橋梁樁基鉆孔灌注樁施工技術研究

馬洪金

摘要 文章以某橋梁為例，從鋼護筒制作、旋挖成孔工藝、鋼筋籠制作安裝、旋挖樁清孔、沉渣清理及檢測、混凝土水下澆筑等方面，對鉆孔灌注樁施工技術進行研究，案例樁基經過低應變質量檢測，所有檢測樁均符合完整性和載承能力要求，顯示所應用的鉆孔灌注樁施工技術有效。文章梳理相關技術要點，僅供同類橋梁鉆孔灌注樁施工參考。

關鍵詞 橋梁樁基；鉆孔灌注樁；樁基施工；技術要點；質量控制

中圖分類號 U445.551文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0120-03

0 引言

在公路基建能力和橋梁建設技術快速發展的背景下，鉆孔灌注樁橋梁的樁基以其載承性能優、適應性強、抗震功效好等技術優勢，在橋梁建設領域獲得了廣泛應用。鉆孔灌注樁施工過程中的主要工序包括樁孔排土、清理去除孔內泥沙、裝配置放鋼筋籠、澆注混凝土等，屬于隱蔽工程。該文將以某橋梁為例，深入闡述鉆孔灌注樁在橋梁樁基中的運用。

1 工程概況

案例是城市次干道上的一座橋梁，設計橋寬31 m，橋梁安全級別一級，設計使用年限是100年，西段上部采取鋼混組合梁結構，分為左右兩幅，橫截面配置為3.50 m（人行道和欄桿）+11.50 m（行車道）+1.00 m（隔離帶）+11.50 m（行車道）+11.50 m（行車道），下部采用整體墻橋墩設計，上設排架小墩柱13個，鋼梁與小墩柱的交接柱頭采取擴展截面設計，重力式橋臺，樁基和承臺樁應用C30混凝土，橋墩應用C40混凝土，東段上部結構的北南兩幅均采取預應力混凝土裝配式空心板，梁下是重力橋臺。

2 樁型確定及施工安排

（1）樁型。結合案例橋梁的載荷特點和橋址區地質勘察結果，案例樁基采用鉆孔灌注樁基礎，橋址區地質勘察結果顯示，以第6層中風化巖作為樁基持力層較為適合，經過設計計算，樁端在鉆孔勘察深度內打入承力層1 m以上。

（2）成孔。樁址所在區域的上部土層（如粘性土、人工填土層）對樁基技術狀態和施工操作的影響不大，但隨著深度進展，尤其穿過全～強風化巖層進入中風化巖層，成樁難度隨之增大，其中穿越硅化夾層和強～中風化砂巖時，須借助沖擊輔助鉆進，采用旋挖鉆孔機，由于場地內需要揭露的巖層中存在分布不均勻硅化砂巖及鈣質砂巖夾層，決定采用沖擊鉆機配合鉆進。根據區域巖土層的具體情況和考慮承臺高度和樁尖插入持力層的深度要求，決定承臺采取1.50 m埋深，插樁長度取15.6 m，樁徑取1.2 m[1]。

（3）樁基平面。整個工程共有86根直徑為1 200 mm的樁基。為保證旋挖操作的順利進行，在埋設護筒前，樁基承臺位置需要以黃土換填，并夯實分層，擬配備4臺旋挖裝備現場作業。

（4）機械設備。旋挖及灌注漿施工裝備與機具配備具體見表1所示。旋挖鉆孔裝備主要選用XR-320系列鉆機。

（5）人員安排。旋挖及灌注漿施工的主要人員配置具體見表2所示[2]。

3 鉆孔灌注樁施工技術要點

3.1 護筒制作

鉆孔前，為保障打樁機垂直鉆孔，防止打樁機和吊錘在孔口周圍施工時產生的載荷和沖擊力導致塌孔，需要安裝鋼護筒。埋設護筒時，先利用挖掘機挖出護筒坑。旋挖鉆機鉆孔時，孔徑應大于鉆頭直徑20 cm，護筒的長度考慮樁所在地質和其水位情況，護筒頂部應超出地下水位1.5 m以上，或高于地面0.3 m，以保證孔內泥漿液面一直高于孔外水位。埋設護筒的樁位允許偏差不可超過5 cm，傾斜度不可大于1%。待混凝土強度滿足設計強度的25%后，才能拆除鋼護筒。

