 cm。

（4）旋挖鉆機就位調試。鉆機作業前應對桅桿及鉆桿測量調試，鉆頭中心采用鉆機自帶的定位器對準樁位[6]，并對定位數據及鉆孔過程中的數據進行上傳，鉆孔過程中如發生偏差可達到及時預警的作用。

護筒埋設完成后應對旋挖機鉆孔停機平臺進行整平，要求平臺平整堅硬，不會發生大沉降，避免影響鉆孔的垂直度。

（5）鉆進成孔。在鉆進成孔的過程中，操作人員應時刻留意鉆桿的垂直度（自動控制系統監測），同時借助深度計數器精準掌控鉆孔的深度。鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度以提高鉆進效率，現場技術員對鉆孔深度、地質情況（每鉆進1 m需取樣，現場設置渣樣盒）、鉆孔時間等進行記錄。鉆孔至硬質巖層的設計高程，成孔后檢查孔深孔徑、孔壁垂直度、沉淀厚度等，應滿足以下要求：①孔深、孔徑≥設計值。②鉆孔傾斜度≤0.5%。③沉淀厚度≤50 mm。

（6）下導管灌注水泥砂漿。在灌注專用砂漿前應進行導管水密性試驗，試驗合格后方可投入使用。樁孔內有水時應使用導管法灌注，導管底端到孔底的距離應為0.5～0.8 m，首灌后導管的底端應埋入專用砂漿中0.8 m以上。總灌漿量理論方量為外芯樁長×0.54 m3，施工現場根據成孔情況酌情調整。灌注過程中現場技術員應對灌注時間、導管埋深、導管長度、灌注情況（灌注方量、灌注高度）進行計算和記錄。

（7）吊樁、植樁、打樁控制。植樁之前應在樁底焊接比樁徑大10 cm、厚10 mm的鋼板進行封堵，復核樁位準確無誤后開始吊樁。在起吊過程中，務必確保樁體穩定，防止其晃動或與其他物體發生碰撞，對準樁位將樁落下，調整樁身垂直度輕輕放下樁錘。管樁施打過程中，樁錘、樁帽和樁身的中心線應重合[7]，將樁打入2～3 m。為確保第1節樁的垂直度精準控制在0.5%以內，應采用長條水準尺或其他高精度測量儀器進行校正。若檢測發現垂直度未達標，則應根據具體情況拔出樁體，并重新精確插入，直至達到所需的垂直度精度要求。砂漿灌注1 h內必須開始植樁，沉樁應連續進行且植樁速度不宜高于0.1 m/s。

在管樁施打時，務必確保樁錘、樁帽與樁身中心線精準對齊。若樁身傾斜超過0.8%，應迅速查明原因并采取有效措施進行糾正。當樁尖深入硬土層后，嚴禁通過移動樁架強行回扳糾偏。在打樁過程中，應實時檢查樁的上浮量及樁頂偏位值，確保施工精度與安全。

遇下列情況應暫停打樁：貫入度突變；地面明顯隆起、鄰樁上浮或位移過大；樁身突然傾斜、跑位；樁身回彈曲線不規則。

（8）接長送樁。接樁采用鋼端板焊接法。選用合理的樁節組合，盡量減少接樁次數，任一單樁的接頭數量宜≤3個。接樁采用焊接接頭時，接樁鋼的零部件應涂≥2 mm厚的防腐蝕耐磨涂層。焊接接樁應符合下列規定：

①當管樁需接長時，其入土部分樁段樁頂宜高出0.5～1.0 m。

②接樁時上下樁段應保持順直，錯位偏差≤1 mm，節點彎曲點高≤1%樁長[8]。

③焊接過程中，必須確保焊接層數至少達到三層。在進行外層焊接之前，務必徹底清除內層的焊渣，以確保焊接質量。同時，焊接過程應保證焊縫飽滿且連續，不得出現斷焊或虛焊現象。

④完成焊接的樁接頭應經歷自然冷卻過程，方可繼續沉樁作業。此自然冷卻過程應至少持續8 min，以確保焊接質量與安全。在冷卻期間，嚴禁采用水冷卻方法或立即進行沉樁施工，以避免出現可能的質量隱患與施工風險。

（9）錘擊至設計標高。樁長滿足設計要求后，振動錘擊至設計標高。錘擊沉樁設備應配備沉樁監測系統，實現樁位的自動化精確定位，準確監測、存儲、傳輸打樁標高、貫入度、樁身垂直度，輔助機手精準施工，確保成樁質量。

（10）樁位精調。成樁后，需立即復核樁頂平面的坐標與標高，發現不符合規范及設計要求的，應及時采取調整措施，確保滿足規范及設計標準。

（11）自然養護、驗收。預制管樁調整定位后應報監理工程師驗收，采用低應變動測法對100%的工程樁進行樁身完整性檢測，并對樁位水泥砂漿頂面采用薄膜覆蓋養護。全部工作完成后應移開鉆機至下一個樁位繼續施工。

5 質量控制重難點

（1）山區高速花崗巖地質下鉆進過程中存在穿越砂石地層，因為孔內地下水位較低或無地下水，易發生塌孔，該項目采用自主研發的鋼護筒一體化鉆孔設備解決了成孔難的問題，已取得實用新型專利。其在鉆進過程中根據地質變化情況可自動調節鋼護筒長度，有效保證旋挖的成孔質量。

（2）水泥砂漿灌注必須使用水下灌注法，砂漿從孔底向上灌注，避免直接傾倒導致砂漿與孔內地下水混合，造成砂漿濃度降低，形成中砂下沉至孔底，同時降低砂漿強度。

（3）預應力高強度混凝土管樁（PHC樁）植入前應采用樁基定位裝置進行管樁導向，避免管樁下沉階段發生傾斜或孔樁位偏移。

6 結論與展望

該研究通過對山區高速橋梁植入樁施工技術的深入研究，得出以下結論：

（1）植入樁施工技術在山區高速橋梁工程中具有顯著優勢，能夠實現高效、精準的基礎施工，提高了工程質量。

（2）通過采用先進的施工設備和工藝措施，能夠有效解決山區復雜地質條件下的施工難題，提高了施工效率和質量。

（3）植入樁施工技術具有環保、適應性強等特點，對周邊環境影響較小，符合可持續發展理念。

展望未來，隨著橋梁建設技術的不斷進步和工程需求的不斷提高，植入樁施工技術在山區高速橋梁工程中的應用將更加廣泛。未來研究可進一步關注新型高性能材料的應用、智能化施工設備的研發以及更加完善的質量監控體系建立等方面，以推動植入樁施工技術的發展和創新。

該研究成果可為山區高速橋梁工程提供可靠的理論支持和技術指導，為實際工程的安全、高效施工提供有力保障。

參考文獻

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收稿日期：2024-04-03

作者簡介：陳航（1990—），男，本科，工程師，從事橋梁工程管理工作。