公路橋梁施工中鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用探討

潘湘勇

摘要：文章分析了我國鉆孔灌注樁技術(shù)發(fā)展歷程，探討了公路橋梁施工中鉆孔灌注樁的常用技術(shù)方法與質(zhì)量控制要點(diǎn)，并結(jié)合公路橋梁案例分析了鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;鉆孔灌注樁;發(fā)展歷程;施工技術(shù);質(zhì)量控制

This article analyzes the development history of bored pile technology in China，discusses the common technical methods and quality control points of bored piles in highway bridge construction，and analyzes the application of bored pile construction technology in combination with highway bridge case.

Highway bridge;Bored pile;Development history;Construction technology;Quality control

0 引言

近年來，灌注樁在我國基建工程中得到了大量的應(yīng)用，無論是施工技術(shù)水平、施工材料還是機(jī)具設(shè)備等方面均得到了長足的發(fā)展。現(xiàn)階段，我國鉆孔灌注樁類型眾多，其施工工藝不同，基樁承載力作用的機(jī)理也不盡相同。合理選擇施工方法，規(guī)范落實(shí)每道工序，是提高樁基質(zhì)量的必然要求，也是本文研究的重點(diǎn)所在。

1 我國鉆孔灌注樁技術(shù)發(fā)展歷程

1.1 鉆孔灌注樁技術(shù)發(fā)展情況

20世紀(jì)40年代，大功率鉆孔機(jī)具研發(fā)成功，鉆孔灌注樁技術(shù)問世。二戰(zhàn)后隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)興，各國建筑建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，鉆孔灌注樁得到大范圍推廣應(yīng)用，尤其是20世紀(jì)70年代后在全球呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。

我國第一次使用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是在1963年的河南安陽馮宿橋工程項(xiàng)目中，其后又分別在河南省竹竿河、白河兩座大橋中應(yīng)用，此后國內(nèi)其他省區(qū)市相繼將此技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐。鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了橋梁水下深基礎(chǔ)的施工問題，將水下工作改為水上工作，與傳統(tǒng)的沉井基礎(chǔ)相比在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面更具優(yōu)勢，逐漸成為了公路橋梁基礎(chǔ)施工的首選技術(shù)。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國鉆孔灌注樁技術(shù)逐步成熟，樁型也越來越多，現(xiàn)主要根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）對其作如下劃分：

（1）按承載性狀分類：①摩擦型樁：摩擦樁、端承摩擦樁;②端成型樁：端承樁、摩擦型端承樁。

（2）按成樁方法分類：擠土樁、非擠土樁、部分?jǐn)D土樁。

（3）按樁身的直徑大小分類。小直徑樁：D≤250 mm;中等直徑樁：250≤D≤800 mm;大直徑樁：D≥800 mm。

（4）按成樁材料分類：木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、組合樁、鋼樁。

1.2 鉆孔灌注樁的發(fā)展趨勢

隨著我國基建事業(yè)的發(fā)展，對鉆孔灌注樁施工技術(shù)的要求也在不斷提高。近年來鉆孔灌注樁的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）樁的尺寸朝著更長（樁長）、更大（樁徑）的方向發(fā)展。

（2）積極攻克各種樁成孔難點(diǎn)問題，如成功開發(fā)了巖層鉆進(jìn)成孔法、大三石層鉆進(jìn)成孔法等。

（3）鉆孔灌注樁施工工法朝著低公害的施工方向發(fā)展，通過工藝、設(shè)備改進(jìn)，最大限度地減小泥漿排除對環(huán)境的影響。

（4）由直孔樁朝著擴(kuò)孔樁方向發(fā)展，其承載力更高，同時(shí)成孔后出土量少、承臺面積小。

（5）為提高單樁承載力，各種異型樁發(fā)展起來，如擠擴(kuò)多分支承力盤樁就是一大典型代表，其單位樁體積的極限荷載超過相應(yīng)直孔樁的2倍。

（6）基于工程實(shí)踐需求，組合式工藝樁逐漸增多，以達(dá)到單一工藝的樁型無法滿足的要求。

2 公路橋梁施工中鉆孔灌注樁常用技術(shù)方法與質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 鉆孔灌注樁常用技術(shù)方法

下面主要介紹目前工程現(xiàn)場最常用的幾種成孔方法。

2.1.1 反循環(huán)鉆進(jìn)成孔技術(shù)

反循環(huán)鉆進(jìn)是指沖洗液流到孔底冷卻鉆頭，且能攜帶鉆渣到地面的施工方法。而沖洗液是從鉆桿與孔壁間隙流入，由鉆桿內(nèi)流出（見圖1）。反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)的排渣能力強(qiáng)、鉆孔效率高，常見的有泵吸反循環(huán)、氣舉反循環(huán)、噴射（射流）反循環(huán)等三種方法。反循環(huán)鉆進(jìn)成孔技術(shù)主要適用于雜土、軟土、黏土、粉砂等地層，具體不同土層的鉆頭選擇可參考表1。

2.1.2 正循環(huán)鉆進(jìn)成孔技術(shù)

