橋梁工程中樁基工藝對比和應用研究

何海

樁基作為橋梁工程中的重要組成部分，是橋梁結構的承重基礎。橋梁樁基成孔的方式由老式的靜壓法、打入法逐漸向鉆孔灌注樁改進，其中沖擊樁和旋挖樁作為兩種常見的樁基施工工藝，在橋梁樁基工程中被廣泛使用。本文結合廈安高速公路南山大橋橋梁工程施工，就沖擊樁和旋挖樁兩種樁基工藝的原理、優缺點和適用范圍進行詳細的介紹和比較，為同類樁基工程的施工工藝提供一定的借鑒意義。

一、工程概況及施工方案

廈安高速公路，即南安（金淘）至廈門高速公路。全線總長41.44km，是安溪至廈門的交通動脈。該項目包含6 座大橋。其中，南山大橋位于國道324 線侖頭至東宅段，全長450m。橋梁樁基93 根、62 根墩柱。上部結構為連續預制T 型梁結構，下部根據不同的橋梁寬度分別采用三柱式、雙柱式圓形墩，鉆孔灌注樁基礎，墩身直徑1.4m,樁基礎直徑1.6m；橋臺采用樁柱式橋臺，樁基礎直徑1.5m。

結合該公路橋梁工程案例可知，該工程具有施工難度高、綜合性較強等特征，在施工過程中涉及多個施工領域和施工專業。為保障該公路橋梁施工質量符合設計要求，要深入實地做好施工現場勘測工作，并在此基礎上做好施工設計圖紙設計工作，然后采取科學的施工技術。只有充分做好上述工作才能最大限度地提升公路橋梁樁基工程的整體施工質量，才能夠確保路橋工程質量標準符合施工合同要求。

二、橋梁樁基工程中的常見問題

1.樁基斷樁問題

結合該案例可知，如果在準備混凝土材料的過程中沒有嚴格控制混凝土材料的配比，因樁基內部的排水管和排水孔間距較遠容易導致雨天水分聚集，從而增加橋梁工程的樁基斷樁風險。因此，在橋梁施工過程中，一定要嚴格控制樁基施工技術，根據公路設計要求對混凝土材料進行配置，在澆筑混凝土環節完成后可采取回頂的方式來減少樁基內部混凝土材料的空洞概率，通過有效提升混凝土密實度來減少斷樁問題。

2.孔斜問題

在公路橋梁工程樁基工程施工的過程中，鉆孔是非常關鍵的一項施工環節，樁基礎鉆孔的質量直接決定樁基整體的建設效果，直接影響公路橋梁基礎結構的穩定性。但是考慮該工程項目案例所處的地質條件比較復雜，且樁基底部地質結構為風化巖石，整體的鉆孔難度較大，如果采用的操作技術不當，還會導致鉆孔孔洞位置發生偏移，由此導致出現孔斜問題。一旦出現孔斜問題后，要及時優化鉆孔設計方案，重新進行鉆孔，以此有效控制樁基工程施工過程中的鉆孔誤差。

三、工藝對比分析

在高速公路橋梁工程中，成孔方式主要有兩種，分為旋挖鉆機成孔及沖擊鉆成孔技術，兩種工藝各有優缺點，要結合工程特點進行具體分析，提高施工品質需明確質量控制目標， 圍繞質控目標精準調節施工步驟，優化施工方案，確保橋梁建設品質達標。

1.沖擊樁工藝原理及特點

沖擊樁工藝，顧名思義，是通過沖擊力將樁體頂入地下，利用土體的支承力使樁體受力并在土體中固定。其原理是在樁頭位置落錘并產生重力加速度，在沖擊力和樁體重量的共同作用下，將樁體沿垂直方向向下推入土體中。同時，由于沖擊作用，樁身周圍的土體受到擠壓而形成土體的支承力。沖擊樁工藝的優點主要包括以下幾點：

（1）施工速度快：由于沖擊樁工藝不需要開挖和排土，只需要在樁頭位置落錘即可將樁體頂入地下，所以施工速度相比于其他樁基工藝更快。

（2）適用范圍廣：沖擊樁工藝適用于各種不同類型的土層，包括軟土、黏土、砂土等不同類型的土壤，因此可以廣泛應用于不同的地質條件。

（3）成本低廉：沖擊樁工藝相對于其他樁基工藝來說成本較低，因為不需要專門的挖掘和處理土方。

但是沖擊樁工藝需要使用錘擊打樁頭，產生的沖擊力也比較大，因此會產生較大的噪聲污染，對周圍環境造成一定的影響。會使樁體受到較大的側向力，從而導致樁體的側面產生一定程度的變形，對施工現場的環境和條件有一定的限制，例如在周圍環境噪音限制較高的城市區域或在地面下水位較高的區域，沖擊樁工藝可能無法使用。

