橋梁項目超長鉆孔灌注樁在復雜地層中的施工方案探究

陳 浪

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

鉆孔灌注樁即借助機械鉆進行樁機掘進，將鋼筋籠置于樁孔內灌入混凝土從而形成灌注樁[1]。該工藝在眾多工程項目施工中廣泛應用。眾多學者對鉆孔灌注樁相關工藝進行了分析研究。有學者對風化巖地基應用大直徑長螺旋鉆孔灌注樁方案的地基承載力進行了研究。有學者對加固區形態分布與水泥漿擴散方式間的關系進行了分析。還有學者利6根鉆孔灌注樁應用抗壓樁、負摩擦樁、頂拔樁三種不同模式的剪切特性加以分析，并進行了現場加載試驗。以往鉆孔灌注樁相關研究多以理論研究為主，筆者基于某橋梁樁基工程特點，分析了復雜地層應用超長鉆孔灌注樁方案的可行性，并對其工藝參數、施工要點加以探究，旨在為指導現場施工提供了參考。

1 工程概況

某橋梁項目為四跨下承式鋼拱梁組合橋，南北側引橋分別為2 m×25 m與（30+28+32）m鋼箱梁結構，橋梁全長407.6 m，共9跨，橋面寬度為43 m，主橋墩樁徑為1.5 m，橋墩為3~5號，其余橋墩樁徑為1.2 m，下部結構以承臺結構聯合鉆孔灌注樁基礎的方式承重。樁基均為C30水下混凝土灌注樁，合計122根，最大樁徑1.5 m，最長樁46.2 m，0號墩臺與9號墩臺為20根1.0 m樁徑，3號墩、4號墩、5號墩樁徑為1.5 m，余者墩樁樁徑為1.2 m。樁位布置情況如圖1所示。

圖1 樁位布置（單位：cm）

2 鉆孔灌注樁生產性試驗

2.1 試驗目的

復雜地層中，水上灌注樁鉆孔施工中，需保持pH值、泥漿黏度、相對密度、含砂率等指標合規，樁基可正常施工[2]。

2.2 試驗位置及參數說明

試驗位置選定6號墩水中樁基作為試驗樁基，固定pH值在7.0~9.0范圍內，泥漿相對密度1.06~1.20范圍、黏度在18~28 Pa·s范圍內，施工中鉆孔工藝選擇沖擊成孔法，現場對試驗樁基進行荷載箱式靜載檢測、高應變檢測和聲測試驗，確保施工順利進行。

2.3 試樁結論

靜載試驗檢測結合高低應變檢測，證實了試驗樁樁基為I類樁基，符合規范要求，達到設計標準[2]。

3 鉆孔灌注樁施工工藝

3.1 施工工藝流程

鉆孔灌注樁的施工工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆孔灌注樁施工工藝流程

3.2 施工工序控制要點

（1）用全站儀對業主和設計單位提供的控制樁點進行施工復測，遵循市政橋涵施工技術規范進行作業，確保內業計算、外業測量符合標準，利用控制樁進行平面控制網布設，并完成高程加密。復測后將測量結果呈交監理工程師，核實無誤后方可進行后續施工。

（2）以10 mm厚鋼板卷制作樁基鋼護筒，內徑、樁徑差約為0.2 m，制備完畢后埋設岸上樁基鋼護筒（0，7，8，9號），參考地質勘察結果，將2 m長鋼護筒埋設后，保持頂面高出地面30 cm。于測量放樣孔中心位置四周埋入保護樁，便于后續復測，采用人工配合機械開挖的方式定樁回填[4]。樁孔內置入鋼護筒，底部以黏性土填充并壓實，外壁采用黃泥密封或用泥漿堵實，對鋼護筒下放后的樁位進行復測，確保無誤后需保持其與頂面平高，鉆機上不得壓放重物避免影響其性能，不利于鉆機對中定位[5]。

（3）采用定制鋼護筒進行水中樁基埋設，固定后于臨時平臺搭設后放置入水。1~6號墩樁基為水上墩，以10 mm厚鋼板卷制備而成，需保持內徑與樁基樁徑差為0.2 m，按照2 m標準進行護筒設計，每個護筒設置為2節，均為10.5 m，使其發揮永久性保護作用。鋼護筒加工完畢后，焊接內撐，避免轉運中變形，定位下放時將內撐去除。保持鋼護筒加工直徑誤差在2 cm以內，于刃腳30 cm處焊接鋼板補強，下放時，需借助導向架進行水上墩樁基鋼護筒定位，導向架結構如圖3所示。

圖3 導向架示意

（4）下放鋼護筒前，借助導向架進行放樣，根據測量結果將其置于施工平臺，隨后由汽車式起重機配合振動錘，完成鋼護筒下放工序，需保持鋼護筒兩節均處于同一垂直線，借助導向架進行鋼護筒角度調整，避免移位，需控制鋼護筒平面偏差小于5 cm，垂直度小于5/1 000，下放完畢后，需保持護筒頂面與施工平臺平面高程差50 cm。

（5）鉆機就位后，檢查其性能是否良好，確保無異常或故障[6]。通過待測樁位定位確定鉆機位置，鉆孔前需保持鉆機穩定，確定鉆機及鉆桿位置，保持鉆桿垂直，借助自動控制系統進行校正，確保鉆機垂直后方可施工操作。

3.3 鉆進成孔技術

3.3.1 泥漿制備

施工現場泥漿池容量約為鉆孔容積的1.5~2倍，底部與四周以塑料布覆蓋避免泥漿外漏，也可采用其他措施加以封閉[7]。現場常用的泥漿制備設備包括水力攪拌器和泥漿攪拌機，前者多用于黏土造漿，后者常用于膨潤土造漿。

