西南淺丘地區(qū)橋梁樁基高效施工技術(shù)研究

杜 鳳

（四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611130）

0 引言

西南地區(qū)地處祖國(guó)的西南邊疆，青藏高原的東南部，地形相對(duì)復(fù)雜，多為高山、丘陵，交通建設(shè)相對(duì)落后，高速公路的建設(shè)方興未艾。其中丘陵多分布于山地或高原與平原的過(guò)渡地帶，其坡度一般較低緩、切割破碎、無(wú)一定的方向，沒(méi)有明顯的脈絡(luò)，頂部渾圓[1]。因此，丘陵地區(qū)高速公路建設(shè)多以橋梁連接路堤為主，但由于地形、地質(zhì)條件的不足，施工中存在進(jìn)度慢、不確定性因素多等諸多難題亟待解決，其中橋梁樁基是橋梁施工的關(guān)鍵基礎(chǔ)，尋求一種快速、安全、經(jīng)濟(jì)、適用的橋梁樁基施工技術(shù)迫在眉睫。

本文針對(duì)西南淺丘地區(qū)橋梁樁基的施工技術(shù)難題，討論了樁基施工方法、混凝土澆筑方法與質(zhì)量控制等難點(diǎn)，以該地區(qū)某在建高速公路為工程背景，以橋梁樁基為研究對(duì)象，較全面地分析了樁基施工快速、安全、經(jīng)濟(jì)、適用的技術(shù)方案，為類似地區(qū)橋梁樁基施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 淺丘地區(qū)橋梁樁基施工工藝流程

樁基礎(chǔ)是深基礎(chǔ)中應(yīng)用最多的一種基礎(chǔ)形式，由若干個(gè)沉入土中的樁和連接樁頂?shù)某信_(tái)或蓋梁組成。按照施工方法，樁基礎(chǔ)可以分為預(yù)制樁和灌注樁，根據(jù)淺丘地區(qū)的地質(zhì)、地形等因素，推薦采用灌注樁施工。按照成孔方法的不同，灌注樁又可分為鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁、套管成孔灌注樁等，其中鉆孔灌注樁施工工藝成熟、承載力高、適用范圍廣，被廣泛地應(yīng)用于公路、鐵路、橋梁等結(jié)構(gòu)工程中，高等級(jí)公路大、中、小橋梁和互通式立交橋基本采用鉆孔灌注樁。旋挖鉆孔灌注樁(簡(jiǎn)稱旋挖樁)使用機(jī)械作業(yè)，施工時(shí)間短，同時(shí)可大量地節(jié)省人工費(fèi)。旋挖樁施工工藝流程見(jiàn)圖1。

根據(jù)圖1，筆者對(duì)旋挖樁施工工藝流程進(jìn)行如下分解。

圖1 旋挖樁施工工藝流程

（1）放樣定位。工程開(kāi)工前，在場(chǎng)地內(nèi)建立測(cè)量控制網(wǎng)，然后依據(jù)測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)控各樁位點(diǎn)。

（2）旋挖機(jī)就位。旋挖機(jī)必須穩(wěn)定、水平、定位，鉆頭中心與樁位中心距離不大于10mm。

（3）埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒的直徑應(yīng)比樁孔直徑大200mm，護(hù)筒長(zhǎng)度底進(jìn)入黏土層不少于500mm，護(hù)筒頂部高出地面300mm，護(hù)筒埋設(shè)的傾斜度控制在1%以內(nèi)，護(hù)筒埋設(shè)偏差不超過(guò)30mm，護(hù)筒四周用黏土回填，分層夯實(shí)。