該項目采用內徑1 400 mm、厚6 cm和高600 cm的鋼護筒。依據勘察報告可知，孔口標高最大相差6.06 m，所以選擇6.00 m護筒長，并在護筒上開一個泥漿溢流口。埋設護筒時，應嚴格控制護筒的垂直度，確保成孔質量[3]。

3.2 旋挖成孔工藝

（1）護壁。根據地勘報告，樁端承力層選擇第6層中風化巖層，其深度至少在地表以下16 m區域。灌注樁施工在5—6月進行，該地5—7月屬于多雨季節，為了保證鉆孔灌注樁的施工安全與質量，該工程采用泥漿進行護壁作業，避免塌孔和延誤工期。施工場地狹窄，排架墩之間的最小距離還不到10 m，因此無法在筑島場地挖掘泥漿池。案例施工過程中現場制備2個鐵皮泥漿池，泥漿池位于樁位附近，規格為10.0 m×8.0 m×1.5 m，泥漿循環利用，采用三級沉淀，周圍配置欄桿密目網進行封閉。根據鉆機功效、地質、孔位等條件選擇配置泥漿，當蓋覆層較厚、地質復雜而導致護筒無法沉入巖層時，需應用PHP泥漿。施工區處于粉砂土層、砂質土層或地下水位高的場地時，選用功效良好的水泥配制泥漿制作形成護壁，以控制懸浮鉆渣、地下水、穩定孔壁及避免坍塌孔。

（2）鉆孔。采用旋挖鉆機成孔施工中，成孔的垂直度由專人觀察和電子設備進行控制。在鉆進過程中，應嚴格控制鉆進速度，防止因速度過快而發生塌孔事故，并且泥漿檢測指標必須合格，若不符合要求，應及時進行調節，以確保成孔質量。

（3）樁孔與孔徑垂直度檢測。在吊裝鋼筋籠前，需要檢測樁孔與孔徑的垂直度。采用2種方法進行現場檢測，一種方法是保持鉆頭垂直度，由樁頂向樁底插入，如果沒有障礙物，表明樁孔與孔徑垂直度符合要求，如果有障礙物，則分析原因，重新鉆孔。另一種方法是制備1個長6 m且與施工樁徑相同的鋼籠，然后使用吊車進行吊放。測試過程中如果無障礙物，表明樁孔與孔徑垂直度符合要求。如果鋼筋籠置放不下，表明已經發生縮頸現象[4]。

3.3 制作鋼筋籠及安裝

（1）制作平臺。先對場地進行硬化處理，再用鋼筋焊接簡易支架，面積通常為15～10 m之間。

（2）吊裝鋼筋籠。因鋼筋籠都在岸上加工，為確保鋼筋籠運輸至施工現場不會損壞，將鋼筋籠分兩段制備運輸，到達現場后再使用機械連接成整體，該技術可縮短鋼筋籠放置時間，極大地增強施工效率，降低塌孔隱患和孔內沉渣量。

（3）吊筋配置。一般多選用0.6 cm徑值，具有良好焊接性的HPB235圓鋼制作吊筋。通過計算，0.6 cm圓鋼吊筋的起吊能力在15 260.4 N左右，相當于承受1.557 t的重量，符合吊裝鋼筋籠的需求。吊筋應設置在鋼筋箍上，吊筋的一端通過雙面焊牢固地焊接在鋼筋籠主筋上，其另一端則應該焊接成環形，以方便運輸。鋼筋籠使用25 t汽車吊開展吊裝，并設置雙吊點，吊點應位于加勁箍位置。吊裝鋼筋籠時，應對準孔位并控制好垂直度，再慢慢下落，杜絕暴力置放鋼筋籠，避免鋼筋籠形變[5]。

3.4 旋挖樁清孔

第一次清孔，正循環清孔技術成本遠低于氣舉反循環和泵吸反循環清孔技術。第一次清孔目的是把孔內多余顆粒排出孔外，因此對沉渣厚度無定量要求。采用正循環清孔，泥漿密度在1.20～1.40之間能夠滿足要求。二次清孔，待泥漿比重降至1.10～1.20后開展清孔。案例工程采用泵吸反循環、氣舉反循環及正循環3種清孔技術對1、3、5號樁開展清孔，并對其清孔功效開展分析。不同清孔技術的功效對比結果見表3所示[6]。

通過分析表3數據，我們能夠看到：

（1）該項目采用正循環清孔法對1號、3號和5號旋挖樁開展了5個小時清孔，旋挖樁的直徑均為120 cm，由檢測發現，沉渣厚度大約7 cm，不符合旋挖樁清孔標準。

（2）由表3可知，泵吸反循環清孔技術和氣舉反循環清孔技術測出的沉渣厚度均不超過50 cm，符合質量要求，并且氣舉反循環技術不但比泵吸反循環耗時少，而且沉渣厚度比較低，表明氣舉反循環的清孔速度相對快，清孔質量相對更好。

