橋梁工程施工中沖孔灌注樁施工技術研究

楊 薈

（山西路橋第六工程有限公司,山西 晉中 030621）

0 引言

所謂沖孔灌注樁，即為在泥漿護壁中進行沖擊成孔、并在水下灌入混凝土的一種樁基礎形式。沖孔灌注樁施工技術的適用范圍廣，可用于各種復雜地層的施工中，如砂土層、黏土層、填土層等，再加上其施工成本低，故被廣泛使用在公路橋梁工程施工中[1]。但是，該施工技術的施工過程較復雜，施工技術要求較高，在施工過程中，存在較多的影響因素，易出現塌孔、彎孔、梅花孔等問題，提高施工成本，故在公路橋梁工程施工中，施工單位應熟悉與掌握沖孔灌注樁施工技術要點，并嚴格控制施工質量。基于此，該文就橋梁工程施工中沖孔灌注樁施工技術的運用展開探討，以供大家參考。

1 灌注樁的類型

灌注樁大致可劃分機械成孔灌注樁、人工挖孔灌注樁兩類。

1.1 人工挖孔灌注樁

所謂人工挖孔灌注樁，即采用人工法，進行挖土成孔，制作與放置鋼筋籠，并通過現場澆筑混凝土后所形成的鋼筋混凝土樁。一般情況下，若樁直徑較大，可采用人工挖孔樁，但是在最近幾年中，隨著建筑工程施工技術水平的不斷發展與創新，為更好地確保施工人員的人身安全，出現了機械成孔灌注樁，逐漸取代了人工挖孔灌注樁。

1.2 機械成孔灌注樁

現階段，機械成孔灌注樁大致可劃分為沖擊成孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁這兩種類型[2]。

第一，沖擊成孔灌注樁，即采用沖孔樁機，通過沖錘做自由下落運動進入土層中，在孔壁中擠入混合泥漿、泥土、沖碎的巖石，采用泥漿循環清孔方法，將一些碎渣排出孔外，將鋼筋籠置入孔中，現場澆筑混凝土后所形成的樁。盡管沖擊成孔灌注樁的成孔速度較慢，但是該樁的適用性較強，在各種地質條件中，均可使用沖擊成孔灌注樁[3]。當遇到中微風化巖、孤石、夾層等復雜地質時，為確保施工質量與施工進度，大多數情況下，施工單位會選擇使用沖擊成孔灌注樁。

第二，旋挖成孔灌注樁，即鉆桿在電動機牽引下進行轉動，底部帶有活門的桶式鉆頭通過回轉將巖土破碎，然后在鉆斗中裝入破碎的巖土，鉆斗在伸縮鉆桿與鉆機提升設備的提升作用下，將土從孔中挖出來，重復以上步驟，不斷進行取土與卸土，直到孔深度達到設計深度為止[4]。在卵石、碎石土、回填土、砂土、黏土、粉土等中，旋挖成孔灌注樁的進孔速度較快，但是若遇到中微風化巖石、夾層、大孤石等時，其進孔速度會變慢，加大進孔難度，旋挖鉆頭易磨損。

2 工程案例

某一公路橋梁工程，采用沖孔灌注樁施工技術，樁長約50 m，具有1 m、1.5 m、1.8 m三種樁徑，共設有120根樁。通過地質勘察后發現，該橋梁工程施工場地位于河流沖積平原，地質條件存在較大的差異性。在下伏基巖中，分布有火成巖、沉積巖、泥質粉砂巖、泥巖等，在上覆土層中，分布有淤泥質沙土、淤泥等，結構呈現流塑狀，較松散，提高了沖孔灌注樁的施工難度。其中，沖孔灌注樁施工工藝流程，如圖1所示。

圖1 沖孔灌注樁施工工藝流程

3 沖孔灌注樁施工技術要點

3.1 施工前期準備

3.1.1 施工現場

為平穩、安全設置樁基，施工機械設備進場前，施工單位應提前整平處理施工場地，根據施工現場的實際情況，對沉淀池、泥漿處理池的開挖施工進行合理安排。為保證施工安全，施工單位應根據施工現場實際情況，制定相應有效的安全防護措施。

3.1.2 測量放樣

在施工場地附近不受影響的位置處，設置與標記橫向軸線控制點與縱向軸線控制點。根據施工圖紙要求，準確確定沖孔的位置，監理工程師對其進行驗收，通過驗收后，方可設置鋼護筒與安裝樁機。

