不確定地質(zhì)條件下橋梁樁基的鉆孔灌注樁施工方法

楊慧琴

摘要 樁基是保證橋梁工程穩(wěn)定和安全的重要組成部分，在不確定地質(zhì)條件下進(jìn)行樁基施工存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。因此，文章研究了在不確定地質(zhì)條件下橋梁樁基的鉆孔灌注樁施工方法。通過分析實(shí)際工程案例，提出不確定地質(zhì)條件下橋梁樁基鉆孔灌注樁施工的具體工藝流程。該方案包括施工前準(zhǔn)備、鉆孔設(shè)備選擇及施工、混凝土澆筑等環(huán)節(jié)，并對(duì)施工后的質(zhì)量保護(hù)提出建議。期望該施工方法能夠有效降低樁基施工風(fēng)險(xiǎn)，保證工程的安全和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 不確定地質(zhì)；橋梁樁基；灌注樁施工；鉆孔施工

中圖分類號(hào) G623.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）03-0112-03

0 引言

橋梁工程中，樁基是保證工程穩(wěn)定和安全的重要組成部分[1]。橋梁樁基的穩(wěn)定性和承載力對(duì)工程的正常運(yùn)行和使用至關(guān)重要，因此橋梁工程中對(duì)于樁基的施工要求十分嚴(yán)格[2]。然而，在不確定地質(zhì)條件下進(jìn)行樁基施工存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性、不可預(yù)測性和變化性使得樁基的施工和設(shè)計(jì)難度加大，給橋梁工程的建設(shè)帶來了極大的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境復(fù)雜、土層不穩(wěn)定、地下水位高、地面沉降等因素同時(shí)存在時(shí)，橋梁樁基的施工難度會(huì)更加突出[3]。傳統(tǒng)的樁基施工方案難以應(yīng)對(duì)這些不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，易導(dǎo)致樁基施工質(zhì)量不穩(wěn)定、施工周期延長、成本增加甚至工程失效。因此，如何在不確定地質(zhì)條件下采用科學(xué)合理的樁基施工方案，成為橋梁工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在此背景下，該文旨在通過分析不確定地質(zhì)條件下的樁基施工問題，提出一種有效的施工方案，以降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保證工程的安全和質(zhì)量。

1 工程概況

某山谷跨越大橋工程地層復(fù)雜，主要包含黏土層、粉質(zhì)黏土層、砂質(zhì)黏土層、混合砂質(zhì)黏土層、礫石層和碎石層。地下水位變化大，水位高度處于地表下2～6 m不等。地層中含有大量的礫石和碎石，對(duì)施工設(shè)備的磨損較大。大橋總長度1 500 m，主跨500 m，邊跨各500 m。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總寬度30 m，雙向六車道。橋墩數(shù)量為16個(gè)，每個(gè)橋墩設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為直徑1.5 m的鉆孔灌注樁，每個(gè)橋墩16根樁。施工中因地質(zhì)條件復(fù)雜，選用機(jī)械鉆孔設(shè)備對(duì)地層進(jìn)行預(yù)鉆孔。鉆孔深度為20～30 m，樁孔直徑為1.6 m，以保證鉆孔灌注樁直徑為1.5 m。每根灌注樁的混凝土用量約為35 m3。灌注過程：預(yù)制鋼筋籠插入鉆孔—灌注混凝土。混凝土采用C30級(jí)別，水灰比為0.45，砂率為40%，石率為40%，泵送混凝土進(jìn)行灌注，灌注混凝土量約為10 m3/h。灌注混凝土?xí)r需要保證連續(xù)性，避免冷縫的出現(xiàn)。由于地質(zhì)條件的不確定性，需要在施工過程中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整。例如，如果遇到礫石層或碎石層，需要增加鉆孔設(shè)備的功率或更換鉆頭。如果遇到地下水位過高，需要采用抽水措施進(jìn)行降水。在灌注混凝土?xí)r，需要嚴(yán)格控制混凝土的質(zhì)量和灌注速度，以保證灌注樁的質(zhì)量。

