沖擊式鉆孔灌注樁在橋梁樁基施工中的應用

路明東 周 巖 孫得治 李佳璐 馬 英

（1.甘肅建投臨夏建設管理有限公司，甘肅 臨夏 731100；2.甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅建投科技研發有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

鉆孔灌注樁是目前橋梁樁基工程中最常見的基礎類型之一，具有造價相對較低、承載力大、穩定性好、沉降量小、施工機械簡單、場地要求局限性小、受地下水位影響較小等諸多優點。根據鉆孔灌注樁施工機械（沖擊鉆、循環鉆和旋挖鉆）的不同，可將鉆孔灌注樁分為沖擊式、循環式和旋挖式三種類型。其中，沖擊式鉆孔灌注樁技術具有對地基地質條件應用范圍較廣、適應性強、穿硬土層能力強、可以建造大直徑樁體等優點[1]，但存在易發生塌孔或縮孔、孔洞位置偏移、隱蔽工程質量難以查驗等不足，在施工過程中需要嚴格控制施工機械組合和施工工藝。本文以實際工程為例，對沖擊式鉆孔灌注樁的施工工藝進行探討，并梳理總結沖擊式鉆孔灌注樁的質量控制措施，以期為類似工程的施工提供參考。

1 沖擊式鉆孔灌注樁技術原理和特點

1.1 技術原理

沖擊式鉆孔灌注樁以沖擊鉆機為核心設備，通過機架、卷揚機，將帶刃的沖擊錘提高至一定高度，讓其自由下落沖擊土層、切削破碎巖層進行鉆進，然后通過泥漿護壁和懸浮鉆渣成孔，放入鋼筋籠，水下澆筑混凝土成樁[2]。

1.2 技術特點

沖擊式鉆孔灌注樁在各種地層都具有較好的適用性，可用于各種黏土、砂土、卵石層以及基巖層等地層，相對于地質較硬、有卵石、巖石等較硬地層具有明顯優勢。但是，沖擊式鉆孔沖擊振動時噪音大，對周圍環境影響顯著，動力功率大，移動不便，施工時需另設置泥漿池、沉淀池等配套設施。

2 工程概況

甘肅省臨夏市新建一環城路立交橋匝道橋梁，共包含CA、CB兩條匝道，其中CA匝道橋梁全長472.8m，CB匝道橋梁全長438.3m，上部采用普通鋼筋混凝土連續箱梁，下部采用群樁基礎。樁基均采用水下C30混凝土，鉆孔灌注成樁。其中，部分橋墩承臺尺寸為6.5m×2.5m，承臺厚2.5m，下設2根Ф1.5m鉆孔樁，樁長41m；其他部分承臺尺寸5.4m×5.4m，承臺厚2.0m，下設4根Φ1.2m鉆孔樁，樁長38m；橋臺為一字形橋臺，橋臺承臺尺寸1010cm×520cm×200cm，承臺下布置4根Ф1.2m鉆孔樁基礎，樁長41m。項目樁基共計132根，均按摩擦樁設計，穿越的地層覆蓋層為耕土、素填土、坡積粉質黏土、卵石、強風化泥巖、中風化泥巖等（勘察該層未揭穿）。由于項目地層條件復雜，且穿越平均厚度8.61m卵石層、6.13m強風化泥巖以及部分中風化泥巖層，經組織專家開會討論，決定采用沖擊式鉆孔灌注樁工藝。

3 施工工藝流程

沖擊式鉆孔灌注樁工藝流程如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁施工工藝流程圖

3.1 施工準備與測量放線

根據設計文件，結合項目水文地質條件，編制施工方案、作業指導書及應急預案，組織全體施工人員進行安全技術交底，并對設備、機械操作人員等進行崗前安全培訓。整理、夯實施工現場場地，進行三通一平，并組織測量人員建立項目施工測量控制網，確定樁位中心位置，然后引出四個方向的護樁[3]。放線完成后，報監理工程師進行復核，合格后方可轉入下道工序。為了檢驗地質條件、驗證沖擊鉆成孔的可行性，確保成樁質量，選擇沖擊鉆機在設計樁位進行試樁，總結試樁過程中數據及指標，以指導后期施工。

3.2 泥漿制備

泥漿在后期鉆孔過程中起著護壁與懸浮鉆渣的作用[4]。為了滿足項目鉆孔時泥漿制備與后期水下混凝土澆筑時存儲需要，在項目橋墩附近砌筑15m×10m×2m泥漿池，泥漿池四周用鐵絲網封閉并懸掛安全警示標牌。單個泥漿池容量為300m3，可滿足3根鉆孔樁同時作業時的泥漿循環需要。鉆孔樁施工泥漿采用黏性較好的黏土，并加入外加劑（膨潤土與纖維素），按一定比例加水調制。泥漿制備后需對其各項性能指標進行測定。