（4）旋挖機(jī)成孔。護(hù)筒埋設(shè)并定位后，使用旋挖機(jī)鉆進(jìn)。旋挖機(jī)扭矩大、轉(zhuǎn)速高、成孔效率高；自動(dòng)化程度高，通過(guò)電腦程序精確控制，孔的傾斜度等可以較直觀地顯示；無(wú)泥漿循環(huán)，對(duì)環(huán)境污染小，適用于淺丘地區(qū)地質(zhì)條件。丘陵地區(qū)地形限制了大型機(jī)械的進(jìn)出，大樁徑的樁基可采用兩次成孔的方式施工。樁成孔后需要重點(diǎn)檢查：成孔的中心位置、孔深、孔徑、垂直度、孔底沉渣厚度、樁頂與樁底標(biāo)高、地基持力層情況等。

（5）清孔。

（6）鋼筋籠制作與安放。鋼筋籠的主筋與加強(qiáng)筋全部焊接，螺旋筋與主筋采用隔點(diǎn)焊加固，制作好的鋼筋籠應(yīng)逐節(jié)驗(yàn)收，合格后掛牌存放。鋼筋籠長(zhǎng)超過(guò)16m在孔口焊接，單面焊10d，焊縫高度≥0.3d，焊縫寬度≥0.8d。兩段籠子應(yīng)保持順直，同截面接頭不得超過(guò)配筋的50%，間距錯(cuò)開(kāi)，不少于35d。鋼筋焊接完好后，應(yīng)緩慢下放入孔內(nèi)，嚴(yán)禁砸籠。

（7）下導(dǎo)管。

（8）混凝土澆筑?；炷恋馁|(zhì)量保證主要是通過(guò)控制混凝土的坍落度和和易性。混凝土的坍落度應(yīng)控制在220mm左右。由于淺丘地區(qū)地形限制，混凝土攪拌站距離施工工地較遠(yuǎn)，這就容易由于長(zhǎng)距離的運(yùn)輸而導(dǎo)致混凝土的坍落度不易控制，影響其強(qiáng)度，從而對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響?；炷恋暮鸵仔砸话阃ㄟ^(guò)控制其坍落度、采用合理砂率、改善砂石級(jí)配、摻加外加劑等進(jìn)行改善。同時(shí)，應(yīng)盡可能地縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間。水下混凝土的配置強(qiáng)度應(yīng)比設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值提高40%~50%，膠凝材料用料不少于360kg/m3，含砂率宜為40%~50%，并宜選用中粗砂，粗骨料選用碎石或卵石，最大粒徑不應(yīng)小于40mm，且不得大于鋼筋最小間距的1/3。

在水下混凝土澆筑前，應(yīng)對(duì)不同直徑、深度的樁孔分別計(jì)算出混凝土澆筑初灌量。施工過(guò)程中要保證澆筑初灌量，澆筑時(shí)導(dǎo)管埋深控制在2～6m，拆管前專人測(cè)量孔內(nèi)混凝土面，并做記錄。澆筑混凝土接近樁頂標(biāo)高時(shí)，應(yīng)控制最后一次澆筑量，確保樁頂標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求[2]。

水下混凝土減輕了環(huán)境水對(duì)混凝土拌合物的侵蝕，無(wú)需人工振搗，避免了分層灌注而引起的層間夾渣現(xiàn)象，克服了漏振、過(guò)振產(chǎn)生的混凝土蜂窩、空洞等現(xiàn)象，且灌注時(shí)間短，施工效率高。對(duì)水下澆筑混凝土質(zhì)量要求較高，其必須具有水下不分離性、自密實(shí)性、低泌水性和緩凝等特點(diǎn)。水下混凝土澆筑可在很大程度上節(jié)約成本，同時(shí)，其施工技術(shù)成熟、效率相對(duì)較高，因此，對(duì)于干混凝土作業(yè)也可采用水下混凝土的澆筑方式，即：對(duì)混凝土施加與水壓相同的壓力。這樣，可有效地縮短時(shí)間、節(jié)約成本，高效地完成工程項(xiàng)目。

在澆樁過(guò)程中，隨機(jī)抽取1～2盤混凝土制作試塊，每根樁應(yīng)制作一組試塊，制作好的試塊在12h后拆模，放置靜水中養(yǎng)護(hù)，試塊評(píng)定采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法評(píng)定。

