橋梁工程中超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)

吳曉君

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，道路交通有了快速發(fā)展。橋梁作為交通的重要構(gòu)成部分，其運(yùn)行平穩(wěn)性與安全性的重要保障就是樁基品質(zhì)。鉆孔灌注樁作為如今一種應(yīng)用廣泛的樁基建設(shè)技術(shù)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單等優(yōu)勢，借用其開展橋梁工程的建設(shè)，能提升樁基的平穩(wěn)性和荷載能力，因此在橋梁工程項(xiàng)目中得到了充分的應(yīng)用。基于此，文章對超長鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的相關(guān)理論展開了探討，并對其特點(diǎn)做了綜合分析，隨后就其建設(shè)籌備工作以及應(yīng)用流程做了解析。文章證明了超長鉆孔灌注樁是能夠被有效廣泛應(yīng)用的，為在建或籌劃階段的橋梁樁基工程提供一些幫助。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，橋梁工程作為道路的重要構(gòu)成部分，中小橋已不太能滿足城市發(fā)展的需要，越來越多的大橋、特大橋待建。樁基規(guī)模也由常規(guī)尺寸向超長尺寸發(fā)展。采用超長鉆孔灌注樁技術(shù)，可以提高其承載力、提升施工效率、減少施工成本。施工企業(yè)借用超長鉆孔灌注樁的獨(dú)特優(yōu)勢，能夠更好地做好橋梁樁基施工。

一、工程概況

福州某橋梁位于晉安區(qū)新店鎮(zhèn)。本橋梁工程包括新建主橋、兩側(cè)匝道橋等部分。主橋每個(gè)主墩下設(shè)9 根φ1500mm 鉆孔灌注樁，總計(jì)36 根，設(shè)計(jì)樁長80m，樁基持力層處于⑨2 層；單樁承載力特征值為9500KN，單樁承載力極限值為19000kN。樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30。

根據(jù)地勘資料，橋址所處上部土層以軟土（③④及⑤）為主，局部分布松散狀粉性土（③T），下部地層以中密—密實(shí)狀粉（砂）性土（⑦11⑦12⑦2⑨1⑨2）為主。樁底標(biāo)高-83.35m，成孔深度約為88m，樁身入⑦層長度31.8m，⑨層長度28.12m。

二、目前橋梁樁基施工技術(shù)分析

樁基是橋梁工程中非常重要的基礎(chǔ)類型。根據(jù)樁基的施工方法、材料和形狀等，可以將樁基劃分為不同類型。以下介紹一下各類型樁基的特點(diǎn)及適用條件，以及超長鉆孔灌注樁的優(yōu)點(diǎn)。

1.樁基類型及適用條件

橋梁樁基施工有不同的類型。不同類型的樁基有各自的特點(diǎn)和適用范圍。以下是常見的幾種樁基的適用范圍和最大樁長：

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

適用范圍：適用于各種土質(zhì)。尤其是在地下水位較高時(shí)，混凝土管樁可以有效防止樁基周圍土體的流失。

最大樁長可達(dá)50m，具體取決于管段的連接方式和施工設(shè)備。

（2）鋼管樁

適用范圍：軟土地質(zhì)。鋼管樁適用于淺層軟土地質(zhì)，能夠防止樁身變形和沉降。在深層軟土地質(zhì)下，鋼管樁能夠提供更好的承載力，也具有較好的抗震能力。但在較硬的土層或巖層中，成樁質(zhì)量可能受影響。

最大樁長可達(dá)40m，其長度受運(yùn)輸和安裝設(shè)備的限制。

（3）鉆孔灌注樁

適用范圍：適用于各種土質(zhì)，尤其適用于地下水位較高以及軟弱土層。

最大樁長可達(dá)60m，具體長度受施工設(shè)備和工藝的影響。

2.鉆孔灌注樁特點(diǎn)