2 不確定地質(zhì)條件下橋梁樁基鉆孔灌注樁工藝流程

在不確定的地質(zhì)條件下，橋梁樁基鉆孔灌注樁的工藝流程可能會(huì)有一些特殊的要求，具體的工藝流程如圖1所示。

前期準(zhǔn)備和勘探：在施工開始前，需要對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行勘探，包括地質(zhì)鉆探和地質(zhì)地貌調(diào)查，了解地質(zhì)條件和地下水位情況[4]。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地質(zhì)條件，準(zhǔn)備相應(yīng)的施工設(shè)備和材料。

設(shè)置臨時(shí)基準(zhǔn)：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，設(shè)置臨時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)和線。

施工測量和布置：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和臨時(shí)基準(zhǔn)，進(jìn)行施工測量和樁位布置，確保樁位的準(zhǔn)確性。

鉆孔：使用機(jī)械鉆孔設(shè)備進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度和直徑根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地質(zhì)情況確定[5]。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，可能需要進(jìn)行多次鉆孔，甚至更換鉆頭。在鉆孔過程中，需要定期取樣進(jìn)行地質(zhì)監(jiān)測，以便根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整。

孔底處理：鉆孔完成后，需要進(jìn)行孔底清理，清理出的土質(zhì)材料需要進(jìn)行分類處理。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，可能需要采用特殊的孔底處理方法，如注漿固化或預(yù)壓密實(shí)。

下放鋼筋籠：制作完成的鋼筋籠通過起重設(shè)備下放到鉆孔中，同時(shí)要確保鋼筋籠的垂直度和位置準(zhǔn)確[6]。

灌注混凝土：在確保鋼筋籠位置正確后，開始灌注混凝土。混凝土需要在制備后的2 h內(nèi)進(jìn)行灌注，灌注過程中應(yīng)保持連續(xù)性，避免產(chǎn)生冷縫。

質(zhì)量檢測：灌注混凝土完成后，需要進(jìn)行質(zhì)量檢測，包括混凝土強(qiáng)度檢測、灌注樁的垂直度檢測和完整性檢測等。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，可能需要進(jìn)行額外的質(zhì)量檢測，如承載力試驗(yàn)、穩(wěn)定性檢測等。

土方回填：在確認(rèn)樁基質(zhì)量合格后，進(jìn)行土方回填，回填土應(yīng)經(jīng)壓實(shí)，壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

在不確定地質(zhì)條件下的橋梁樁基鉆孔灌注樁工程施工準(zhǔn)備中，第一步要做好地質(zhì)勘探，充分了解施工地點(diǎn)的地質(zhì)條件。地質(zhì)勘探的深度應(yīng)至少達(dá)到設(shè)計(jì)的樁基深度的1.5倍，設(shè)計(jì)樁基深度為30 m，地質(zhì)勘探的深度至少為45 m。地質(zhì)勘探的間距根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度確定，地質(zhì)條件復(fù)雜的地方，地質(zhì)勘探的間距小于50 m。根據(jù)地質(zhì)勘探的結(jié)果和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的施工設(shè)備和材料。此次工程中，地質(zhì)條件中含有大量的礫石和碎石，選擇硬巖鉆機(jī)應(yīng)對(duì)這種情況。在不確定的地質(zhì)條件下，應(yīng)備有足夠的備用設(shè)備和備件，至少應(yīng)備有10%的備用設(shè)備和備件，如表1所示，為備用設(shè)備和備件列表。

根據(jù)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求，制定詳細(xì)的施工方案。施工方案應(yīng)包括施工工藝流程、施工組織設(shè)計(jì)、安全防護(hù)措施、環(huán)境保護(hù)措施等內(nèi)容。對(duì)施工人員進(jìn)行專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)和安全培訓(xùn)，確保其能夠應(yīng)對(duì)不確定的地質(zhì)條件。每位施工人員接受8 h的技術(shù)培訓(xùn)和4 h的安全培訓(xùn)。在正式施工前，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)樁的施工和檢測，驗(yàn)證施工方案的可行性和施工設(shè)備的性能。試驗(yàn)樁的數(shù)量至少為總樁數(shù)的2%，該工程總樁數(shù)為500根，試驗(yàn)樁的數(shù)量為10根。