（3）泵吸反循環和氣舉反循環清孔技術都符合質量要求，但從清孔技術對比可以看出，泵吸反循環方法比氣舉反循環方法的成本更低，安全性也更高。結合成本和安全等因素，顯然泵吸反循環清孔技術的實用性更好，所以案例工程最終選擇泵吸反循環技術開展清孔施工。其操作流程具體見圖1所示[7]。

第二次清孔時，不僅要確保沉渣厚度符合要求，泥漿功效指標也不容忽視。終止清孔泥漿的含砂率<3%，黏度為16～20 s，相對密度通常在1.05～1.10之間取值，當沉渣及各項指標都滿足要求后，即開展水下混凝土澆筑。

3.5 沉渣清理及檢測

測量沉渣厚度時，所采用測量方法必須正確，若測量方法不當，就無法有效控制沉渣的厚度。案例選用吊繩測量法檢測孔底沉渣。第1次測量時，先將重3 kg的測量錘放入孔內，當將到達孔底時，慢慢下落至沉渣層頂面，并記錄第1次測得的沉渣厚度。第2次測量時，仍然下放測量錘，直至測量錘沉至孔底，記錄測量深度。兩次檢測結果的差值，即為所測量的沉渣厚度。經過計算，沉渣厚度檢測值為35 cm，符合要求。

3.6 混凝土水下澆筑工藝

經過二次清孔處理，沉渣厚度符合設計要求后，及時進行混凝土水下澆筑，選擇C30水下混凝土，在180～220 mm范圍控制坍落度。澆筑混凝土前，導管底部與孔底的距離應控制在0.30 m左右，第一批混凝土的導管埋深應高于0.80 m。正式作業前需要組裝導管，并做好水密性試驗[8]。

混凝土的初灌量是3 m?，因為樁長不同大約存在0.2 m?的浮動量。在注漿過程中，需要根據樁長準確計算導管長度，導管埋深應控制在2～6 m。該項目樁長16 m，通過計算，導管應分別采用4 m、2 m、4 m和6 m長度。在水下混凝土灌注施工中，要控制好導管與孔底的距離、混凝土質量、混凝土澆筑速度以及導管埋深等易于導致塌孔事故的關鍵因素，以保障澆筑成樁質量。

4 檢測方式

由于樁的聲波透射、鉆孔取芯、靜載試驗等檢測方法費用很高，且耗時較長?？紤]到工期和成本，該項目選擇低應變方法來檢測成樁的質量和完整性。因為樁直徑為120 cm，根據樁中心對稱配置3～4個測量點。該樁是實心樁，樁檢測量點配置在距樁中心2/3處。

該項目采用基樁動測儀進行檢測，用小錘敲擊樁頂，敲擊一個樁的次數不可少于10次。初始激勵時間與樁體阻抗變化位置的反射抵達時間的時差Δt，以及應力波在混凝土樁體中的波速C，推導出阻抗變壓的位置?；谠撍俣惹€的波動，判斷樁體的阻抗變化強度。案例抽取了10根樁開展樁基低應變檢測，其檢測結果具體見表4所示。

該項目波速為4 000 m/s，所測得的低應變曲線波形平穩均衡，不存在顯著突變，表明樁體無顯著缺陷。案例樁基的低應變檢測結果顯示：Ⅰ類樁8根，Ⅱ類樁2根，所有檢測樁均符合完整性要求。

5 結語

綜上所述，該文以某城市次干道橋梁改建工程為背景，基于對旋挖成孔灌注樁的工藝技術的梳理研究，介紹了所應用的灌注樁特點、施工部署、裝備及作業人員安排等技術點，從鋼護筒制作、旋挖成孔工藝、鋼筋籠制作安裝、旋挖樁清孔、沉渣清理及檢測、混凝土水下澆筑等方面論述了鉆孔灌注樁施工技術要點，并通過樁基低應變檢測結果驗證了所應用的鉆孔灌注樁施工技術的適用性和有效性。

參考文獻

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[3]向澤. 沖孔灌注樁施工技術研究[D]. 重慶：西南大學， 2015.

[4]常鋒. 機械成孔灌注樁基礎施工質量控制措施研究[D]. 大連：大連理工大學， 2015.

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