鉆孔灌注樁施工技術在公路橋梁施工中的應用

師曉輝

（山西路橋第七工程有限公司，山西路橋丹河新城房地產開發有限公司，山西晉城 048000）

0 引言

21 世紀以來，我國交通事業步入高速發展階段，尤其在各級公路建設方面成果顯著。公路橋梁建設技術不斷成熟，鉆孔灌注樁施工技術更是憑借多元化優勢，在公路橋梁建設中得到了廣泛應用。鉆孔灌注樁施工要根據公路橋梁設計、施工現場環境確定鉆孔位置及孔徑，做好清理工作之后（必要情況下回填土且夯實），利用鉆機、鉆桿等設備進行鉆孔，這一過程需要不斷清理泥沙、碎石等雜物。鉆孔工作完成之后，需要將提前制作好的鋼筋籠吊放進去，然后進行水下混凝土澆筑工作。雖然鉆孔灌注樁施工流程十分清晰，但包含的要素眾多，任何一個步驟操作不當都可能影響施工質量，所以要求協調好施工人員、設備等，避免發生卡管、斷樁、塌孔等問題。基于此，施工單位要加強現場勘查與工程計算，根據現場的施工條件，明確混凝土、鋼筋、施工機械等種類，以確保樁型選擇、持力層選擇的合理性，樁平面以及基坑支護設計的科學性。

1 鉆孔灌注樁施工技術要點

鉆孔灌注樁施工技術要點主要包括護筒埋設、鉆孔、鋼筋籠施工、清孔、沉渣檢測及水下混凝土澆筑，具體分析如下[1]。

1.1 護筒埋設

一方面，埋設護筒可以維護最終成孔的垂直度，同時確保成孔樁徑的一致性。另一方面，護筒可以避免塌孔問題，實現對地下水、地表水的阻隔。護筒埋設是鉆孔灌注樁施工的第一步，必須確保護筒中心線與樁孔中心線在垂直方向重合，同時，要對護筒底部、周邊的土層進行夯實處理。在公路橋梁工程中，護筒埋設要略高于地面，具體高出的高度應根據施工現場情況而定，一般為0.3～2m。

1.2 鉆孔

鉆孔即利用鉆孔機展開掘進作業。正式鉆孔之前，需要根據確定的樁位點，參照“十字線”設置護筒位置，同時校準鉆頭、檢查底部是否穩固[2]。在鉆孔操作中，要一邊作業一邊觀察，確保樁孔的成孔垂直度符合要求，可以采用人工觀察也可以利用電子設備進行觀測。同時，鉆孔過程中要靈活調整鉆孔速度與泥漿比、黏度。例如，在較硬的地質環境中，應提高鉆孔機速度，在軟土地質中應降低鉆孔速度。如果施工時遇到巖層，可以降低泥漿比、黏度，如果遇到砂層，則要適當提高泥漿比、黏度，泥漿的具體性能指標如表1 所示。

表1 泥漿性能指標

1.3 鋼筋籠施工

鋼筋籠施工包括制作與吊裝（安裝）兩部分。一般情況下，鋼筋籠制作需遠離施工場地，采用加強箍成型法制作，制作好的鋼筋籠要標明主筋位置，根據具體需要安裝吊筋。主筋焊接長度不小于10d，采取雙面焊接工藝，具體指標可以參考《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63—2007）的標準。在鋼筋籠吊裝過程中，要做好防護工作，如安裝墊塊，避免鋼筋籠形變，安裝前復核直徑、垂直度、鋼筋間距等主要參數，下放過程要緩慢、對準孔位，避免磕碰孔壁，下放完畢后進行加固。

1.4 清孔

在公路橋梁鉆孔灌注樁施工過程中，主要采用的清孔技術包括正循環清孔、泵吸反循環清孔及氣舉反循環清孔三種[3]，它們各有優缺點。正循環清孔成本低、易操作，但清孔周期長、效果相對較差。另外兩種清孔方式效果明顯更好，但對設備、施工環境、技術等要求較高，成本也更高，三種清孔方式的優劣對比如表2 所示。選擇清孔方式時，一要考慮具體工程的需要，二要符合《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）的要求。

表2 三種清孔方式優劣對比

1.5 沉渣檢測

沉渣是指灌注樁施工過程中，由于鉆孔所產生的水泥漿、土砂、雜質等在樁體上覆蓋的一層混合物。沉渣厚度過大會嚴重影響樁基的穩定性，也會造成樁基承載力失準。可用于沉渣檢測的方法很多，如鉆孔取樣法、電磁波檢驗法、聲波探測法、樁側阻力法等[4]。

1.6 水下混凝土澆筑

混凝土初次澆筑量的計算公式如式（1）所示：

式（1）中：D 為樁孔直徑（m）；H1為導管底部和樁孔底部的間距（m）；H2為導管初次的預埋深度（m）；d 為導管內徑（m）。h1為樁孔內灌注混凝土達到H2時，導管內部混凝土柱為平衡導管外壓力所需要的高度（m）[5]。