3.2 鉆孔設(shè)備選擇及施工

3.2.1 鉆孔設(shè)備選擇

不確定地質(zhì)條件下，鉆孔設(shè)備的選擇主要取決于地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求。在工程中，地層是軟土層的區(qū)域選擇旋挖鉆孔機(jī)，地層是砂質(zhì)或礫石層的區(qū)域選擇硬巖鉆機(jī)或沖擊鉆孔機(jī)。具體的設(shè)備選擇應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探的結(jié)果和設(shè)計(jì)要求確定來確定，如表2所示，是該工程的鉆孔設(shè)備選擇。

具體的設(shè)備選擇和數(shù)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)勘探結(jié)果和設(shè)計(jì)要求確定，若施工地區(qū)的地層主要是礫石層，但是深度較深，需要選擇功率更大、工作范圍更大的沖擊鉆孔機(jī)；若某個(gè)區(qū)域的地層主要是軟土層，但是面積較大，可能需要增加旋挖鉆孔機(jī)的數(shù)量。

3.2.2 鉆孔深度和速度

鉆孔深度和直徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，鉆孔深度至少達(dá)到設(shè)計(jì)的樁基深度，鉆孔直徑要比設(shè)計(jì)的樁徑大一些，以保證鋼筋籠的下放和混凝土的灌注。該工程的樁基深度為30 m，樁徑為1.5 m，鉆孔深度至少為30 m，鉆孔直徑為1.6 m。鉆孔速度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和設(shè)備性能確定，軟土層的鉆孔速度較快，砂質(zhì)或礫石層的鉆孔速度較慢，鉆孔速度的選擇要保證鉆孔質(zhì)量和效率，鉆孔速度的計(jì)算公式如式（1）所示：

式中，V——鉆孔速度（m/h）；Q——鉆孔設(shè)備的出土量（m3/h）；d——鉆孔直徑（m）。過快的鉆孔速度可能會(huì)導(dǎo)致地層的擾動(dòng)和破壞，影響樁基的質(zhì)量和穩(wěn)定性；過慢的鉆孔速度可能會(huì)導(dǎo)致泥漿的沉積和固化，影響樁孔的清理和混凝土的灌注。因此，正確的鉆孔速度可以保證施工質(zhì)量。

3.2.3 鉆孔過程監(jiān)控

在鉆孔過程中，應(yīng)定期進(jìn)行地質(zhì)檢測和鉆孔質(zhì)量檢測。地質(zhì)檢測應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行，在地質(zhì)條件復(fù)雜的地方，地質(zhì)檢測的頻率應(yīng)增加。地質(zhì)檢測主要包括土層性質(zhì)（如密度、含水量、顆粒大小分布等）的檢測和地層穩(wěn)定性的評(píng)估。這些檢測需要在地質(zhì)勘探階段進(jìn)行，且需要專門的設(shè)備和方法，土層密度通過原位密度試驗(yàn)來檢測，地層穩(wěn)定性可以通過剪切強(qiáng)度穩(wěn)定性分析來評(píng)估，其基本公式如式（2）所示：

式中，τ——剪切強(qiáng)度；σ'——有效正應(yīng)力；φ——內(nèi)摩擦角；c'——凝聚力。鉆孔質(zhì)量檢測主要包括鉆孔直徑、深度和垂直度的檢測，檢測結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，以確保鉆孔施工的順利進(jìn)行。鉆孔直徑和深度通過測量設(shè)備直接測量，鉆孔垂直度通過測斜儀來檢測，鉆孔底部的清理情況通過下孔攝像來檢測，鉆孔垂直度通過測斜儀測得，其計(jì)算公式如式（3）所示：

式中，θ——鉆孔的偏斜角；D——鉆孔偏斜的水平距離；H——鉆孔的垂直深度。在橋梁樁基鉆孔灌注樁工程中，地質(zhì)檢測和鉆孔質(zhì)量檢測的一些主要考慮因素和檢測指標(biāo)，以及具體的檢測方法和評(píng)估指標(biāo)等應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求確定。