正循環(huán)鉆進(jìn)成孔技術(shù)使用中，主要是利用泥漿泵往鉆桿輸進(jìn)泥漿，鉆渣隨泥漿沿孔壁上升，最終由孔口溢出進(jìn)入到泥漿池內(nèi)。具體工藝流程見圖2。

此技術(shù)適用于雜土、粉土、軟土層、黏土層等，一般情況下成樁直徑≤1.8 m，當(dāng)樁徑<800 mm時(shí)，鉆進(jìn)成孔效果好。此方法帶渣能力相對較弱，實(shí)踐中應(yīng)合理選擇泥漿基本指標(biāo)，保證工程作業(yè)順利實(shí)施。

2.1.3 沖擊鉆孔成樁技術(shù)

沖擊鉆孔成樁技術(shù)主要是利用重錘的自由下落實(shí)現(xiàn)對地面的沖擊，由此削切巖層、排出碎渣成孔。此技術(shù)的使用范圍十分廣泛，鉆孔直徑、深度最大分別可達(dá)到2.5 m、100 m。根據(jù)相關(guān)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，表2對沖擊鉆孔中不同土層沖擊高程與泥漿比重的選取進(jìn)行了簡要分析，以供參考。

2.1.4 旋挖鉆孔成樁技術(shù)

旋挖鉆孔成柱技術(shù)是我國近些年引進(jìn)的先進(jìn)施工工藝，在公路、鐵路橋梁中均得到了推廣應(yīng)用，其主要是利用動(dòng)力頭轉(zhuǎn)動(dòng)底門鑲嵌斗齒的桶式鉆斗切削巖土，旋挖鉆孔成樁工藝如圖3所示。

與其他幾種鉆孔成樁技術(shù)相比，旋挖鉆孔的成孔速度快、精度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低，同時(shí)有效減少了泥漿的用量，十分適用于工期緊、環(huán)保要求高的項(xiàng)目。此外該技術(shù)的適用范圍也較廣，如黏性土、砂性土以及風(fēng)化巖等。

2.2 鉆孔灌注樁質(zhì)量控制措施

通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析，鉆孔灌注樁施工中常見問題包括塌孔、偏斜彎曲、卡鉆、包砂夾泥等，具體原因與質(zhì)量控制措施歸納如下：

2.2.1 塌孔

塌孔是鉆孔灌注樁施工中的常見事故，究其原因主要有以下幾種：（1）護(hù)筒埋深過淺，周邊未能夠封填夯實(shí)，存在漏水、漏漿的現(xiàn)象;（2）泥漿液面抬升高度偏低，對孔壁壓力不足;（3）泥漿配比不科學(xué)，未能夠發(fā)揮應(yīng)有的護(hù)壁效果;（4）孔內(nèi)加水流速過大，以致于對孔壁形成沖刷。

基于此，應(yīng)采取如下質(zhì)量控制措施：（1）若塌孔位置較淺，應(yīng)適當(dāng)增大護(hù)筒埋深，夯實(shí)周邊土層，重新鉆孔;（2）輕度塌孔時(shí)，應(yīng)合理優(yōu)化泥漿配比、提高泥漿面;（3）嚴(yán)重塌孔時(shí)，應(yīng)回填砂石黏土混合物至坍塌位置上1.5 m，回填層穩(wěn)定后方可重新鉆孔;（4）多次掃孔，落實(shí)相關(guān)檢測、監(jiān)控工作。

2.2.2 偏斜彎曲

鉆孔灌注樁施工中偏斜彎曲問題的出現(xiàn)，一般由以下原因?qū)е拢旱孛娌黄?地層軟硬不均;鉆頭磨損過度、提升不平穩(wěn)等。

針對上述問題可采取以下質(zhì)量控制措施：（1）將地面墊平、墊實(shí)，確保鉆進(jìn)穩(wěn)固;（2）若是在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)偏斜過大的情況，可回填砂石后重新鉆進(jìn);（3）反復(fù)掃孔，對鉆頭轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 卡鉆

卡鉆也是鉆孔灌注樁施工中的一大常見質(zhì)量問題，其產(chǎn)生原因包括：（1）鉆孔形狀存在偏差;（2）塌孔后的石塊卡住鉆頭;（3）鋼護(hù)筒傾斜或下端受到鉆頭撞擊變形;（4）下鉆過猛，鉆頭傾斜后卡在孔壁上。

基于此，可采取如下質(zhì)量控制措施：（1）當(dāng)出現(xiàn)“上卡”（向下可活動(dòng)）情況時(shí)，可上、下提動(dòng)鉆頭，同時(shí)使用鋼絲繩左右拔移、旋轉(zhuǎn)鉆頭;（2）卡鉆時(shí)切忌強(qiáng)提，若是出現(xiàn)輕提不動(dòng)的情況，可通過沖、吸方式令鉆頭周邊鉆渣松動(dòng)，然后再提出鉆頭;（3）鉆孔施工時(shí)，嚴(yán)格控制下鉆速度，切忌過快，以免出現(xiàn)質(zhì)量事故;（4）施工時(shí)保持護(hù)筒垂直，不得出現(xiàn)傾斜問題。