混凝土澆筑不是一次性的，需要隨時進行觀察和測量，以保持灌注導管的穩定提升，單樁的灌注要在8h 內完成。同時要注意，灌注過程不能中斷。

2 工程概況

H 大橋位于M 大道與H 河交匯處。M 大道全長5km，紅線寬度40m，為連通地方市區與郊區的次級主干路。H 大橋設計長度為124m，設計寬度為40m，橫截面布置形式為4m（欄桿+人行道）+4m（非機動車道）+11m（機動車道）+1m（分隔帶標線）+11m（機動車道）+4m（非機動車道）+4m（欄桿+人行道），分隔帶標線之間1m 間隔，橋體上部結構采取鋼筋混凝土組合梁，下部結構承臺、樁基使用C30 混凝土，橋墩為整體墻式橋墩，采用C40 混凝土，下設13 個排架式墩柱，采用C25 混凝土。鉆孔灌注樁施工前勘測情況顯示，施工現場地層自上而下為人工填土、粉質黏土、沖洪積層、泥質粉砂巖，地表水即H 河水，屬于淮河（渦河）支流之一，雖然常年通流但水量一般，很容易阻斷改道，對施工的影響不大。

3 鉆孔灌注樁施工技術應用

以下結合H 大橋工程概況，探索鉆孔灌注樁施工技術的應用措施。

3.1 護筒的制作與埋設

在鉆孔灌注樁施工中需要預防孔壁坍塌。實踐表明，樁機、鉆機、吊錘等在施工過程中，會在孔口周邊釋放一定荷載及無規律的沖擊力，容易引起孔壁的坍塌。同時，當鉆孔深度超過一定數值時，孔壁在不同土層結構、靜水壓力下，也容易產生孔壁坍塌，個別地區甚至會出現流砂、浸水等問題。基于此，制作與埋設護筒是鉆孔灌注樁施工前的重要準備工作。護筒在鉆孔灌注樁施工過程中主要發揮固定作用，是預防孔壁坍塌的重要裝置，一般采用鋼護筒。

一方面，在護筒制作環節，需要結合施工現場實際情況（如軟弱土層）來明確內徑、壁厚、高度等參數，制作完畢的護筒經檢查，不得出現內壁坑洞、凸起等表面缺陷，尤其在連接處要保障平滑過渡，要通過一定負荷的抗拉、抗壓、抗漏等試驗。另一方面，在護筒預埋環節，必須確保樁位中心與護筒圓心重合，根據《鉆孔灌注樁施工標準》（DG/TJ 08-202—2020）的要求，護筒預埋斜度最大誤差應控制在1%，水平偏差應控制在5cm 以內。預埋方法有兩種基本操作，一是直接對護筒施加壓力，二是先在施工點挖出一部分土體，具體要根據下壓難度確定。同時，護筒預埋有兩個重要參數，一是護筒頂部要高出地面一定距離，保持在30～50cm 左右，或者確保護筒底部超出地下水位一部分，保持在150～200cm 左右。H 大橋采用鋼護筒，護筒制作采用統一標準，內徑100cm、壁厚10cm、高度60cm，護筒預埋施工完全符合行業要求，同時在護筒上開設溢漿孔。

3.2 成孔施工

第一，護壁工藝類型。在鉆孔灌注樁施工方面，主要包括清水護壁和泥漿護壁兩種類型，結合H 大橋的施工條件，施工周期為自然年中的5～10 月，這一時期降水較多，同時根據地質勘測結果分析，風化巖層是灌注樁的主要持力層，因此從工期、安全、成本三個方面考慮，最終選擇泥漿護壁成孔工藝。選擇PHP 泥漿，設置為三級沉淀，泥漿池尺寸為10×8×1.5（m）。同時，考慮到排架墩之間的距離較小（最小為10m），因此為了保障泥漿重復利用，在施工現場安裝鐵皮泥漿池。

第二，鉆孔施工。H 大橋鉆孔施工設備為XR320旋挖鉆機（4 臺），配備11kW 的泥漿泵（2 臺），施工過程中采用“人工+電子”的方式確保成孔垂直度，按照施工過程控制要求，將鉆孔進度控制在合理范圍內，避免因趕工期出現塌孔現象。

第三，垂直度檢驗，即檢驗孔徑與樁孔的垂直度，這是安裝鋼筋籠前的必要工作，H 大橋采取的垂直度檢驗方法是鉆頭定位，即在成孔施工完成之后，重新以垂直狀態從樁頂插入樁底，如果這一過程中沒有發生任何阻礙現象，則證明孔徑與樁孔的垂直度符合標準。此外，施工方也設計了備用方案，主要用來抽檢成孔施工的質量，即制作與樁徑完全一致的鋼筋籠，利用吊車對抽檢對象實施試驗吊放，觀察鋼筋籠是否能夠順利進入。

