鉆孔灌注樁技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用研究

王強

（湖南省遙感地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測所中南建設(shè)集團有限公司，湖南長沙412000）

0 引言

道路橋梁的結(jié)合與發(fā)展加強了我國各地的經(jīng)濟交流，鉆孔灌注樁因具有較高的承載力、施工速度快且工程造價低，常常用于道路橋梁工程的樁基礎(chǔ)中。在實際施工中常利用旋挖鉆機或回旋鉆機進行鉆孔作業(yè)，成孔效率高且孔身質(zhì)量好，不僅能滿足干作業(yè)環(huán)境，還能滿足濕作業(yè)環(huán)境。本文將重點介紹鉆孔灌注樁的施工工藝，針對一些施工的重難點進行詳細(xì)分析。

1 鉆孔樁概述

鉆孔灌注樁是利用鉆機鉆頭的旋轉(zhuǎn)將巖土層切碎，成孔后在孔內(nèi)放置鋼筋籠，最后澆筑水下混凝土形成圓柱狀的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

1.1 分類

鉆孔樁依據(jù)受力情況分為端承樁和摩擦樁。前者是以堅硬的巖石層作為持力層，通過樁身將地上荷載傳遞到持力層中，同時還依靠樁側(cè)的阻力承擔(dān)部分地上荷載，樁端的持力層多為砂類、碎石類土層及風(fēng)化程度小的基巖；后者是利用樁身與土層之間的摩擦力承擔(dān)地上荷載，常設(shè)置在黏性土、沙土和粉土中。端承樁一般比摩擦樁的鉆孔深度大，以保證樁端阻力滿足設(shè)計要求[1]。

1.2 應(yīng)用范圍

鉆孔樁在施工時對周邊土層的擾動較小，能避免地面發(fā)生較大的側(cè)移或者隆起，適用的地質(zhì)地層類型較多。鉆孔樁為地下或水下作業(yè)，屬于隱蔽工程，比較難控制成樁質(zhì)量，只有嚴(yán)格控制鋼筋籠的制作吊放和混凝土的澆筑，樁身質(zhì)量才能盡可能滿足設(shè)計要求。我國鉆孔樁施工雖起步晚，但發(fā)展快且形成了一套特有的施工技術(shù)方案，使鉆孔樁不僅能滿足地下作業(yè)要求，還能滿足水下作業(yè)要求。

在跨江跨海大橋建設(shè)中，以鉆孔樁作為橋梁的承載樁，不僅需要有高超的水下作業(yè)技術(shù)，還需要有優(yōu)良的抗?jié)B抗壓混凝土。在橋梁工程中，在承臺下部設(shè)置鉆孔樁，兩者共同承擔(dān)橋梁主要的荷載。在深基坑工程中，鉆孔樁不僅能做基坑的圍護結(jié)構(gòu)，還能作為基坑底部的承重樁。鉆孔樁的成樁效果比水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁要好[2]。

1.3 施工工藝

有三種鉆孔樁施工鉆機在實際施工中最常用，分別是沖擊鉆機、旋挖鉆機、回旋鉆機，第一種適合水下成樁和礦山作業(yè)，第二種適合軟土層、粉砂地層和風(fēng)化程度較大的巖層，第三種適合土質(zhì)層和一些夾雜卵碎石的地層。旋挖鉆機與回旋鉆機均為切削鉆機。

1.3.1 沖擊鉆機

沖擊鉆機適合硬度大于7 級的巖石層，例如石灰?guī)r、花崗巖、砂巖等，沖擊鉆機是利用高頻率的液壓或氣動沖擊器將巖石擊碎成粉末狀，再通過氣流、水流將石粉排出。沖擊鉆機又可分為全液壓和氣動，后者的傳動力較差，前者的傳動損耗低且變速快，在市面上占主導(dǎo)地位。

1.3.2 旋挖鉆機

旋挖鉆機安、拆簡單，振動小且產(chǎn)生的噪音少，適用于市區(qū)的鉆孔灌注樁施工。旋挖鉆機是利用回轉(zhuǎn)底部的桶式鉆頭將巖層破碎，用鉆斗將碎渣提升到孔外卸土，循環(huán)鉆孔取土、卸土，直至鉆到設(shè)計孔深，成孔后需兩次清孔。采用多層的伸縮鉆桿能快速成孔，利用沖錘鉆可在堅硬地層中挖孔，使用擴大頭鉆具可進行孔底擴孔。

旋挖鉆機適用的地層較多，且適用于干挖和濕挖作業(yè)。干挖作業(yè)是利用非水介質(zhì)鉆孔，鉆頭直接將渣土帶出，不需要泥漿護壁，避免環(huán)境污染。黏性差、比較松散的地層不能采用干挖作業(yè)，應(yīng)用泥漿護壁進行濕挖作業(yè)，靜態(tài)泥漿護壁不僅能減少鉆孔對樁壁土層的擾動，還能適用于有地下水的土層。但是，如果地層有承壓水且壓力過大時不宜使用旋挖鉆機。