2.2.4 包砂夾泥

鉆孔灌注樁施工中若是出現(xiàn)包砂夾泥的情況，往往是由以下原因?qū)е拢海?）樁身處于厚砂層;（2）提卸導(dǎo)管帶出混凝土，孔壁脫落、樁身夾泥包砂;（3）混凝土塌落度不達(dá)標(biāo)。

因此需采取如下質(zhì)量控制措施：（1）混凝土灌注時(shí)，每3 m測量一次混凝土面上升高度，每段樁體充盈系數(shù)以1.1～1.2為宜;（2）提卸導(dǎo)管時(shí)，施以小幅振動(dòng);（3）混凝土塌落度控制在18～120 cm。

3 實(shí)例探析

3.1 工程概況

本文僅以某公路橋梁基礎(chǔ)施工為例展開分析。該橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)全部采用摩擦樁，樁徑1.5 m，以中密或密實(shí)卵石層為基礎(chǔ)持力層。本項(xiàng)目橋址位于沖積河漫灘上，附近無區(qū)域性斷裂、無不良地質(zhì)，橋位區(qū)地層為第四系全新統(tǒng)沖積卵石層，河床下0～7 m為砂礫石層，其下為巨厚密實(shí)卵石層。

3.2 施工方案

本項(xiàng)目經(jīng)綜合分析，決定采用沖擊式鉆機(jī)進(jìn)行大直徑超深鉆孔灌注樁施工，采用正循環(huán)方法掏渣清孔。具體設(shè)備配套情況如表3所示。

3.3 大直徑超深鉆孔灌注樁施工工藝

3.3.1 施工工藝流程

大直徑超深沖擊鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖4所示。

3.3.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）場地平整：平整鉆孔區(qū)域場地，將障礙物清除干凈后將地基夯實(shí)。

（2）打入鋼護(hù)筒：本項(xiàng)目鋼護(hù)筒采用10 m鋼板卷制，內(nèi)徑1.8 m，護(hù)筒分節(jié)段加工，每段長2.5 m、重1.2 t。采用挖埋法埋設(shè)護(hù)筒，入土深度2 m。

（3）鉆機(jī)就位：備足護(hù)壁泥漿黏土后，可將鉆機(jī)就位，立好鉆架，對準(zhǔn)樁孔中心。

（4）開孔：開鉆后向孔內(nèi)灌注泥漿，按1∶1比例灌注小片石、黏土，小片石粒徑<14 cm，反復(fù)撞擊后擠入孔壁。鉆孔時(shí)，孔內(nèi)水位始終高于地下水位1～2 m。

（5）掏渣：本項(xiàng)目采用正循環(huán)掏渣方法，做好水頭維護(hù)工作。

（6）分級鉆進(jìn)：本項(xiàng)目孔徑大，采用分級鉆進(jìn)方法，使用十字型鉆錐分兩級鉆進(jìn)，第一級鉆進(jìn)錐頭直徑控制在孔徑的0.4～0.6倍。

（7）檢孔：使用鋼筋籠制成的檢孔器檢孔。每次鉆進(jìn)、更換鉆錐前均需檢孔，保證鉆孔質(zhì)量可靠。

（8）清孔：鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度并經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，可實(shí)施清孔工作，要求沉渣厚度≤30 cm，注意孔內(nèi)水位，防止出現(xiàn)塌孔等事故。

（9）鋼筋籠吊放：完成清孔后可下放鋼筋籠。本項(xiàng)目采用吊車四點(diǎn)法起吊，穩(wěn)步下放，要求鋼筋籠骨架與孔壁凈符合要求。

（10）水下混凝土灌注：本項(xiàng)目采用內(nèi)徑250 mm的剛性導(dǎo)管進(jìn)行施工，灌注前實(shí)施水密、承壓、接頭抗拉試驗(yàn)，確保導(dǎo)管質(zhì)量滿足要求。緩慢下放導(dǎo)管，在與孔底相距30 cm處固定，開始首批混凝土的灌注。混凝土灌注必須連續(xù)進(jìn)行，混凝土溫度控制在5 ℃以上。為確保樁頭質(zhì)量需澆筑至設(shè)計(jì)樁頂上方50 cm位置，開挖基坑澆注系梁時(shí)鑿去樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4 結(jié)語

綜上所述，鉆孔灌注樁可適用于各種地質(zhì)條件，其承載能力強(qiáng)、施工便捷、對設(shè)備要求不高，目前已經(jīng)在公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在橋梁工程實(shí)踐中，應(yīng)明確其地質(zhì)條件、施工條件等因素，根據(jù)目前實(shí)際情況確定施工方法，合理安排機(jī)械設(shè)備、人員材料的進(jìn)場工作，嚴(yán)格按照規(guī)范開展施工作業(yè)，加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)與控制，切實(shí)保證橋梁基礎(chǔ)施工安全可靠。

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