（9）起拔護(hù)筒。

（10）回填樁孔。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

G8515線榮昌至瀘州段(四川境)高速公路路線全長(zhǎng)約42km。路線起于瀘縣方洞鎮(zhèn)麻巖水庫(kù)附近川渝交界處，經(jīng)瀘縣方洞鎮(zhèn)、喻寺鎮(zhèn)、玄灘鎮(zhèn)、云龍鎮(zhèn)和瀘州市龍馬潭區(qū)長(zhǎng)安鄉(xiāng)、特興鎮(zhèn)等，止于瀘州市沿江工業(yè)園區(qū)龍港大道。本項(xiàng)目施工路段位于瀘州市瀘縣境內(nèi)玄灘鎮(zhèn)。設(shè)馬溪河大橋(K154+582.5)、雷灣大橋(K155+213.5)和金銀灣大橋(K156+358)跨越河谷，于K158+139設(shè)灣頭中橋跨越X004縣道，在K159+000設(shè)奇峰互通，路線止于瀘縣玄灘鎮(zhèn)石城村，止點(diǎn)樁號(hào)K161+000。主線全長(zhǎng)6.55km。

該項(xiàng)目橋梁多跨越水量不大的沖溝或干溝，橋位處第四系覆蓋層厚度一般較小，兩岸山坡基巖多直接出露，覆蓋層巖性為黏土、粉土夾碎塊石、碎塊石質(zhì)土。黏土層地基承載力基本容許值[fa0]=0.1~0.2MPa，基巖以泥巖為主，強(qiáng)風(fēng)化層[fa0]=0.3~0.4MPa，中風(fēng)化層[fa0]=0.6~0.8MPa。

公路設(shè)計(jì)等級(jí)為雙向四車道高速公路，計(jì)算行車速度：100km/h。全線大中橋1227.05m/8座，樁基180根，樁徑1.3~2.5m，樁基深度15~25m。

2.2 橋梁樁基施工工藝

該項(xiàng)目橋梁樁基采用旋挖成孔方式施工，同時(shí)由于西南淺丘地區(qū)地形限制，大型機(jī)械進(jìn)出不方便，因此，對(duì)于大樁徑樁基采用兩次成型的方式成孔，避免了大型機(jī)械給施工帶來(lái)的不便。在軟基地段和河道內(nèi)筑島施工時(shí)，樁壁土質(zhì)較差易塌孔，故采用長(zhǎng)護(hù)筒護(hù)壁，為保證護(hù)筒進(jìn)入基巖，護(hù)筒長(zhǎng)度須大于泥土覆蓋層厚度。圖2為樁基施工現(xiàn)場(chǎng)。

圖2 橋梁樁基施工

為了進(jìn)一步深入分析旋挖成孔施工方案的優(yōu)點(diǎn)，表1為旋挖成孔與人工挖孔和沖擊鉆孔的施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)和安全性等對(duì)比。從表1中可知，旋挖成孔的工作效率約是人工挖孔的48倍，且其安全系數(shù)高，避免了人員下井施工帶來(lái)的安全隱患，其造價(jià)約為人工挖孔的1/2，同時(shí)由于在鉆進(jìn)過(guò)程中，旋挖鉆頭對(duì)孔壁泥土的擠壓形成泥漿護(hù)壁，不需單獨(dú)設(shè)置泥漿池，對(duì)周邊環(huán)境不造成影響。

表1 旋挖成孔與人工挖孔、沖擊鉆孔對(duì)比(以直徑1.5m樁基為例)

對(duì)于干作業(yè)和濕作業(yè)成孔灌注混凝土均采用水下混凝土的灌注方式，這主要是因?yàn)楦勺鳂I(yè)成孔混凝土澆筑施工進(jìn)度較慢，增加工程成本外，成樁質(zhì)量受人工振搗因素影響較大；而水下混凝土澆筑效率高，完全采用機(jī)械化作業(yè)，避免了大量的人工作業(yè)，可以保證施工進(jìn)度、工程質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約成本。