1.3.3 回旋鉆機

回旋鉆機是利用回鉆斗切削土層，再利用套管護壁并排出碎渣，可用于地連墻和樁基施工，適用于松散土層和微風(fēng)化巖層。鉆機回轉(zhuǎn)有正循環(huán)和反循環(huán)，前者是利用鉆具回轉(zhuǎn)切削巖土，同時通過泥漿循環(huán)流動，沖刷孔底將沖洗液連同碎渣一起流到沉淀池，泥漿沉淀凈化后可繼續(xù)循環(huán)使用，鉆頭不斷向下回旋，碎渣不斷隨著泥漿一起排出，直至鉆到設(shè)計孔深。后者是將碎渣隨著循環(huán)護壁的泥漿從鉆桿內(nèi)腔排到孔外，形成一種反循環(huán)的排渣系統(tǒng)[3]。

2 鉆孔樁的應(yīng)用實例

2.1 工程概況

某河道上需修建一座簡支橋梁，上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，下部采用U 型橋臺和鉆孔灌注樁的組合結(jié)構(gòu)，其中鉆孔灌注樁的直徑為1.2m，樁長為46.5m，灌注的水下混凝土強度等級為C30，鋼筋籠長度為36.5m，采用分節(jié)加工再焊接，鉆孔灌注樁的不均勻沉降量按5mm 考慮。

2.2 施工階段

鉆孔灌注樁應(yīng)在基坑開挖和支護結(jié)構(gòu)完成后再施工。如果鉆孔樁技術(shù)與其他地基加固技術(shù)（例如水泥土攪拌樁、管樁等）一起使用形成復(fù)合地基，應(yīng)先使用其他技術(shù)進行地基加固后再進行鉆孔樁施工。施工前期應(yīng)將工地進行封閉式圍擋，探明現(xiàn)場的既有管線位置并做好改遷工作。在河道或地下水豐富或地質(zhì)環(huán)境不良的區(qū)域應(yīng)先進行截流或基坑支護[4]。

2.2.1 樁位放樣

施工前應(yīng)在設(shè)計圖紙上確定樁芯的X 坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，使用全站儀和水準(zhǔn)儀控制樁芯位置和樁頂高程，建立測量放樣數(shù)據(jù)網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，對鉆孔樁進行編號以便記錄成孔澆筑等現(xiàn)場施工資料。

施工方根據(jù)建設(shè)單位提供的監(jiān)測要求，定出監(jiān)測點的位置，進行編號并做好保護措施。監(jiān)測點不能定位在河流、道路等位置。要定期監(jiān)控監(jiān)測點，如果監(jiān)測點遭到破壞時應(yīng)重新測定并做好保護措施。施工現(xiàn)場需要用到精度較高的水準(zhǔn)儀和全站儀。先利用CAD 軟件上的坐標(biāo)法確定樁芯的X、Y 坐標(biāo)，再通過測量儀器確定樁芯的位置，插入鋼筋并噴漆標(biāo)識。監(jiān)測點和水準(zhǔn)點定位的精度關(guān)系到后期的施工質(zhì)量。

2.2.2 制作泥漿

在松散土層鉆孔時泥漿能保護孔壁。施工前應(yīng)在現(xiàn)場開挖足夠容積的泥漿池和沉淀池，保證泥漿制作滿足鉆孔的需求。目前最常用的泥漿為膨潤土混合漿，混合漿由優(yōu)質(zhì)膨潤土、純堿和纖維素混合攪拌而成。根據(jù)地層特點和以往的施工經(jīng)驗選擇合適的泥漿配合比。泥漿用料簡單，配制攪拌速度快，進入孔里能快速在孔壁上形成保護層。新拌泥漿的各項指標(biāo)例如黏度、含砂率、pH 值、比重等應(yīng)滿足規(guī)范要求。攜帶碎渣的泥漿經(jīng)過沉淀后，需測試各項指標(biāo)，合格后才能再次使用。當(dāng)泥漿的黏度、含砂率、pH 值和比重等各項指標(biāo)都不合格且無法通過沉淀再次利用時，廢漿應(yīng)用泥漿罐車外運到指定的泥漿回收點。

選擇高效、高速、低噪音的攪拌機拌制泥漿，制漿能力要滿足鉆孔的需求。泥漿面應(yīng)高于地下水位但低于護筒頂面，防止泥漿外溢。孔底泥漿各項指標(biāo)不合格證明孔底的碎渣較多，要再次清孔使孔底泥漿指標(biāo)達到標(biāo)準(zhǔn)后才能澆筑混凝土。廢漿廢渣應(yīng)運至指定處理站，不得隨意丟棄，以免污染環(huán)境。