鉆孔灌注樁技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前橋梁樁基施工中的代表性工藝，被不斷應(yīng)用于實(shí)踐建設(shè)中。

相比其他樁基工藝，鉆孔灌注樁技術(shù)能在各種自然環(huán)境中應(yīng)用。在地質(zhì)條件較差的區(qū)域，通過增加樁長以增大摩擦力，并延伸至堅(jiān)硬的持力層，或擴(kuò)大樁基直徑，以提高樁基的負(fù)荷載力 。

但是，鉆孔灌注樁技術(shù)也存在一定的缺陷，如塌孔、縮徑等問題。同時(shí)，由于樁基工程具有一定的隱蔽性，很多隱患問題很難在第一時(shí)間被察覺。直到橋梁后期投入使用時(shí)，隱患問題才逐漸凸顯出來。到這一階段，再展開相關(guān)的維修和養(yǎng)護(hù)是極為不易的。不僅影響到橋梁的使用，也給相關(guān)企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。因此，在采用鉆孔灌注樁技術(shù)進(jìn)行樁基施工時(shí)，需要對施工進(jìn)行監(jiān)管，保證樁基質(zhì)量。

3.超長鉆孔灌注樁優(yōu)點(diǎn)

對鉆孔灌注樁工藝改進(jìn)后，可以加大樁長，形成超長鉆孔灌注樁。相較于其他樁基類型，其具備如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）較強(qiáng)的適用性

鉆孔灌注樁施工受到的影響因素較少，地理位置、地質(zhì)條件、自然氣候等因素變化對其都不會產(chǎn)生較大影響。因此該技術(shù)適用性較強(qiáng)。

（2）高度的承載能力

現(xiàn)階段我國的橋梁工程大多是大型橋梁，對橋梁的承載力要求較高。一般來說，大型橋梁工程的地質(zhì)環(huán)境相對較復(fù)雜，導(dǎo)致施工員難以完全掌控，以及橋梁承載力難以準(zhǔn)確計(jì)算。如果采用鉆孔灌注樁工藝，可以通過延長樁基長度，提高橋梁承載力。

（3）良好的性價(jià)比

相比其他樁基工藝，鉆孔灌注樁所需材料較少，整體投入也較小，因此經(jīng)濟(jì)效益較高。此外，材料較少也方便現(xiàn)場施工，加快工程進(jìn)度。另外，其樁基質(zhì)量更好，使用壽命更長，且成本相差并不大。因此鉆孔灌注樁的應(yīng)用范圍更大，性價(jià)比更高。

（4）抗震能力強(qiáng)

樁基工程的抗震能力，主要取決于其結(jié)構(gòu)性能以及與地基是否匹配。為了提升工程的抗震能力，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，技術(shù)員需要對灌注樁與地質(zhì)情況的匹配度綜合考慮，以提升橋梁的抗震能力。

三、施工重難點(diǎn)分析

本工程地質(zhì)是典型的粉砂質(zhì)土層，在此類土層進(jìn)行成孔鉆進(jìn)可能會遇到以下難點(diǎn)：

1.土層穩(wěn)定性

本工程主墩樁基樁徑較大、入土較深，地質(zhì)中多為飽和淤泥質(zhì)黏性土（③④）及軟黏土（⑤）。由于黏性土的回淤力和超孔隙水壓力壓縮孔壁，容易造成縮徑。粉質(zhì)和砂性土層容易塌孔。樁端土層的粉細(xì)砂，鉆孔后水土置換，產(chǎn)生應(yīng)力釋放，孔壁會產(chǎn)生徐變，易引起縮孔，因此需要加強(qiáng)孔壁支護(hù)和控制填充物的流失。

