高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術與質量控制探析

摘要 為明確旋挖鉆孔灌注樁技術在高速公路橋梁工程中的應用思路及其效果，文章結合鎮廣高速公路沿線柱式墩橋梁工程為例，著重探討了旋挖鉆孔灌注樁在高速公路橋梁樁基工程中的應用，及施工質量控制措施。施工結果顯示：案例橋梁樁基工程均達到驗收合格標準，取得了理想的施工成果。由此可見，將旋挖鉆孔灌注樁技術用于高速公路橋梁工程中有助于提升樁基穩定性，使橋梁結構更加穩固安全，值得推廣。

關鍵詞 高速公路；旋挖鉆孔灌注樁；施工技術；質量控制

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0053-03

0 引言

旋挖鉆孔灌注樁技術是利用旋挖鉆機進行土壤或巖石的切削，通過鉆機的旋轉和推進力，將切削下來的土渣或巖屑通過鉆桿內部的通道或者專門的排渣系統排出孔外，形成一個圓柱形的孔洞。在完成鉆孔后，會在孔內放置鋼筋籠和灌注混凝土，形成具有足夠承載力和穩定性的灌注樁。鎮廣高速公路沿線橋梁為提升樁基的穩定性，決定采用此種施工技術，該文結合該案例工程實例，著重探討了這一技術的具體應用思路。

1 高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術概述

1.1 旋挖鉆孔灌注樁技術特點

旋挖鉆孔灌注樁技術特點主要包括以下幾點[1]：

（1）高效性：旋挖鉆孔灌注樁技術采用先進的旋挖鉆機，通過鉆機的旋轉和推進力，能夠高效地完成鉆孔作業，顯著提高施工效率。

（2）成孔質量好：由于旋挖鉆機采用切削方式成孔，鉆孔直徑、深度和垂直度可以得到精確控制，成孔質量穩定可靠，滿足工程設計的嚴格要求。

（3）適應性強：旋挖鉆孔灌注樁技術適用于多種土壤和巖石條件，包括軟土、黏土、砂土、碎石土以及風化巖石等，顯示出強大的適應性。

（4）環保性：該技術采用封閉式排渣系統，有效減少施工過程中的環境污染，符合可持續發展的要求。

（5）安全性：旋挖鉆孔灌注樁形成的樁基結構具有較高的承載力和穩定性，為土木工程提供堅實的安全保障。

1.2 旋挖鉆孔灌注樁技術適用范圍

旋挖鉆孔灌注樁技術廣泛適用于各類土木工程，包括但不限于：

（1）橋梁工程：旋挖鉆孔灌注樁技術能夠提供穩定的樁基支持，確保橋梁結構的穩固性和安全性。

（2）高層建筑：高層建筑對樁基的承載力和穩定性要求極高，旋挖鉆孔灌注樁技術能夠滿足此類要求，確保高層建筑的安全使用。

（3）高速公路：在高速公路建設中，旋挖鉆孔灌注樁技術能夠提供堅固的路基支持，保證道路的平整度和行車安全。

（4）地下工程：如地鐵、地下商場等地下工程，旋挖鉆孔灌注樁技術能夠提供可靠的樁基支撐，確保地下空間的安全穩定。

2 高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術分析

2.1 項目概況

鎮廣高速通江至廣安段高速公路C9合同段，起訖樁號為K207+100～K220+900（含斷鏈2 988.754 m），全長10.811 km。設計速度100 km/h，按雙向四車道標準設計，路基寬度整體式為26.0 m。主線橋5座（其中大橋4座、中橋1座），天橋7座，橋墩采用柱式墩，橋墩均采用樁基礎。樁基統計表如表1所示。

2.2 旋挖鉆孔灌注樁施工工藝流程

旋挖鉆孔灌注樁樁基主要施工工藝如圖1所示[2]。

2.3 旋挖鉆孔灌注樁施工技術要點

旋挖鉆孔灌注樁施工技術要點包括以下內容：

（1）施工準備

平整施工場地，整修道路，做好孔口的排水、截水工作，做好施工用電、用水的線路、管道布置，準備施工材料、施工機具，測設控制樁及護筒埋置中樁。

（2）鋼護筒制作埋設

在施工中使用鋼制護筒，其內徑比樁徑增大20 cm。安裝時，確保護筒中心與樁位中心對齊，允許偏差不超過2 cm，且傾斜度不超過1%。護筒的高度可選擇在地面以上0.30～0.50 m或地下水位以上2 m，安裝固定后應充填黏土進行夯實，以確保垂直度，防止泥漿流失和位移等問題。當護筒底部遇到非黏性土壤時，必須進行挖掘或土壤更換，超過0.50 m的黏性土回填后再放置護筒，以避免底部滲漏和坍塌情況發生。護筒的頂部應采用木方對稱吊緊，以防止下沉現象的發生。埋置深度超過不透水層，原則上在巖層面交界處，可采用打埋或挖埋等方法設置[3]。

