淺析橋梁大直徑擠擴(kuò)支盤(pán)樁施工技術(shù)

張波

摘要：本文結(jié)合某大橋樁基工程，對(duì)大直徑擠擴(kuò)支盤(pán)樁技術(shù)在橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了探索和研究，總結(jié)了大直徑擠擴(kuò)支盤(pán)樁技術(shù)在橋梁工程中的施工工藝及施工要點(diǎn)，為擠擴(kuò)支盤(pán)樁技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：擠擴(kuò)支盤(pán)樁；橋梁：施工

1引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及不斷取得的成就，國(guó)內(nèi)各行業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展良機(jī)，發(fā)展尤為迅速的便是交通運(yùn)輸業(yè)。近年來(lái)，國(guó)家持續(xù)加大對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目的投資力度，公路橋梁等因此也可以采取一些新技術(shù)，提升了橋梁的建筑水平。其中，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用是橋梁建設(shè)的重要組成部分。作為根據(jù)仿生學(xué)原理而建立的一種新型結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土灌注樁，擠擴(kuò)支盤(pán)樁從出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有近20年的歷史，其在提高承載力、減少沉降、縮短工期、節(jié)約成本方面具有較大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該樁型施工機(jī)械簡(jiǎn)單、適應(yīng)土層廣泛，能有效減小樁徑及樁長(zhǎng)，在抗水平荷載、反復(fù)荷載及抗拔性能方面明顯增強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于擠擴(kuò)支盤(pán)樁的發(fā)展及應(yīng)用歷史較短，公共設(shè)施的建設(shè)要求也越來(lái)越高，迫切需要擠擴(kuò)支盤(pán)樁在大直徑方面得到更大的應(yīng)用，以開(kāi)創(chuàng)樁基工程的新局面。

2適用范圍

擠擴(kuò)支盤(pán)樁適合在多種土層中成盤(pán)，一般為軟可塑一堅(jiān)硬狀態(tài)的粘性土、稍密一密實(shí)的粉土、砂土和碎石土、極軟巖和節(jié)理很發(fā)育的軟巖，不受地下水位的限制。盤(pán)應(yīng)避開(kāi)流塑狀土層、可液化土層及巖層，而對(duì)于塑性指數(shù)較高的粘土層，需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定成盤(pán)的可靠性。

在內(nèi)陸沖擊、洪積平原及沿海河口部位的海陸交替沉積三角洲平原下的硬塑粘性土層、密實(shí)土層、粉細(xì)砂層等均可作為支盤(pán)樁基的持力層。

成樁工藝適用范圍較廣，可適用于干作業(yè)成孔工藝、泥漿護(hù)壁成孔工藝、重錘搗擴(kuò)成孔工藝及水泥注漿護(hù)壁成孔工藝等。同時(shí)，可根據(jù)承載力的需要，充分利用硬土層，采用增設(shè)分支和承力盤(pán)數(shù)量以提高單樁承載力(豎向抗壓承載力、水平承載力、抗拔承載力)、樁身穩(wěn)定性以及抗震性能。

3施工工藝

相比于傳統(tǒng)灌注直樁，擠擴(kuò)支盤(pán)樁由于其特有的擠擴(kuò)工序，施工工序有很大特點(diǎn)，主要的施工工藝包括正反循環(huán)支盤(pán)工法、管樁支盤(pán)工法、旋挖支盤(pán)工法和沖擊成孔支盤(pán)工法。施工工藝的區(qū)別主要在于成孔設(shè)備不同，而綜合考慮成本及作業(yè)效率，橋梁工程中主要采用正反循環(huán)支盤(pán)工法和旋挖支盤(pán)工法。擠擴(kuò)支盤(pán)樁的工藝流程圖，見(jiàn)圖1。

4施工過(guò)程

擠擴(kuò)支盤(pán)樁由鉆進(jìn)成孔及清孔，擠擴(kuò)支盤(pán)施工，二次清孔，下鋼筋籠及灌注混凝土成樁四道工序完成，以旋挖成孔支盤(pán)工法為例來(lái)詳細(xì)分析其施工過(guò)程。同正反循環(huán)鉆機(jī)相比，旋挖鉆機(jī)具有成孔速度快的特點(diǎn)，其工藝優(yōu)點(diǎn)在于孔壁不易產(chǎn)生泥皮、在孔壁上形成較明顯的螺旋線，從而有助于增加樁側(cè)摩阻力，提高樁的質(zhì)量。但由于不易形成泥皮，護(hù)壁性相對(duì)較差，容易縮徑、塌孔。