3.3 鋼護筒埋設與鉆機就位

根據鉆孔樁樁位中心埋設樁基鉆孔鋼護筒，該項目鋼護筒由厚度為20mm 鋼板卷制而成，長4m，埋設深度3.7m，露出地面0.3m。埋設鋼護筒時，中心應與樁位中心重合，平面允許誤差不大于50mm，豎直傾斜度不大于1%，鋼護筒埋設完后及時覆蓋孔口，對鉆機進行檢查，確保無誤即進行鉆機就位。鉆機就位時，用方木或型鋼支墊底座，用吊錘使鉆頭中心對準樁孔中心。就位后，復核鉆機基礎底部是否牢固，并校正鉆頭的垂直度，滿足要求后開始鉆孔。

3.4 鉆孔作業

剛開始鉆孔時，用沖擊錐以小沖程反復沖擊造漿、開孔，把泥膏、石塊擠向孔壁，以加固護筒底口，使初成孔的孔壁堅實、豎直、圓順，能起到導向作用，并防止孔口坍塌[5]。當孔底在護筒底口下3～4m后，方可進行正常的沖擊。

在沖擊成孔過程中，孔內水泥漿水平面須高出護筒腳至少50cm，但比護筒頂面低30cm，沖擊過程中應定期、定深度對孔深、孔徑、泥漿性能進行檢查。鉆孔應連續施工，一次成孔。特殊情況必須停時，應將鉆頭提出，以防埋鉆，同時在孔口加護蓋，并及時檢查補水補漿。停鉆后再鉆時，同樣也需由低沖程逐漸加高到正常沖程。

3.5 檢孔與清孔

當沖擊鉆孔深度達到設計深度后，立即對孔深、孔徑、孔形以及孔底沉渣量進行檢查，確認滿足相關要求后即可終孔，并報監理工程師檢查認可。檢查合格后進行一次清孔，在清孔時，根據孔內水位高度及時向孔內進行補漿，保持孔內水位高于地下水位2m以上。

3.6 鋼筋籠加工及下放

按照設計文件，生產制造鋼筋籠。該項目鋼筋加工在項目預制梁場鋼筋加工車間內進行，采用長線法在胎架上制作完成。鋼筋籠按設計圖紙綁扎成型后，為了檢測鉆孔樁質量，需在內側圓周布置4根聲測管，聲測管按設計要求埋設到樁底。

該項目鋼筋籠采用分節下放，主筋接長采用直螺紋套筒連接。鋼筋籠的起吊豎立采用大小雙鉤起吊，大鉤吊鋼筋籠上端、小鉤吊鋼筋籠下端，將鋼筋籠水平吊起后，大鉤起、小鉤落，使鋼筋籠逐步豎立。鋼筋籠豎立后，采用25T吊機下放鋼筋籠，下放前對孔口定位架標高與水平位置進行測量檢查，檢查合格后，沿樁孔自然下放鋼筋籠，并用支撐架在孔口對鋼筋籠進行一定的支撐，確保鋼筋籠下放時穩定、可靠。

3.7 二次清孔

為清除孔底沉渣并確保水下混凝土澆筑質量，采用換漿法進行二次清孔，循環時應注意保持泥漿水頭并補充優質泥漿防止塌空。清孔結束后，現場技術人員檢查驗收合格后，報監理工程師現場檢驗合格后立即進行水下混凝土澆筑作業，間隔時間越短越好。

3.8 水下混凝土澆筑

由于水下混凝土無法振搗，混凝土應保持足夠和易性，當樁徑＜1.5m 時，坍落度宜為180～220mm，當樁徑≥1.5m時，坍落度宜為160～200mm，并充分考慮氣溫、運距及施工時間所造成的坍落度損失。混凝土運送至現場后，再次進行坍落度檢測，觀察混凝土是否發生離析，確認合格方可進行澆筑。該項目混凝土由周邊混凝土攪拌站供應，經混凝土罐車運輸至墩位樁基附近，采用垂直導管法進行澆筑，具體施工流程見圖2。

圖2 水下混凝土澆筑工藝流程圖

對導管及接頭進行試驗檢查，確認性能滿足要求后安裝導管，導管底部離孔底30～50cm。導管安裝完畢后，在導管內安放隔水栓。待儲料斗和漏斗儲滿混凝土后，開始水下澆筑混凝土，澆筑連續進行，在初凝前完成整樁澆筑。首批混凝土儲量控制準確，下落時要有一定的沖擊力，能把泥漿從導管中排出，同時滿足導管初次埋置深度要求[6]。之后，循環進行導管提升與混凝土澆筑作業，直至達到規定標高。