2.旋挖樁工藝原理及特點

旋挖樁工藝是通過在地面上鉆孔，并在孔內充填鋼筋混凝土或鋼管等材料制成樁體。其原理是使用旋挖機在地面上鉆孔，同時使用泥漿進行冷卻和穩定孔壁，完成孔洞的鉆掘。接著，在孔內填充預制的混凝土或鋼管等材料，并通過挖掘機進行整體下壓和整理，形成一個堅實的樁體。旋挖樁工藝的優點主要包括以下幾點：

（1）質量可控：旋挖樁工藝采用預制的樁體，樁體的制造過程可以在工廠內完成，因此可以對樁體的質量進行嚴格控制，保證樁體的質量穩定可靠。

（2）無振動、低噪音：相比于沖擊樁工藝，旋挖樁工藝使用的是鉆孔和挖掘機，不會產生較大的振動和噪聲污染，對施工現場周圍環境的影響較小。

（3）適用范圍廣：旋挖樁工藝適用于各種不同類型的土層，如軟土、淤泥、沙礫土等，也適用于地下水位較高的地區。

但是旋挖樁工藝相比于沖擊樁工藝，旋挖樁工藝需要進行鉆孔、挖掘、灌注等多個施工步驟，所以施工周期較長。旋挖樁工藝需要使用大型的鉆掘設備，對施工現場的要求較高，如果在狹小的施工現場就無法使用。

3.適用范圍

沖擊樁工藝適用于較為堅實的地層，如砂土、粉土、卵石土等。此外，沖擊樁工藝對于樁基的長度有一定的限制，如果樁基長度過長，會對樁體受力產生一定的不利影響。

旋挖樁工藝適用于土層類型廣泛，特別適用于較為松軟的土層、含水層等地質條件較為復雜的區域。

4.質量可控性

沖擊樁和旋挖樁在質量可控性方面存在較大的差異。沖擊樁的制作通常在現場進行，對樁體的制造過程難以進行嚴格控制。因此，沖擊樁在質量可控性方面稍遜于旋挖樁。相比之下，旋挖樁的制造通常在工廠內完成，可以嚴格控制樁體的質量。

5.施工速度與難度

沖擊樁的制作通常在現場進行，因此制作速度相對較快，可以快速完成橋梁等工程的建設。相比之下，旋挖樁的制作需要進行鉆孔、挖掘、灌注等多個施工步驟，因此制作速度相對較慢，需要較長的工期。沖擊樁和旋挖樁在施工難度方面也存在較大的差異。沖擊樁的制作較為簡單，通常只需要進行打樁操作，因此對施工現場的要求較低。相比之下，旋挖樁需要使用大型的鉆掘設備，對施工現場的要求較高，如在較為狹小的施工現場或基礎條件較差的情況下，可能無法使用。

6.穩定性

沖擊樁在施工過程中，其樁身內部可能存在氣泡、空洞、缺陷等問題，這些問題可能會影響樁的承載能力和穩定性。因此，對于沖擊樁的質量檢測非常重要。相對于其他樁基類型，沖擊樁在低應變測試和超聲波檢測中的合格率較高，主要有以下幾個原因：

沖擊樁本身的施工方式決定了樁的質量相對較穩定：沖擊樁通過沖擊器將樁桿逐層打入地下，樁身和周圍土體之間會產生較大的摩擦力，從而提高了樁身的穩定性。相對于其他樁基類型，沖擊樁的樁身在施工過程中的變形和應變情況相對較小，樁的承載能力和抗彎強度也比較可靠。

沖擊樁內部氣泡、空洞等質量問題較少：沖擊樁的施工方式決定了其樁身內部不會存在太多空洞和氣泡等問題。這些質量問題通常是由于混凝土或鋼筋安裝不當或施工質量不良等因素引起的。相對于其他樁基類型，沖擊樁內部的質量問題較少，所以低應變測試和超聲波檢測合格率相對較高。

雖然低應變測試和超聲波檢測合格率相對較高，但在沖擊樁的質量檢測過程中仍然需要嚴格遵守相關規范和標準，并進行多種方法的檢測，以確保沖擊樁的質量符合設計要求。

旋挖樁在低應變測試和超聲波檢測中的合格率相對較低，主要是由以下幾方面的因素共同影響的：

樁身內部缺陷：旋挖樁的施工過程中，混凝土灌注的同時需要排除挖掘機和管線的干擾，導致樁身內部可能存在氣泡、空洞、夾雜物等質量問題。這些缺陷會影響樁的承載能力和穩定性，從而導致低應變測試和超聲波檢測中合格率低。

樁身變形和裂紋：旋挖樁的施工過程中，由于混凝土灌注后需要較長時間的凝固，而灌注時挖掘機的震動和管線的干擾會導致樁身變形和裂紋等問題。這些問題會對樁的質量造成影響，從而導致低應變測試和超聲波檢測中合格率低。