4.1成孔

成孔工藝主要是旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔的過(guò)程，如下：

4.1.1場(chǎng)地準(zhǔn)備

場(chǎng)地事先采用推土機(jī)平整壓實(shí)，使鉆機(jī)置于堅(jiān)實(shí)的土層上，做到“三通一平”，防止發(fā)生不均勻沉陷。

4.1.2測(cè)量放樣

當(dāng)本標(biāo)段的導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)完畢，其結(jié)果得到監(jiān)理工程師的認(rèn)可后，可采用全站儀根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)對(duì)中線進(jìn)行放樣，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立平面網(wǎng)點(diǎn)，準(zhǔn)確定出樁位，同時(shí)用水準(zhǔn)儀將水準(zhǔn)點(diǎn)引至樁位附近。

4.1.3樁位定位

采用全站儀準(zhǔn)確放樣各樁點(diǎn)的位置，以軸線控制點(diǎn)作測(cè)站，極坐標(biāo)法進(jìn)行樁位放樣，通過(guò)機(jī)械開(kāi)挖，埋設(shè)鋼護(hù)筒固定孔位，再以軸線交會(huì)法復(fù)核樁位中心，校正護(hù)筒埋設(shè)偏差及鉆機(jī)就位偏差，使其誤差在規(guī)范要求內(nèi)。

4.1.4鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位時(shí)，要事先檢查鉆機(jī)的性能狀態(tài)是否良好，保證鉆機(jī)工作正常。將鉆機(jī)開(kāi)到樁位旁，螺旋鉆頭的尖端正對(duì)樁位標(biāo)注點(diǎn)。

4.1.5護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒埋設(shè)工作是旋挖鉆機(jī)施工的開(kāi)端，護(hù)筒平面位置與垂直度應(yīng)準(zhǔn)確，同時(shí)應(yīng)符合埋設(shè)護(hù)筒的方法和要求。在埋設(shè)護(hù)筒過(guò)程中需考慮樁位表層的土層情況，當(dāng)為較厚易垮孔的砂土層時(shí)，必須使用長(zhǎng)護(hù)筒護(hù)壁，同時(shí)要注意護(hù)筒變形問(wèn)題。

4.1.6泥漿制備

根據(jù)勘察報(bào)告選用合適泥漿，對(duì)于工程地質(zhì)條件較羞的，造漿應(yīng)選用膨潤(rùn)土，并選用合適的穩(wěn)定液配合比及粘度。在施工中應(yīng)經(jīng)常檢查泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整，并隨時(shí)注意土層的變化，防止塌孔，做好記錄。

4.1.7鉆孔

在整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)旋挖鉆機(jī)上配備的電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆進(jìn)時(shí)的垂直度，通過(guò)電子控制和人工觀察兩個(gè)方面來(lái)保證鉆桿的垂直度，從而保證鉆孔垂直。

4.2支盤(pán)

4.2.1場(chǎng)地平整

為保證有足夠的吊車(chē)作業(yè)面，平整場(chǎng)地最低標(biāo)準(zhǔn)8×10m²。

4.2.2支盤(pán)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)及組裝、調(diào)試

支盤(pán)設(shè)備的組裝及調(diào)試包括：①泵站和支盤(pán)機(jī)之間的油管連接i②泵站接電，調(diào)試電機(jī)正反轉(zhuǎn)；③檢查泵站儀表是否正常：④檢查油管管路有無(wú)泄漏；⑤檢查支盤(pán)機(jī)是否能正常收支工作；⑥實(shí)測(cè)弓臂最大張開(kāi)尺寸，一切正常方可投入使用。

4.2.3支盤(pán)成形

支盤(pán)成形設(shè)備組裝并到位后，由起重設(shè)備將支盤(pán)成形機(jī)主機(jī)及接長(zhǎng)桿起吊人孔，對(duì)中下放，至接長(zhǎng)桿上端接近孔口時(shí)，再用固定裝置將入孔部分固定好，抽拉出第二根接長(zhǎng)桿，一邊下放一邊把液壓膠管固定于接長(zhǎng)桿上，依次重復(fù)操作，直到主機(jī)位于設(shè)計(jì)的某一支、盤(pán)位深度時(shí)為止。