水下澆筑混凝土時，要設置專人指揮導管的提升，并對混凝土澆筑面的標高進行測量，計算確認導管在混凝土中埋深大于2m且小于6m。當混凝土澆筑至規定標高5m以內時，不再提升導管。待混凝土澆筑完成一次性提出導管。最后提出導管要勻速、緩慢，避免出現空洞、泥芯等。

3.9 樁頭鑿除

混凝土樁基成樁后，設置樁頂設計標高以上20～30cm處為樁頂面破除標高，使用風鎬、液壓鑿及起重裝置鑿除鉆頭超澆筑的混凝土及浮漿。鑿除時應保證鋼筋完整，嚴禁將樁頭主筋局部彎折造成損傷及無法校正。最后至少預留10cm以上采用人工鑿除，確保樁頂面平整、密實，與樁軸線基本垂直。鑿除時及鑿除后必須對聲測管進行保護，不得破壞聲測管，且防止雜物堵塞聲測管。樁頭鑿除后，以聲測管作為檢測通道，采用超聲脈沖檢測法進行樁基檢測，判斷樁基是否存在缺陷，確定樁基的連續性、完整性、均勻性，以及混凝土強度等級。

4 質量控制措施

4.1 建立科學完善的質量保證體系

科學完善的質量保證體系是保證沖擊式鉆孔灌注樁施工質量的重要保證。首先要確定項目的質量管理目標，對沖擊式鉆孔灌注樁整體及其分項工程提出明確的質量管理目標。同時在業主、監理及質檢站的指導監督下，建立項目質量管理體系，實行項目經理負責制，并明確各崗位的質量管理責任。提出原材料、鋼筋籠、護筒、成孔及成樁的質量標準，為后期的質量管理提供依據，并制定相應的質量保證措施。

4.2 編制常見問題處理作業指導書

項目沖擊式鉆孔灌注樁作業穿越地層復雜，且涉及水下混凝土澆筑，易發生如坍孔、鉆孔偏斜彎曲、擴孔及縮孔、沉渣厚度超標、混凝土堵管、斷樁、卡鉆、鋼筋籠上浮、掉鉆落物、糊鉆和埋鉆、導管進水處理、聲測管堵塞等施工問題[7]。因此，施工作業前，要明確沖擊式鉆孔灌注樁的施工控制要點，再梳理總結以往工程類似施工案例，結合項目設計文件、水文地質條件及施工條件，分析沖擊式鉆孔灌注樁施工時可能存在的問題，制定相應的預防及處理措施，編制詳細的沖擊式鉆孔灌注樁常見施工問題處理作業指導書，以使后期出現施工問題后能得到實時有效的解決。

4.3 嚴格要求進行技術交底

沖擊式鉆孔灌注樁施工工藝較為復雜，質量控制要點多。為了讓施工人員明確項目的施工條件、具體施工要求、施工要點及關鍵施工技術，保證工程成樁質量，在施工之前，應嚴格要求進行技術交底。由技術人員結合設計文件及專項施工方案編制技術交底書，并經總工程師審批簽字后進行技術交底。技術交底的主要內容應包括樁基的施工方法、技術要點、質量要求、驗收標準、施工中的注意事項、應急措施及其他需注意細節等。同時，還要對電焊工、起重工、各類機械設備操作人員等特種工進行崗前安全培訓。并定期召開質量安全會議、定期組織檢查。

4.4 強化施工過程監督管理

可從原材料、施工技術及檢查驗收多個方面出發加強對沖擊式鉆孔灌注樁施工過程監督管理。在原材料的進貨、檢驗、試驗、進倉、登記、標識、使用過程中，按照質量體系的標準與要求及材料使用相關制度文件，層層把關，確保原材料質量。在鉆孔成樁時，堅持預防為主的質量控制方針，制定質量與安全防范措施，強化施工過程的監督檢查，確保關鍵工序的質量[8]。分部分項工程施工工序作業完成后，按照施工工藝要求，需要進行報驗檢查的，采用業主、監理公司提供或認可的專用檢查驗收表格嚴格按照“三檢質”程序進行質量檢查監督驗收。

5 結束語

本文以實際工程項目為例，對沖擊式鉆孔灌注橋梁樁基應用的施工工藝進行了分析討論。沖擊式鉆孔灌注樁在復雜地層進行樁基施工時，應結合工程實際情況，制定切實可行的施工方法，建立完善的質量保證體系，規范施工工藝，強化施工過程管理控制，從而保證樁基整體質量，提高項目綜合效益。