3.1.3 施工機械設備

在該次沖孔灌注樁施工中，需配置沖樁機，在施工現場制作鋼筋籠，同時利用汽車，向樁孔位置吊裝鋼筋籠，利用商品混凝土制作樁身，并使用水下導管來灌注混凝土[5]。

3.1.4 鋼護筒

在該工程中，利用鋼板加工制作鋼護筒，利用黏土填充與夯實鋼護筒的周邊，鋼護筒的埋設深度應控制在1.5 m左右。

3.1.5 泥漿的制備

在沖孔灌注樁施工之前，施工單位應根據施工標準與施工要求，對泥漿材料進行合理制備，對泥漿材料的比重進行合理配置。根據施工要求，合理確定泥漿材料各項指標值，其中膠體率不得小于98%，含砂率不得大于2%[6]。但是，在制備泥漿過程中，應注意以下施工細節：第一，妥善處理多余的泥漿材料，采用特定的輸送管道，在泥漿池中傳送與儲存泥漿材料，保證后續施工的正常進行。第二，嚴格控制施工原材料的質量與使用量、施工人員數量，在制備泥漿材料過程中，為加快泥漿材料的制備速度，施工人員應對施工原材料的配合比與質量進行認真檢驗。

3.2 施工工藝

3.2.1 護筒的埋設

在鋼護筒的外側焊接加強筋，可提高鋼護筒的強度。利用人工法對護筒坑進行開挖，護筒坑的直徑比護筒的直徑要大0.5 m，同時將上方全部的雜填土均挖除，直到挖至原土層以下0.3 m深度為止。護筒坑坑底應保持平整，同時其坑深度至少要達到150 cm[7]。

3.2.2 泥漿護壁

根據施工現場地質條件與采樣的施工方法，選用合適的泥漿類型。在該公路橋梁工程是中，選用膨潤土作為泥漿制備材料，膨潤土的塑性指數應控制在5~25 mm之間。

3.2.3 沖孔

在樁機就位之前，為保證樁機運行的穩定性與安全性，應在其底部放置枕木，而在設置枕木過程中，為避免鋼護筒在周邊土體擠壓作用下發生移位與變形，應選擇合理的位置放置枕木[8]。為保證樁機的穩定性，樁孔中心、滑輪邊緣、樁錘中心應重合，應對樁機角度進行合理調整，使其偏差控制在2 cm之內。在進行沖孔過程中，應使用50 cm長度的錘子對土層不斷進行敲擊。若土層為粉質砂土或細砂，在這種情況下，應在該土層中加入一定量的砂礫石、黏土塊，然后進行不斷碰撞與沖擊，制作形成泥漿，可有效保護孔壁。在沖擊施工過程中，樁位中心與沖孔中心應保持重合，以保證泥漿面的穩定。若二者不重合，在這種情況下，應利用片石回填處理原沖孔。當回填片石達到孔上部0.5 m位置處時，開始進行二次沖孔。在碎亂土體沖進過程中，為保證沖孔的質量與效率，避免出現重復破碎，應徹底清除孔中的殘渣。

3.2.4 清孔

采用換漿方法進行清孔，在沖孔確定需終止時，沖進施工需立即停止，并不斷攪動沖孔底部的沉渣，進而第一次清孔施工作業就此結束[9]。對于孔中的殘渣，第一次清孔難以將其完全清除，對樁基的施工質量造成較大的影響，故需進行第二次清孔。在第二次清孔施工作業結束后，施工人員需全面檢查清孔質量與成孔質量，直到孔底沉渣厚度、孔口返漿比重均滿足施工要求后，方可開始灌注水下混凝土。

3.2.5 鋼筋籠的制作和安裝

根據相關施工規范與施工要求，正確制作與安裝鋼筋籠。利用成型鋼板制作鋼筋籠，在主筋的內部布設加強筋體系，同時清晰標注主筋的位置，搭接長度至少要達到10 d，雙面滿焊搭接位置。根據施工要求，在鋼筋籠的頂部安裝吊環，外側安裝保護層墊塊[10]。在加工完成鋼筋籠以后，為保證鋼筋籠的加工質量，應嚴格檢查鋼筋籠的各項指標，包括垂直度、間距、直徑等，保證其滿足施工要求。在安裝鋼筋籠過程中，為避免孔壁與鋼筋發生碰撞，鋼筋籠中心與樁孔中心對準后，應緩慢下放鋼筋籠，將其放到樁孔中，然后對其進行固定，并復核其位置。若通過檢查，為避免鋼筋籠在后續施工過程中發生移位，要對鋼筋籠進行第二次加固。