2.2.3 鋼護筒埋設(shè)

護筒不僅能為鉆具起到導(dǎo)向作用，還能防止地表水滲漏和孔口塌陷，在吊放鋼筋籠時也能起到固定作用。護筒具有一定的強度，還要能隔水防滲，鋼材質(zhì)的使用效果好且能重復(fù)利用。護筒長度為3～4.5m，厚度為10mm，護筒的直徑是根據(jù)鉆孔樁的直徑而定，一般比樁徑大0.2～0.4m。根據(jù)樁位確定矩形頂點位置埋設(shè)護筒。護筒中心和樁芯的允許偏差不大于50mm，護筒埋設(shè)時應(yīng)控制筒身的垂直度和水平度，埋深過淺的話會影響護筒的穩(wěn)定性。需要注意的是，施工前應(yīng)對場地進行有效調(diào)查，以免出現(xiàn)護筒下沉問題[5]。

2.2.4 鉆孔清孔

樁位復(fù)核無誤且埋好護筒后，鉆機就位將鉆具中心位置對準(zhǔn)樁芯，保證導(dǎo)桿、回旋盤與護筒的中心線均在一條豎向直線上。鉆孔前應(yīng)根據(jù)地層特點選擇合適的鉆頭，并檢查鉆頭規(guī)格及磨損情況。鉆孔時應(yīng)記錄成孔的各項數(shù)據(jù)資料，如鉆頭轉(zhuǎn)速、樁頂標(biāo)高、設(shè)計樁長、護筒標(biāo)高等。如果地下地層比較復(fù)雜時，鉆孔的參數(shù)要隨著地層和孔深的變化及時調(diào)整泥漿配合比。鉆孔速度控制在0.15m/min 左右，鉆至設(shè)計孔深后進行孔底清淤，不得通過超鉆代替清孔，清孔后再次檢測泥漿的指標(biāo)，終孔驗收合格后吊放鋼筋籠，最后澆筑水下混凝土。

鉆孔操作不當(dāng)容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，常見的塌孔成因有：施工場地地質(zhì)條件不佳，地下存在易下陷的流砂、砂礫層；施工期間由于部分因素所致的水頭損失，泥漿配合比不符或質(zhì)量不達標(biāo)等。

2.2.5 下放鋼筋籠

如果鉆孔深度較大，鋼筋籠長度也應(yīng)隨之增大，可以采用分節(jié)依次吊放的方式下放鋼筋籠。鋼筋籠過長時要進行分段，如果將整段鋼筋籠直接吊入樁孔，容易導(dǎo)致鋼筋籠變形或者鋼筋保護層不足。常見的單根鋼筋長度為9m 和12m，其中施工最常用的鋼筋為9m。根據(jù)鋼筋籠和單根鋼筋的長度進行合理分段，分段的原則是節(jié)省鋼筋用料。吊放前應(yīng)驗算整段鋼筋籠的重量以便選擇滿足吊裝要求的吊機。

制作鋼筋籠時應(yīng)將箍筋與主筋焊接牢固，單面焊縫不小于10D，雙面焊縫不小于5D，控制加強筋的間距，在鋼筋籠的加強筋上綁扎墊塊以防鋼筋裸露在混凝土外。吊放速度不能太快，以免碰撞使鋼筋籠變形，分段部位用鋼筋套筒連接，鋼筋籠頂端焊接光圓吊筋并固定在護筒上。

2.2.6 下導(dǎo)管及二次清孔

鋼導(dǎo)管下放前進行外觀檢查，還要做密閉實驗，查看管身是否彎曲漏水。導(dǎo)管之間采用法蘭盤螺栓連接，下放深度不得高于孔底0.5m，也不得低于孔底0.3m，防止混凝土堵塞導(dǎo)管，孔底沉渣厚度不得超過5cm，二次清孔驗收合格后即可灌注混凝土。

2.2.7 灌注混凝土

第一次灌注混凝土的高度不得小于1m，根據(jù)樁徑計算出第一車混凝土的方量以保證導(dǎo)管底部埋入深度在0.4m 以上，防止導(dǎo)管內(nèi)流入泥漿或地下水。為了確保成樁質(zhì)量，澆筑前應(yīng)做好混凝土澆筑計劃，保證鉆孔樁能連續(xù)灌注混凝土。灌注時應(yīng)及時提升導(dǎo)管并保證埋入的混凝土深度在2～6m 之間，灌注完成后及時清洗導(dǎo)管，堆放至指定位置以便下次使用。