造漿完畢后，進行性能檢測。鉆孔施工中進行含砂率、泥漿密度等指標檢測，將檢測數據如實填寫在泥漿試驗記錄表中，根據地質變化進行泥漿性能指標的適度調整，確保性能達標，符合施工規范。施工現場設置回收池進行泥漿回收，沉淀凈化后將其輸送至儲漿池。多重工序回收處置后，并檢測合格，方可重復利用。

3.3.2 鉆進

（1）鉆機就位后將其持平，并牢固支墊前支點。成孔施工操作中需對鉆機水平度及時檢測，發現鉆機前支點下沉時，及時調整并將其頂起，鉆機平整且達標后方可繼續進鉆。

（2）鉆孔前，保持鉆頭位置居中，拉起鉆頭保持護筒頂面與其平齊，于鋼護筒護樁上綁十字線并確定樁位是否與鉆頭吻合，及時調整鉆頭避免偏差，確保鉆頭中心、基樁中心與鉆機吊繩保持一致[8]。嚴格遵循施工圖紙、技術指標，鉆孔中采集鉆渣樣本，判斷鉆孔土層與地質勘測結果是否保持一致。

（3）堅持“減壓鉆進”原則，嚴格控制鉆孔施工。鉆孔樁剛進入巖面或挺進巖石交界處對沖程加以控制，與巖層平穩接觸后調整進鉆速度。

（4）鉆孔樁到達指定標高后，及時將巖樣取出并根據取樣特征結合鉆進速度判斷是否達標[9]。

（5）終孔后，及時采集渣樣判斷樣本是否符合持力層要求，并采用鉆具推算法、測繩法進行樁基成孔深度檢查，定期檢查鉆孔過程中的偏位狀況，及時發現異常情況并加以糾正。

（6）根據鉆頭鉆具長度、護筒頂標高，進行孔底標高的計算，并利用鉆具推算法或繩測法獲取成孔深度，計算鉆孔孔底標高、鉆孔深度、持力層均符合設計標準方可終孔，并定期以鋼尺復測，減少測量誤差[10]。

3.3.3 終孔

鉆孔至設計深度后，對鉆孔周邊區域地質情況進行核查，對比地質柱狀圖與鉆孔取樣鉆渣，判斷地質形狀是否達標。不符合勘察設計資料標準者，及時通知現場設計代表或監理工程師處置。符合要求者，進行孔徑、孔深、孔型等基本信息的確認。

采用測控儀對終孔孔徑、孔壁、垂直度、孔深等數據進行檢測，成孔后鉆機顯示界面的鉆孔深度、測繩測量所得鉆孔深度數據分別記為L1和L2，若L2＜L1，則更換清底探頭后進行孔深復測。各項指標均符合設計要求，將相關數據提交至監理工程師驗收，驗收合格后及時進行清孔。鉆孔樁基成孔質量檢測指標如表1所示。

表1 鉆孔樁基成孔質量檢測指標

4 施工方案調整

該橋梁項目陸地施工區域，橋梁下部結構樁基均能順利成孔且完成灌樁，但由于水下底層結構復雜，水中灌注樁樁基成孔施工中易出現卡鉆、塌孔現象，對樁基施工工期產生影響，由于打撈鉆頭、重復施工，導致施工成本明顯增加，項目支出遠高于普通灌注樁造價。為解決這些施工難點，該項目對施工方案進行了適度調整，增設鋼護筒并合理延長其長度，確保高效成孔，保障灌注樁質量。調整后方案如下：

（1）鋼護筒直徑為1.2 m，埋設于不透水層深度大于2倍的鋼護筒直徑；鋼護筒直徑1.5 m，埋設于不透水層深度大于1.5倍鋼護筒直徑。根據試打情況，直徑不足1.5 m的鋼護筒厚度為12 mm，直徑1.5 m以上的鋼護筒厚度為14 mm。

（2）鉆頭鉆進卵石層后，調整泥漿相對密度為1.3。

（3）完成樁基管樁后，鋼護筒埋深約4 m，難以拔出且拔出后會對樁頭混凝土質量產生影響，所以采取承臺下部分鋼護筒永久保留的措施，承臺上區域于承臺拆除后清理的方案。

（4）鋼護筒埋設采用120 kW雙夾振樁錘配合80 t履帶式起重機同步施工，確保鋼護筒埋設垂直度，保障現場施工得以順利進行。

5 結論

綜上所述，文章對某橋梁復雜地層應用超長鉆孔灌注樁施工方案進行了分析，總結出以下施工要點：

（1）因樁基土層土體結構穩定性差，超長鉆孔灌注樁鉆孔施工前，需根據項目特點、現場要求提前做好人工造漿工序，為成孔提供循環泥漿。

（2）嚴格控制黏度、相對密度等人造泥漿參數，實現可循利用目標。

（3）嚴格控制鉆孔速度，結合不同土層結構特點、設置鉆進速度，砂層需采取低速鉆進策略以確保護壁穩定，砂層較厚地質需對成孔后首次清孔質量嚴格控制，以避免鉆孔沉渣大量沉淀[11]。

（4）控制鋼筋籠加工工藝參數，控制預拼裝精度，并于運輸、起吊、安裝等過程中做好防護，避免鋼筋籠變形。

（5）超長鉆孔灌注樁施工方案的關鍵在于水下混凝土灌注，施工現場應用大料斗配合攪拌車進行連續灌注，嚴格控制施工進度避免延誤工期。

（6）結合項目實際和工藝特點，通過增設鋼護筒的方式使施工速度明顯加快，同時避免了對地層擾動，確保施工順利進行。