檢測方法的局限性：低應變測試和超聲波檢測在旋挖樁的質量檢測中起到了非常重要的作用，但這些方法也存在一定的局限性。比如，低應變測試只能檢測樁身的表面變形情況，而無法全面了解樁身內部的情況。超聲波檢測需要在樁身內部設置傳感器進行檢測，對于樁身內部的深層缺陷和變形可能存在一定的盲區。

四、工藝實施

旋挖樁和沖擊樁在施工方式和原理上存在差異，結合使用可以充分利用它們各自的優點，提高樁基的承載能力和穩定性。旋挖樁采用連續鉆進土層的方式，樁身具有較高的密實度和整體性，且樁身周圍土層受到較小的擾動。而沖擊樁采用重錘或振動器等設備施加動力，可以在較短的時間內將樁身深入土層，增加樁身與土層之間的摩擦力和承載力。因此，結合使用旋挖樁和沖擊樁可以提高樁基的承載能力和穩定性，滿足工程設計要求。

旋挖樁和沖擊樁的施工方式各有優劣，結合使用可以在充分利用它們各自優點的同時，提高施工效率和加速施工進度。例如，在軟土和泥質土等地質條件下，可以采用旋挖樁進行樁身的開挖和灌注，然后采用沖擊樁進一步加固和深入施工。這樣可以避免旋挖樁灌注后的土層松散，提高樁身周圍土層的密實度，同時也可以減少施工周期，提高施工效率。

旋挖樁和沖擊樁各自適用于不同的地質條件，但結合使用可以充分利用它們的優點，適應更廣泛的地質條件。旋挖樁適用于軟土、泥質土和砂土等地質條件，其灌注過程可以保證樁身周圍土層的密實度和整體性，適用于地下水位較高的區域。而沖擊樁適用于礫石土、堅硬巖石和橋墩等地質條件，其沖擊過程可以加強樁身與土層之間的摩擦力和承載力，適用于地下水位較低的區域。因此，結合使用旋挖樁和沖擊樁可以充分利用它們各自的優點，適應不同的地質條件，提高樁基施工的適應性和可靠性。

五、工程實例分析

南山大橋由于樁基須穿過塊石填土層，而對于塊石填土，旋挖鉆機成孔效率低，而且損壞設備嚴重。經過不斷摸索，施工中需以旋挖鉆孔為主，必要時輔助沖擊鉆孔。若項目施工遇硬巖、大顆粒卵石，會增加鉆孔難度。鉆孔采用淡水泥漿，為確保樁身穩固性，制漿過程相對關鍵，需人工調配和控制以保障泥漿性能達標。調配階段適當摻入膨潤土，以滿足鉆孔護壁要求。另外，樁身鋼筋使用焊接連接，并需要做好超聲波檢測。案例工程中應用1.8 m 樁徑的管樁，需設置4 根檢測管，以保障檢測效果。按照以往經驗，橋梁每個承臺基礎均要達標，最多設計4 根樁基，承臺樁基交叉施工中需控制樁基混凝土振搗施工。

這樣既減少了施工費用，還大大提高了施工效率。對于那些位于民房較近的樁基，原本使用的沖擊鉆被調整為水磨鉆或人工挖孔施工，減少震動，避免影響村民。

1.減少施工噪音和振動

旋挖樁和沖擊樁的施工過程都會產生一定的噪音和振動，但結合使用可以降低施工噪音和振動的影響。旋挖樁施工時，由于灌注過程中土層的整體性和樁身周圍土層的密實度，噪音和振動的影響相對較小。而沖擊樁的施工過程中，振動力量較大，但施工時間相對較短，可以通過調整施工順序和時間來減少噪音和振動的影響。

2.降低施工成本

結合使用旋挖樁和沖擊樁可以降低施工成本。旋挖樁的施工設備和工藝相對簡單，施工成本較低；而沖擊樁的施工設備和工藝相對復雜，施工成本較高。但是，結合使用這兩種樁基技術可以在不同的地質條件下充分利用它們的優點，降低施工成本，提高經濟效益。

六、結語

在城市建設與橋梁工程規模高速發展的時代，需要重視樁基施工在公路橋梁施工中的基礎地位，保障工程項目的安全高效進行。在樁基施工開展的過程中，其施工技術在一定程度上會對工程項目整體施工安全帶來一定的影響。本工程結合使用旋挖樁和沖擊樁可以實現更好的施工效果和質量，提出橋梁樁基工程技術控制工作的必要性，并對樁基斷樁、孔斜問題進行研究。分析不同施工工藝的特點，在實際工程中，應根據具體地質條件和設計要求，選用合適的樁基施工技術，并結合使用多種技術手段來提高施工效果和質量。提高樁基的承載能力和穩定性，加速施工進度和提高施工效率，適應不同的地質條件，降低施工噪音和振動的影響，降低施工成本。只有如此，才能夠顯著提升公路橋梁樁基礎施工質量，延長公路橋梁的使用年限，以此來促進我國公路交通網建設工作，推動社會經濟穩步發展。