主機(jī)到位后，開(kāi)動(dòng)液壓站，使液壓缸作伸縮運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)弓臂工作機(jī)構(gòu)向外運(yùn)動(dòng)，擠壓鉆孔內(nèi)壁；將主機(jī)繞吊掛中心線旋轉(zhuǎn)規(guī)定的角度，控制液壓缸作第二次伸縮運(yùn)動(dòng)，對(duì)鉆孔內(nèi)壁進(jìn)行第二次擠壓。重復(fù)上述動(dòng)作若干次(至少8-9次)，即可擠擴(kuò)出一個(gè)上下呈錐體狀的盤(pán)形空間。但考慮到成盤(pán)質(zhì)量，一般在粉質(zhì)粘土、粘土中采用順擠或交擠，每9次一周后加復(fù)擠8次共17次；在砂土層中，擠9次一周后加復(fù)擠4次共13次。同時(shí)要認(rèn)真讀取表壓值、設(shè)備起浮高度、液壓油位差、孔口泥漿下降高度、起止時(shí)間等，及時(shí)根據(jù)有關(guān)規(guī)程內(nèi)容進(jìn)行對(duì)照判別，發(fā)生異常應(yīng)及時(shí)停機(jī)，查明情況，正確處理。每擠擴(kuò)成型一個(gè)承力盤(pán)后，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿，保持水頭高度，但不得注清水。

4.3清孔

清孔包括一次清孔和二次清孔，一次清孔在成孔后進(jìn)行，利用鉆機(jī)進(jìn)行清孔，不進(jìn)行沉渣厚度檢驗(yàn)，但須準(zhǔn)確記錄孔深。

二次清孔在下放導(dǎo)管之后進(jìn)行，主要是為了清除在下放鋼筋籠和導(dǎo)管后的下沉渣料和孔底淤積物，是確保灌注樁質(zhì)量的一道重要工序。清孔方法采用換漿法，以水下灌注混凝土的導(dǎo)管為管，用泥漿泵向孔內(nèi)壓入優(yōu)質(zhì)泥漿，直至檢驗(yàn)孔口處返出的新鮮泥漿達(dá)標(biāo)，孔底沉渣控制在30mm以?xún)?nèi)，最大不大于50mm。

另外，當(dāng)使用井徑儀測(cè)量孔徑及成盤(pán)情況時(shí)，若孔徑及成盤(pán)質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，同樣要進(jìn)行清孔，清孔位置主要在盤(pán)位上下。

4.4灌注

擠擴(kuò)支盤(pán)樁水下混凝土灌注一般采用直升

導(dǎo)管法，導(dǎo)管采用內(nèi)徑為30cm、壁厚4mm的鋼管組成。

根據(jù)規(guī)范要求，計(jì)算出第一次下灰量，確保導(dǎo)管插入封底混凝土大于80cm。

灌注過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常探測(cè)孔內(nèi)混凝土面高度，以控制導(dǎo)管埋深和樁頂高度，保證導(dǎo)管埋深控制在2-6m，如控制不準(zhǔn)，將造成導(dǎo)管提漏、導(dǎo)管埋置過(guò)深拔不出來(lái)或斷樁事故。因此測(cè)深是一項(xiàng)重要工作，應(yīng)采用較為準(zhǔn)確的方法和探測(cè)工具。施工中一般采用重錘探測(cè)法，用測(cè)繩系以重錘，放入孔中，憑探測(cè)者手中所提測(cè)錘在混凝土頂面以前與接觸混凝土頂面以后不同重量的感覺(jué)而判斷。

灌注的混凝土頂面高出設(shè)計(jì)高程不小于500mm，以保證鑿除泛漿高度后，暴露的樁頂混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

考慮到擠擴(kuò)支盤(pán)樁施工過(guò)程同傳統(tǒng)灌注直樁的不同，在施工過(guò)程中應(yīng)注意以下施工要點(diǎn)：

1)施工前應(yīng)根據(jù)工程需要確定試成孔數(shù)量，一般試成孔為1-2個(gè)。試成孔終孔后，需按一定間隔對(duì)需檢驗(yàn)土層進(jìn)行旁壓檢測(cè)，分析試成孔擠擴(kuò)壓力值、反力上升值等資料，核對(duì)地質(zhì)勘察資料，判斷各土層物理力學(xué)性能后，提出支盤(pán)擠擴(kuò)施工時(shí)的質(zhì)量要求和檢查內(nèi)容、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，做出調(diào)控支盤(pán)樁承載能力的初步方案。

2)應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)條件合理選擇施工工藝。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，在粘性土、粉土和砂土層中一般可采用正循環(huán)法成孔，當(dāng)淤泥土、粘土和卵石所占成孔工作量比例不大時(shí)，宜采用旋挖工法成孔；在圜礫、卵石、碎石層中，宜采用旋挖工藝、沖擊成孔工藝或反循環(huán)工藝成孔；當(dāng)采用水上作業(yè)或基樁樁身上部采用管樁結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用管樁支盤(pán)工法。

3)泥漿控制。

(1)在粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土和淤泥層中鉆進(jìn)時(shí)，可用原土造漿護(hù)壁：在較厚的粘土、砂土、碎石土中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)采用高塑性粘土、膨潤(rùn)土、蒙脫土制備泥漿。