（3）鉆機就位

在進入工作區域前，應檢查鉆機性能以確保其正常。鉆機進入工作區域后，需將鉆頭中心準確對準樁位中心，以保證就位精度。允許的誤差范圍為：縱向±100 mm，橫向±50 mm。同時，確保主動鉆桿垂直于地面，垂直度偏差小于1% L，然后精確對準鉆頭中心點與樁位中心[4]。

（4）泥漿制作與外運

設置的泥漿池、沉淀池用循環槽連接。在施工過程中，采用3 PNL型（或2 PNL型）泥漿泵將泥漿從泥漿池輸送至樁孔內。在灌注樁時，樁孔內的泥漿通過溢流池泵送至沉淀池，隨后沉淀池中的泥漿經過凈化處理后返回泥漿池，而經過凈化處理的鉆渣和砂粒則通過車輛運送至指定地點。

（5）成孔施工

鉆孔時，護筒內泥漿面需保持高于地下水位2 m以上。提鉆時，需及時補漿以維持孔壁穩定。鉆進時，利用鉆斗自重加壓作為動力，通過儀表監測鉆頭位置確定孔深。鉆斗滿渣后，提至地表，操作回轉手柄至卸土位置卸土，再利用自動回位裝置使鉆機返回作業位置。重復鉆進和提土前，需檢查調整鉆具垂直度，確保成孔質量。

（6）清孔

完成鉆孔至規定深度后，經過檢查，應立即進行清孔作業。根據預先確定的泥漿穩定時間，一旦時間到達，應使用鉆斗將積聚在樁孔底部的殘渣清除，操作需嚴格控制，以避免增加孔深。

在首次清孔時，應采用更換泥漿的方法，以確保殘渣厚度符合設計要求且小于5 cm。

（7）鋼筋籠骨架制作與吊入

該項目樁基主筋均為Ф28 mm，加強筋均為Ф28@200 mm，箍筋為Ф10@100～150 mm，主筋保護層鋼筋Ф16@2 000 mm。主筋采用機械連接，接頭等級為Ⅰ級，其他鋼筋搭接部分采用雙面焊，鋼筋接頭按照規范要求錯開布局。

鋼筋籠骨架吊入用吊車緩慢下放入孔內。鋼筋籠骨架在吊入后在頂面采取有效方法進行固定，防止混凝土灌注過程中鋼筋骨架上升。支承系統應對準中線防止鋼筋骨架傾斜和移動。鋼筋骨架底面高程允許偏差為±50 mm。

（8）下放導管

完成鋼筋籠的下放后，應立即進行導管的下放工作。在使用導管之前，需要進行試拼裝、水密性測試和抗拔試驗。在進行導管下放之前，需要對每根導管進行檢查，包括清潔程度、通暢性以及止水“O”形密封圈的完好性。這樣可以確保導管內壁平整、內徑一致，直徑為30 cm，中間節長度在2～2.5 m之間，而底部節長度則應超過4 m。導管應逐節吊裝并逐段連接，最終垂直下放至孔底300～500 mm的位置。

（9）二次清孔

為了滿足澆灌混凝土所需的泥漿密度，清孔的目的是替換孔內泥漿，同時清除鉆屑和沉淀物，以確保樁孔符合質量標準。

（10）混凝土灌注

混凝土澆筑前需檢測混凝土坍落度，達200±20 mm才可使用。首次澆筑后，導管埋深至少1.5 m。澆筑應連續、緊密，避免中途停工。防止混凝土從漏斗溢出或掉入孔底。管內混凝土下降和孔內水位變化需密切關注，確保泥漿中含有適量水泥且濃稠度適宜。要及時測量孔內混凝土高度，以指導導管的升降和拆除工作。導管的埋深宜為3～6 m（對于長樁可適當增加），過多可能影響速度或導致堵塞，而過少則可能引發浮漿或泥漿夾層現象。在導管升降過程中，應確保保持垂直居中，并逐步進行。不充實、含氣時，后續混凝土應緩慢灌入，避免高壓氣囊形成和導管漏水[5]。

3 旋挖鉆孔灌注樁施工中存在的問題及處理措施

旋挖鉆孔灌注樁施工中存在問題主要包括以下方面內容：

3.1 塌孔

原因分析：泥漿選擇不當、比重不穩定且密度不足，護筒直徑小且長度不足，旋挖鉆頭排出泥漿時形成“真空”，沖刷護筒下部與孔眼相交部位。導致孔壁倒塌的原因可能包括水頭壓力不足或存在承壓水的情況，鉆頭鉆進速度過快或空轉時間過長。此外，成孔后等待灌注時間過長或實際灌注時間延誤，未能及時補充漿料，也可能造成坍塌。

防治措施：應根據土層特性選擇合適的泥漿，嚴格管理護筒的材料、質量和尺寸，確保護筒底部與孔位同心。當水位波動較大時，應提高護筒高度和水頭。在鉆進松散地層時，要控制鉆進速度，確保提鉆平穩。另外，必須及時補充漿料，并在灌注后盡快進行，確保灌注時間不超過3.5 h。