3.2.6 混凝土的灌注

現階段中，施工單位常采用泵壓法、導管法這兩種水下混凝土澆筑方法。在實際施工中，由于導管法的實用性較強，操作簡單，故其被得到廣泛運用。在利用導管法灌注水下混凝土過程中，需嚴格控制混凝土的初始灌注量。所以，在初次灌注混凝土過程中，應綜合考慮各方面因素，如泥漿重量、導管埋置深度等。在下放第一盤混凝土過程中，導管的埋置深度應控制在1 m左右。將浮球放入導管中，混凝土通過料斗進入導管，泥漿與混凝土通過浮球隔離，浮球在混凝土的推動下向下運動，最后混凝土被擠出導管，然后抬升孔底鉆渣，在混凝土中埋入導管口。在灌注混凝土過程中，導管埋置深度應控制在3節左右。若混凝土首次灌注量比較大，則鋼筋籠易出現上浮現象，導致鋼筋籠移位。為避免以上現象，應采取有效措施。在灌注混凝土過程中，不得中途停止，一定要連續灌注。采用繩索法測量灌注的深度，根據計算深度與測量數值，對導管上升速度進行嚴格控制。對孔口進行實時監測，保證孔口不返漿。在灌注水下混凝土過程中，應提高灌注速度，單根樁的灌注時間不得高于8 h，可避免出現塌孔現象。

4 沖孔灌注樁施工中存在的問題與應對策略

4.1 孔壁坍塌

樁孔中的水位，不得高于地下水位1.5 m，靜水壓力應控制在20 kPa左右。若存在高承壓水頭，致使孔壁坍塌、孔底翻砂，在這種情況下，應將鉆頭提上來，撤離鉆機，回填黏土，停止一段時間后，開始繼續進行施工。若存在強透水層，急速降低孔中的水位，致使孔壁坍塌。在這種情況下，應在樁位周邊壓密注漿，對地基進行加固，然后再開始繼續進行施工。為避免孔壁出現坍塌現象，應根據地層土質情況，對成孔速度與泥漿參數進行合理確定。為避免孔壁受到破壞，對于各個施工工序的施工質量，包括綁扎鋼筋籠、吊裝鋼筋籠、鋼筋籠入孔等，都應加以嚴格控制。若護筒漏水，則會導致護筒底部及其周邊地基土變松軟，出現坍塌現象。為避免出現以上現象，護筒底部至少要進入黏土內部50 cm。

4.2 斷樁

第一，根據施工要求，對樁身進行小應變測試。根據測試結果，如果存在斷樁，應利用地質鉆機進行鉆孔與壓漿處理。孔深應比補強位置深度大1 m。待水泥漿液強度達到設計要求后，一定要進行鉆孔探測，對壓漿效果進行檢查。第二，嚴格根據施工操作要求，進行混凝土的灌注，平穩、勻速提升導管。在施工過程中，一旦發現斷樁現象，一定要及時處理。第三，為更好地指導導管提升，應為測探工作人員提供更多的專業技術培訓機會。

4.3 溶洞

如果在地質中存在溶洞，可采取以下措施。第一，在施工機械設備中，將防卡環安裝在沖擊錘上。第二，在溶洞中，若充填滿泥沙，應提高泥漿比重，然后采用常規方法進行施工，如果泥沙沒有填充滿溶洞，應選用與巖層硬度差不多的片石回填溶洞，然后開始復打沖孔。第三，在澆筑混凝土過程中，為保護溶洞部位孔壁，導管口應避開溶洞部位。

4.4 沖孔過程中遇大巖石等水下障礙物

根據鉆渣樣本，對水下障礙物的性質進行確定，可先采用十字沖擊錐擊碎障礙物，然后利用回瓣式沖抓錐抓起碎渣。

4.5 孔徑偏大

為保證鉆進過程的穩定性，降低回鉆阻力，降低擴孔系數，方便清理孔底沉渣，避免孔壁坍塌，可采用雙腰帶翼狀鉆頭，確定合理的鉆頭直徑。

5 結語

綜上所述，在我國公路橋梁樁基施工中，沖孔灌注樁是一種廣泛使用的樁基形式。沖孔灌注樁施工技術施工效率高、施工工藝簡單，但是其施工質量的控制難度較高。在沖孔灌注樁施工現場中，因施工場地地質條件比較復雜，施工中常遇到難以控制的因素，難以獲得理想的施工效果。為解決以上問題，施工單位應熟悉與掌握沖孔灌注樁施工技術要點，并制定相應有效的施工質量管理措施。