2.鉆頭損耗

本工程的粉砂質(zhì)土層中含有較多石英砂。石英砂硬度較高，容易損耗鉆頭，縮短鉆頭壽命，導(dǎo)致鉆進(jìn)速度變慢，甚至無法鉆進(jìn)。

3.水位控制

本工程所處地下水位較高，因此需要采取有效的水位控制措施，防止水浸入孔內(nèi)，造成填充物流失和孔壁失穩(wěn)。

四、超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)流程解析

1.鉆孔設(shè)備選型

在選擇鉆機(jī)型號時(shí)，需要考慮鉆孔深度、直徑、土層性質(zhì)和施工環(huán)境等因素。本項(xiàng)目主墩樁基樁徑較大、入土深，因此，需要采用大功率、高效率的鉆機(jī)，以滿足深度和直徑的要求。本項(xiàng)目采用GPS-20 工程鉆機(jī)，配以氣舉反循環(huán)減壓鉆進(jìn)工藝。

2.鉆桿和鉆頭

在選擇設(shè)備時(shí)，還需要考慮鉆桿的強(qiáng)度和剛度，以滿足鉆孔深度和直徑的要求。同時(shí)，鉆頭的材質(zhì)和形狀需要適應(yīng)土層特性，以提高鉆進(jìn)效率和質(zhì)量。

本工程選用導(dǎo)向性能良好的三翼雙腰箍鉆頭。在砂層中鉆頭磨損極大，故采用優(yōu)質(zhì)的合金刀齒。并在每次成孔后，進(jìn)行全面檢修，根據(jù)磨損程度決定是否更換鉆頭刀齒。

3.籌備泥漿

超長鉆孔灌注樁施工需要大量的泥漿沖刷孔壁，清除孔內(nèi)堆積的巖屑和泥土。泥漿的質(zhì)量和攪拌效率對于施工質(zhì)量是很重要的。本工程選用優(yōu)質(zhì)的鈉基膨潤土作為人工造漿護(hù)壁，泥漿黏度32-40，比重1.34-1.45。

當(dāng)泥漿達(dá)不到要求，及時(shí)投入膨潤土和鋸末進(jìn)行補(bǔ)漿，以保證護(hù)壁性能。

4.創(chuàng)建護(hù)筒以及埋入

護(hù)筒具有穩(wěn)定樁基、導(dǎo)向鉆頭等功能，因此護(hù)筒埋設(shè)是施工的核心環(huán)節(jié)。鉆孔中出現(xiàn)位移、塌孔等事故，經(jīng)常是因?yàn)槁裨O(shè)護(hù)筒不合理。

本工程主墩位于河中，施工前需要筑島圍堰。填土層處于開挖面以上，為了避免開挖面以上樁身與土體接觸部分過大，造成超灌部分過多。項(xiàng)目采用壁厚為12mm，內(nèi)徑為1550mm，長度為6m 的鋼制護(hù)筒（圖1），質(zhì)量約為2t。

圖1 鋼護(hù)筒安裝

施工過程中，施工員要根據(jù)實(shí)際情況，對護(hù)筒調(diào)整和固定，以保證其穩(wěn)定性。

5.鉆進(jìn)成孔

在鉆進(jìn)成孔環(huán)節(jié)，需要采用專業(yè)的設(shè)備。通過專業(yè)鉆具鉆進(jìn)土體，再通過專業(yè)設(shè)備排出內(nèi)部泥渣。在該環(huán)節(jié)，要注意如下要點(diǎn)：

（1）泥漿比重控制

在進(jìn)孔過程中，需要確保孔內(nèi)水位與泥漿稠度的配比合理。本項(xiàng)目的泥漿密度控制在1.3、黏度為10s左右、礫石含油率控制在6%以內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)深度護(hù)壁。