3.2 掉鉆頭、鉆頭底板脫落

原因分析：進尺過長，孔壁坍塌并導致鉆具埋入；孔口發生塌陷或機械操作失誤導致鉆頭掉落；提鉆遇阻或鋼絲繩斷裂；工作扭矩過大導致鉆桿折斷或連接部件受損。

預防措施：應當控制進尺長度，調整泥漿特性以穩定孔壁；將鉆具遠離孔口放置，夯實護筒周邊，并封閉地表水；在提鉆過程中監控壓力表，確保鉆孔垂直度，并及時調整鉆進方向；定期檢查鋼絲繩并進行更換；定期檢查和維護鉆具連接部件。

3.3 不進尺

原因分析：鉆頭可能會因黏土覆蓋而失去抓地力，或者遇到堅硬地層，比如漂石、卵石層或基巖等。

防治措施：可以調整斗齒的角度至60°來減少打滑現象，并嘗試投入石塊、更換螺旋鉆頭或截齒鉆頭等方法。當面對堅硬地層時，可以考慮更換或改造鉆頭，重新調整刀具的角度、形狀和排列方向，或者嘗試全截齒旋挖鉆斗，也可以嘗試采用沖擊鉆進方式。

3.4 孔底沉渣過多

原因分析：清孔不充分，缺乏工序質量控制，泥漿比重過低或清水替換不妥；鋼筋籠未垂直放置導致孔壁坍塌，澆筑時間過長導致泥漿沉淀；沉積物厚度測量不統一。不能簡單通過增加鉆孔深度來代替清孔，否則可能引發重大質量問題，如鉆芯檢測出現異常。

防治措施：需確保循環清孔時間不低于30 min；選用高品質泥漿，控制密度和黏度，避免直接使用清水替換；鋼筋籠應緩慢垂直放入孔內，確保孔深和沉積物測量位置一致；增加初次灌漿量以增強對孔底的作用力，但需謹慎使用以確保可靠性；縮短下放鋼筋籠導管時間，減少沉積物沉淀；運用清底鉆頭清理孔底沉積物，控制泥漿黏度和含砂率。

3.5 擴張、縮孔

在遭遇擴大孔徑或減小孔徑的情況下，應當采取措施來防止孔壁坍塌和減少鉆頭擺動幅度。孔徑減小可能是由于鉆斗磨損、焊接未及時修補或地層中存在水膨脹的軟土、黏土或泥巖所致。對于前一種情況，應立即進行焊接修補；對于后一種情況，應使用失水率較低的高品質泥漿來保護孔壁。當出現孔徑減小的情況時，應該在鉆頭上下反復進行掃孔操作。

3.6 鋼筋籠上浮

原因分析：混凝土流動性不足導致導管埋深過深；導管懸浮籠子，混凝土下沉速度過快導致鋼筋籠上升；樁孔傾斜導致鋼筋籠形變，增加混凝土上升力；鋼筋籠與孔口固定不正確，在受力時可能下沉或由于自重不足而被混凝土頂起。

防治措施：采用吊裝和套管等方法固定鋼筋籠頂部；控制混凝土注入速度，減少對鋼筋籠的沖擊；確保導管埋深在1.5～2 m之間；及時測量深度并拆除導管，確保鋼筋籠安全埋入并恢復正常深度；在導管懸浮籠子時，先下降并旋轉導管，然后再將其提起。

4 結語

該文對旋挖鉆孔灌注樁在高速公路建設中的施工技術與質量控制進行了全面而深入的研究。通過詳細闡述施工流程、關鍵環節和質量控制要點，揭示了旋挖鉆孔灌注樁技術的優勢和面臨的挑戰，并提出了針對性的解決方案。該文的研究成果不僅豐富了高速公路建設領域的理論體系，而且為相關工程實踐提供了有益的參考和借鑒。隨著科技的不斷進步和施工技術的不斷創新，旋挖鉆孔灌注樁技術將在高速公路建設中發揮更加重要的作用，后續研究可為推動交通事業的發展作出更大的貢獻。

參考文獻

[1]陳亞紅. 公路橋梁施工中鉆孔灌注樁質量控制分析[J]. 四川水泥， 2021（1）：228-229.

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[3]馮成思.橋梁鉆孔灌注樁施工技術與質量控制分析[J]. 住宅與房地產， 2020（21）：213.

[4]趙松濤.公路橋梁施工中鉆孔灌注樁質量控制分析[J]. 交通世界， 2020（16）：106-107.

[5]孫榮才.公路橋梁鉆孔灌注樁施工工藝及其質量控制分析研究[J]. 科技創新導報， 2019（35）：37+39.

收稿日期：2024-02-26

作者簡介：馮淼（1990—），男，本科，工程師，主要從事高速公路施工建設工作。