選擇具有良好的抗?jié)B抗壓性能的高強混凝土，灌注時應(yīng)超灌且高度不得小于1m，根據(jù)鉆孔樁灌注方量確定試塊組數(shù)，試塊制作后放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室進行精心養(yǎng)護，灌注28 天后應(yīng)測試抗壓抗?jié)B強度是否達標(biāo)。

3 鉆孔樁施工要點

3.1 施工質(zhì)量控制

作業(yè)人員的質(zhì)量安全意識直接決定了鉆孔灌注樁施工的質(zhì)量，開工前應(yīng)對進場人員進行安全技術(shù)交底培訓(xùn)，鉆孔灌注樁施工前應(yīng)做好圖紙技術(shù)交底工作，做好現(xiàn)場作業(yè)人員的質(zhì)量技術(shù)交底并形成書面文件。施工時應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙和施工規(guī)范要求完成每道工序，實行“三檢制”，強化質(zhì)量的檢查力度，未驗收合格前不得進入下一道工序，鋼筋籠分項工程屬于隱蔽工程，未經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗合格不得灌注混凝土。

樁孔位置和樁身標(biāo)高應(yīng)進行復(fù)核，鉆機就位后調(diào)整導(dǎo)向架的垂直度以保證樁身的垂直度，如果樁身出現(xiàn)偏斜易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。鉆機施工時對周邊土層有擾動作用，要實時監(jiān)控周邊的監(jiān)測點及地面沉降情況，嚴(yán)格控制樁身的垂直度和孔底廢渣的厚度。如果鉆孔樁的數(shù)量眾多，施工完成后須再次核查樁位樁號以免錯位漏樁。混凝土灌注完成后應(yīng)進行養(yǎng)護工作，養(yǎng)護時間不少于1 周，灌注28 天后將試塊送至檢測單位進行抗壓強度實驗，抗壓強度滿足設(shè)計要求后才能進行鑿除樁頭作業(yè)。

灌注混凝土?xí)r應(yīng)控制拔除導(dǎo)管的速度，保證導(dǎo)管埋深于混凝土內(nèi)2～6m，留意導(dǎo)管的堵塞現(xiàn)象以保證混凝土的連續(xù)灌注。護壁泥漿應(yīng)現(xiàn)拌現(xiàn)用，較長時間未使用時應(yīng)再次攪拌均勻并檢測各項指標(biāo)，泥漿過稀則無法在孔壁形成有效的保護層。成孔后及時將鉆頭提升至地面，以免鉆頭掉入孔底。清孔時間如果過短則無法將孔底廢渣清理干凈，清孔時間過長則容易塌孔，一般控制在2h 左右[6]。

3.2 原料質(zhì)量控制

鉆孔樁施工所用的原料主要有混凝土、鋼筋、膨潤土和纖維素。鉆孔樁埋于地下會受到地下水的侵蝕，因此灌注的混凝土應(yīng)具有良好的抗?jié)B性能和抗壓強度，澆筑前核對商品混凝土的出廠合格證和配合比，檢測坍落度是否在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)。如果澆筑前出現(xiàn)離析現(xiàn)象應(yīng)及時采取補救措施，再次檢驗質(zhì)量合格后才能灌注。

根據(jù)場地面積和工序安排，規(guī)劃好鋼筋的堆放區(qū)和加工區(qū)。鋼筋在潮濕的環(huán)境中容易生銹，鋼筋堆放區(qū)應(yīng)盡可能搭設(shè)鋼棚遮擋雨雪。做好鋼筋的用料計劃并控制鋼筋的進場數(shù)量。未使用的鋼筋應(yīng)及時做好覆蓋防潮工作，嚴(yán)禁直接將鋼筋堆放在地面，可用鋼架將鋼筋抬離地面至少20cm，且堆放數(shù)量不宜過多，以免鋼筋變形。

施工中合理安排各道工序，避免原料的浪費。鋼筋加工的先后順序可根據(jù)以往施工經(jīng)驗確定，長短搭配加工能減少鋼筋廢料。混凝土超灌在1～1.5m 之間，超灌過多會增加商品混凝土的用量。原料應(yīng)由專人專場管理，集中保存堆放，膨潤土受潮易變質(zhì)，應(yīng)保持材料管理倉庫的干燥整潔，避免原料變質(zhì)或生銹。

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁作為道路橋梁工程中重要的承重基礎(chǔ)，施工環(huán)節(jié)眾多且細(xì)節(jié)要求嚴(yán)格，作業(yè)人員不僅需要提高自身的質(zhì)量安全意識，還需要提升施工的專業(yè)技術(shù)水平。只有嚴(yán)格按照施工流程進行標(biāo)準(zhǔn)化施工，把好施工質(zhì)量關(guān)，將驗收工作落實到位，才能將鉆孔灌注樁在道路橋梁工程中的價值充分發(fā)揮出來，從而為我國的道路橋梁事業(yè)貢獻一份力量。