（2）泥漿除砂

在施工過程中，需要將泥漿中的固體顆粒分離出來，以保證泥漿的質(zhì)量和穩(wěn)定性。因此，需要選擇合適的除砂器，提高分離效率和泥漿再利用率。

本工程選用ZX-250 型除砂機(jī)，處理顆粒等級為0.075mm，處理能力每小時(shí)約250 方。

單樁成孔方量約155m3，根據(jù)理論計(jì)算出平均每孔除砂約為100m3（除砂率約65%）。

（3）鉆機(jī)速度的控制

在鉆孔過程中，要對鉆進(jìn)速度進(jìn)行控制，以確保鉆孔的質(zhì)量和穩(wěn)定。以下是鉆進(jìn)速度的要求：

鉆進(jìn)速度：鉆進(jìn)速度根據(jù)土層性質(zhì)和孔徑大小進(jìn)行調(diào)整。在粉砂質(zhì)土層中，鉆進(jìn)速度控制在1.5-2.5m/min。

穩(wěn)定性控制：在鉆進(jìn)過程中需要保證孔壁穩(wěn)定，避免孔壁失穩(wěn)和塌孔。如果孔壁不穩(wěn)定，需要采取支護(hù)措施，確保施工的安全和穩(wěn)定。

沉淀時(shí)間控制：在灌注混凝土前，要讓泥漿沉淀一段時(shí)間，以排除孔內(nèi)的泥漿，避免混凝土與泥漿混合。沉淀時(shí)間根據(jù)孔徑和深度進(jìn)行調(diào)整，一般控制在30-60分鐘。

排土速度：在進(jìn)孔中，需要及時(shí)排除孔內(nèi)的土屑和巖屑，以保證孔壁穩(wěn)定。排土速度需要根據(jù)孔徑和土層性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，一般控制在1.5-2.5m/min。

（4）鉆孔垂直度的控制

由于主墩為大孔徑超長鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，因此保證垂直度是十分必要的：鉆進(jìn)過程中，經(jīng)常用水平尺檢測轉(zhuǎn)盤的水平度，并采取減壓慢轉(zhuǎn)。遇到地層變化時(shí)，降低鉆進(jìn)速度，反復(fù)提鉆掃孔后，再繼續(xù)鉆進(jìn)。

6.吊裝鋼筋籠與安置導(dǎo)管

對鉆孔全面檢測之后，就需要開展鋼筋籠制作，以及吊裝鋼筋籠與安置導(dǎo)管。在該項(xiàng)操作中，需要關(guān)注以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

一是對孔口周圍的雜物進(jìn)行清理。在回填時(shí)，也要確保其壓實(shí)度滿足負(fù)荷要求；

二是選擇與施工要求相匹配的吊裝設(shè)備；

三是如果鋼筋籠整體長度過長，需要分段吊裝。此外，也要關(guān)注鋼絲繩與鋼筋籠之間的角度；

四是在分段吊裝過程中，要注意聲測管的安置。尤其在完成分段接頭后，要避免混凝土灌注時(shí)，滲入聲測管，造成樁身檢測的困難；

五是在完成鋼筋籠的安裝之后，需要及時(shí)固定孔口，并檢測其是否存在滲透問題。

7.混凝土灌注

在鉆孔灌注樁施工中，混凝土灌注是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。該步驟的施工質(zhì)量與樁體質(zhì)量直接關(guān)聯(lián)。在該環(huán)節(jié)施工中，需要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

一是保證混凝土的流動性，其坍落度需要控制在18～22cm；

二是為了保證混凝土的和易性，在施工中，需要適當(dāng)增加一些減水劑；

三是為避免卡管，優(yōu)先考慮卵石，直徑需控制在10mm 左右；

四是在進(jìn)行灌注時(shí)，需要保證其灌注的連貫性，以確保樁基的質(zhì)量。

五、結(jié)語

超長鉆孔灌注樁技術(shù)可以有效提升橋梁工程的整體質(zhì)量，具有其他樁基工藝不具備的優(yōu)勢。在應(yīng)用該工藝的過程中，技術(shù)員需要基于現(xiàn)場實(shí)際狀況，做出合理規(guī)劃，按照施工流程，嚴(yán)格把控好每一個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，確保樁基工程的質(zhì)量，保障橋梁使用的安全和平穩(wěn)。