以直徑1.5m，深15m的樁基為例，采用旋挖成孔的方式，樁基為26.51m3，每1m3可節(jié)約350元，每根樁基可節(jié)省人工費(fèi)約9000元；施工時(shí)間僅需5h，遠(yuǎn)小于人工挖孔和沖擊鉆孔的時(shí)間。考慮整個(gè)項(xiàng)目施工段，共有約180根樁，直徑、樁長(zhǎng)按1.5m、15m考慮，不考慮其他因素，可至少節(jié)省約160萬(wàn)元[3]。

由于施工地區(qū)地形的限制，長(zhǎng)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)纳逃没炷撂涠容^差且不易控制，從而嚴(yán)重影響了混凝土質(zhì)量，因此不建議選擇使用商用混凝土。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證后，提出混凝土配料中的砂選用機(jī)制砂摻加20%天然砂的方式，混凝土強(qiáng)度可以滿足工程質(zhì)量要求，這主要是因?yàn)橥耆捎脵C(jī)制砂不能保證混凝土和易性要求，完全選用天然砂會(huì)提高工程造價(jià)，從而產(chǎn)生巨大的額外費(fèi)用。根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格，優(yōu)質(zhì)天然砂到場(chǎng)價(jià)格為195元/t，而普通機(jī)制砂到場(chǎng)價(jià)格為115元/t。表2為C30水下混凝土的配合比，其中水膠比為43%，砂率為45%，單位體積質(zhì)量為2404kg/m3。

表2 C30水下混凝土配合比

2.3 樁基質(zhì)量檢驗(yàn)

為了證明上述施工方法的有效性，施工過(guò)程中對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行了檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)工程進(jìn)行了驗(yàn)收。強(qiáng)度采用立方體試塊抗壓檢測(cè)，樁基成樁質(zhì)量采用超聲波透射法檢測(cè)。

該段項(xiàng)目全線樁基180根，I類樁178根，II類樁2根，II類樁均為商品混凝土澆筑。分析原因?yàn)椋荷唐坊炷翑嚢枵局凉c(diǎn)較遠(yuǎn)，混凝土出廠到澆筑時(shí)間較長(zhǎng)，坍落度損失造成混凝土和易性變差，導(dǎo)致樁基密實(shí)度下降。表3、表4分別為蔡子沖中橋和馬溪河大橋的樁基超聲波透射法檢測(cè)結(jié)果，其中蔡子沖中橋樁基為干樁，馬溪河大橋樁基為水下樁。由檢測(cè)結(jié)果可知，干樁和水下樁的質(zhì)量完整，均為I類樁。蔡子沖中橋某樁基兩截面的波形見(jiàn)圖3。

圖3 蔡子沖中橋某樁基波形圖

表3 蔡子沖中橋超聲波投射法檢測(cè)結(jié)果

表4 馬溪河大橋超聲波透射法檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)西南淺丘地區(qū)樁基施工技術(shù)難題，討論了樁基施工方法、混凝土澆筑方法與質(zhì)量保證、混凝土質(zhì)量控制等難點(diǎn)，提出了一種高效的施工技術(shù)方案，得到的結(jié)論如下：

（1）在干作業(yè)和濕作業(yè)中均可采用旋挖成孔，其工作效率高，且安全經(jīng)濟(jì)，適用于西南淺丘地區(qū)樁基施工。

（2）干作業(yè)和濕作業(yè)均可采用水下混凝土的澆筑方式，混凝土強(qiáng)度滿足要求，樁身完整，樁身為I類樁。

（3）商品混凝土攪拌站距離工點(diǎn)較遠(yuǎn)，混凝土出廠到澆筑時(shí)間較長(zhǎng)，坍落度損失造成混凝土和易性變差，導(dǎo)致樁基密實(shí)度下降。