3.3 鋼筋籠制作與安裝

鋼筋籠一般為柱狀、條狀，能夠承受軸向拉力，在鉆孔灌注樁施工中主要發揮對混凝土的約束作用。

第一，鋼筋籠獨立制作。可以在遠離鉆孔灌注樁施工現場的環境進行，制作現場需要確保地面硬化、整潔，為焊接作業預留充足的空間。第二，鋼筋籠吊裝與運輸。由于鋼筋籠不需要在中心部位配筋，因此可以分解制作，利用汽車吊運輸到施工現場之后，再采用機械方式加工成整體，這樣做的優勢在于可以降低一次性運輸及吊裝的成本，同時大幅度壓縮鋼筋籠安裝時間，避免因周期過長增加塌孔、沉渣等風險。第三，在H 大橋項目中，鋼筋籠吊筋選用直徑6mm 的HPB235 型圓鋼，經核算，6mm 圓鋼的起吊能力可以達到15270N，相當于可以承擔1.5t 左右的重量。鋼筋籠吊筋安裝過程中使用1 臺25t 的汽車吊，要求安裝過程緩慢、連貫，確保與孔位垂直、避免鋼筋籠形變。

3.4 旋挖樁清孔

第一，在無特殊要求的情況下，旋挖樁清孔一般進行兩次即可，同時考慮到清孔成本問題，結合眾多鉆孔灌注樁施工項目實踐經驗，使用正循環清孔工藝所消耗的成本優勢最大，且相對于氣舉反循環清孔工藝、泵吸反循環清孔工藝，在操作上也更加簡便，但清孔效果相對較差。由于在第一次清孔操作中，主要目的是排除顆粒物，而對沉渣厚度沒有嚴苛要求，所以H 大橋工程的第一次清孔選擇了正循環清孔工藝，實踐表明，將泥漿密度控制在1.2～1.4 之間即可。

第二，經過第一次正循環清孔后，旋挖樁內泥漿比重明顯降低，介于1.1～1.4 之間，為了明確接下來選擇哪一種清孔工藝，在保障樁徑（mm）、孔深（m）、清孔時間（h）保持一致的前提下，H 大橋施工方選擇三個樁位進行了試驗，結果表明，在5h 內，正循環清孔工藝沉渣厚度最高70mm，明顯不符合要求。泵吸反循環工藝在30min 內沉渣厚度最大僅為35mm，氣舉反循環工藝在18min 內，沉渣厚度最大為18mm。綜合消耗時間、效果上看，氣舉反循環工藝最適宜，但從成本角度考慮，泵吸式反循環工藝具有明顯優勢。最終，H 大橋鉆孔灌注樁施工第二次清孔選擇了泵吸反循環清孔工藝，清孔過程中泥漿相對密度保持在1.0～1.1 之間，黏度為16～20s，含砂量控制在3%之內。

3.5 沉渣檢測

H 大橋的鉆孔過程較為順利，沉渣情況并不復雜，可以采用較為簡單的測量方法，即吊錘測繩法。該方法通過兩個步驟完成，首先在繩尺一端系上2kg的測錘，放到鉆孔中緩慢下降，人工操作要加強觀察，當測錘落到沉渣層頂面時就停止，記錄下此時繩尺的下放長度。然后繼續下放，在測錘重力作用下沉到孔底，靜置一段時間后，再記錄下此時的下放長度。將兩次記錄結果做減法，即可得到沉渣厚度。這種方法也可以轉化為繩尺與轉桿的長度相減，但無論使用哪一種方法，為了確保測量精確，都要考慮到測錘（或其他重物）的垂直高度。

3.6 水下混凝土澆筑

水下混凝土澆筑是鉆孔灌注樁施工的最后一步，也是最為關鍵的步驟，在確保二次清孔沉渣厚度符合設計標準后，使用C30 水下混凝土進行澆筑。根據設計要求，在H 大橋水下混凝土澆筑之前，需確保導管底部與孔底的距離保持在30cm 左右，第一批澆筑混凝土的導管預埋深度為80cm，坍塌度控制在180～240mm 之間。根據首批混凝土澆筑使用量公式，經計算可以得到混凝土初灌量為3m3。同時，根據施工現場的情況，樁長并不是完全一致的，混凝土灌注量存在0.15～0.2m3的浮動，為確保樁長符合要求，一方面要精準計算預埋深度，控制在2～6m 之間，最終確定的導管長度包括2m、4m、6m 三種規格。另一方面要確保混凝土的質量，H 大橋在正式進行水下混凝土澆筑前，對C30 混凝土進行了專門的試驗，試驗結果表明，C30 混凝土可以充分滿足成樁質量要求。

4 結語

文章結合H 大橋工程案例，分析了鉆孔灌注樁施工技術的技術要點、應用過程，實踐表明，加強鉆孔灌注樁施工組織與規劃，嚴格執行施工方案，做好現場安全防護工作，同時在施工現場做好人員、設備、材料等協調配置，能夠發揮鉆孔灌注樁施工技術的優勢，保證施工質量。