3.3 混凝土澆筑

在不確定地質(zhì)條件下的橋梁樁基鉆孔灌注樁工程中，混凝土澆筑是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，混凝土的品質(zhì)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。該工程中混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土的澆筑速度應(yīng)適中，不能過快也不能過慢。過快可能會(huì)導(dǎo)致混凝土分層，影響樁基的質(zhì)量；過慢可能會(huì)導(dǎo)致混凝土初凝，也會(huì)影響樁基的質(zhì)量，澆筑速度要控制在10～15 m3/h。混凝土的澆筑應(yīng)采用自由落體方式，從樁孔底部開始向上澆筑，具體澆筑現(xiàn)場如圖2所示。

澆筑時(shí)，混凝土的落差應(yīng)不超過2 m，以防止混凝土分層。混凝土澆筑后，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，防止溫度和濕度的影響。澆筑后的24 h內(nèi)，應(yīng)保持混凝土的濕度，防止混凝土過早干燥。同時(shí)，混凝土澆筑后應(yīng)進(jìn)行混凝土的強(qiáng)度檢測和質(zhì)量檢測，強(qiáng)度檢測通過混凝土試塊的壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，混凝土的質(zhì)量檢測通過聲波透射法或其他非破壞性檢測方法來進(jìn)行。

4 后期質(zhì)量保護(hù)

在不確定地質(zhì)條件下進(jìn)行橋梁樁基的鉆孔灌注樁施工后，后期的質(zhì)量保護(hù)也非常重要，以確保施工質(zhì)量的持久性和樁基的長期穩(wěn)定性。以下是幾個(gè)關(guān)鍵的后期質(zhì)量保護(hù)措施：

（1）樁基保護(hù)：完成施工后，應(yīng)及時(shí)對(duì)樁基進(jìn)行保護(hù)，覆蓋保濕膜以防止混凝土過早干燥，使用保護(hù)帽或墊板以防止樁頂?shù)哪p或損壞。

（2）混凝土養(yǎng)護(hù)：混凝土在硬化初期需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以保證其達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)方法包括保濕養(yǎng)護(hù)、覆蓋養(yǎng)護(hù)和噴涂養(yǎng)護(hù)劑等，養(yǎng)護(hù)期通常為28 d。

（3）樁基的定期檢查：定期檢查樁基的狀態(tài)，包括樁身的裂縫、變形和位移等，以及樁基周圍土層的穩(wěn)定性和地下水位的變化。如果發(fā)現(xiàn)問題，要及時(shí)進(jìn)行維修或處理。

（4）樁基的長期監(jiān)測：對(duì)于重要的橋梁工程，要安裝長期監(jiān)測設(shè)備，如位移監(jiān)測儀、應(yīng)力監(jiān)測儀和溫濕度監(jiān)測儀等，以實(shí)時(shí)監(jiān)測樁基的狀態(tài)和性能。

（5）施工記錄和資料的保存：應(yīng)保存施工記錄和資料，包括地質(zhì)勘探報(bào)告、施工日志、質(zhì)量檢測報(bào)告和維修記錄等，以供將來的查詢和參考。

以上就是在不確定地質(zhì)條件下，橋梁樁基鉆孔灌注樁施工的后期質(zhì)量保護(hù)措施，具體的保護(hù)措施應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求確定。

5 結(jié)束語

在不確定地質(zhì)條件下進(jìn)行橋梁樁基施工，是橋梁工程領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。該文分析了不確定地質(zhì)條件下橋梁樁基鉆孔灌注樁的工藝流程方案。并詳細(xì)闡述了鉆孔灌注樁施工中的施工前準(zhǔn)備、鉆孔設(shè)備選擇及施工、混凝土澆筑三大技術(shù)點(diǎn)，針對(duì)鉆孔探討了施工鉆孔設(shè)備選擇、鉆孔深度和速度及鉆孔過程監(jiān)控過程，并提出后期質(zhì)量保護(hù)建議。希望該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得顯著效果，為橋梁工程中的樁基施工提供一種科學(xué)、可靠的方法。

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