(2)護(hù)壁泥漿比重一般控制在1.2—1.5(反循環(huán)為1.5—1.2)；當(dāng)穿過(guò)宜塌孔土層時(shí)，可增大至1.3—1.5；終孔時(shí)泥漿比重應(yīng)大于1-25，混凝土灌注前泥漿比重應(yīng)小于1.15，泥漿膠體率不小于90％、含砂量應(yīng)小于8％、粘度為18-22秒。

(3)擠擴(kuò)成盤(pán)時(shí)，泥漿面應(yīng)高于護(hù)筒底邊。施工期間，泥漿面應(yīng)高出地下水位1m以上，在受水位漲落影響時(shí)，泥漿配比應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，并應(yīng)高出最高水位1m以上。

4)樁的中心距≤4D時(shí)，宜間隔施工，也可在相鄰支盤(pán)樁灌注完成6小時(shí)后進(jìn)行施工，鉆進(jìn)中應(yīng)認(rèn)真鑒別并記錄各土層的層位和厚度變化，確定各支、盤(pán)位置是否需要調(diào)整。

5)遇到軟弱復(fù)雜地層，成孔后應(yīng)對(duì)支盤(pán)作業(yè)可能造成的影響提出事前要求，包括：

(1)遇上部軟弱地層或支盤(pán)位可能塌孔擴(kuò)徑時(shí)，應(yīng)檢測(cè)孔徑

(2)當(dāng)支盤(pán)位置出現(xiàn)嚴(yán)重坍塌時(shí)，應(yīng)提出補(bǔ)救措施

(3)成孔過(guò)程中穿越不同地層時(shí)，應(yīng)不斷調(diào)整泥漿指標(biāo)、鉆速、進(jìn)尺

6)支盤(pán)作業(yè)前，應(yīng)檢查油管、液壓裝置、弓壓壁分合情況，一切正常方可投入運(yùn)行。按設(shè)計(jì)要求支盤(pán)位置標(biāo)高，在支盤(pán)成型機(jī)伸縮管醒目地方及盤(pán)徑測(cè)量器測(cè)繩處標(biāo)注擠擴(kuò)支盤(pán)深度標(biāo)志。制作支盤(pán)成型轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤(pán)。

7)支盤(pán)作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)做好以下觀測(cè)和記錄：

(1)記錄首次擠擴(kuò)壓力值及各次壓力值，及擠擴(kuò)時(shí)間

(2)觀測(cè)設(shè)備起伏高度，記錄“上浮”量

(3)觀測(cè)泥漿水位變化，記錄孔口泥漿下降高度

8)每擠擴(kuò)成型一個(gè)承力盤(pán)后，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿，保持水頭高度，但不得注清水。成孔后遇有縮頸、塌孔或流砂時(shí)，會(huì)造成投放設(shè)備困難，應(yīng)終止操作，提出支盤(pán)成型機(jī)，妥善處理后，再繼續(xù)擠擴(kuò)支盤(pán)成型。承力盤(pán)成型機(jī)離孔后，立即補(bǔ)充泥漿，保持水頭壓力。

9)擠擴(kuò)支盤(pán)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)連續(xù)施工下道工序。成型完成時(shí)間至開(kāi)始灌注砼時(shí)間間隔應(yīng)控制在3-7小時(shí)以?xún)?nèi)。

10)對(duì)于樁徑大于1.2m、盤(pán)徑大于2.0m的支盤(pán)樁，應(yīng)增加對(duì)支、盤(pán)腔清理的有效措施

11)鋼筋籠的鋼筋接頭須避開(kāi)變徑處，主筋折彎應(yīng)嚴(yán)格按施工圖要求制作，折彎段上下兩倍樁徑范圍不得有焊接點(diǎn)。當(dāng)盤(pán)腔鋼筋過(guò)密時(shí)，應(yīng)保證盤(pán)腔處主樁鋼筋最小間距為混凝土粗骨料的4-6倍。

12)混凝土灌注宜采用商品混凝土，澆注混凝土?xí)r導(dǎo)管離孔底距離應(yīng)不大于0.5m，初灌量應(yīng)不小于3m³，即保證灌入混凝土面高出底盤(pán)頂1.0m以上，嚴(yán)禁將導(dǎo)管底端拔出混凝土面。

13)混凝土充盈系數(shù)根據(jù)不同土層、成孔工藝和成盤(pán)工藝、終孔至灌注的時(shí)間等因素，宜為1.05—1.25。

3結(jié)束語(yǔ)

本文歸納分析了大直徑擠擴(kuò)支盤(pán)樁技術(shù)，對(duì)大直徑擠擴(kuò)支盤(pán)樁的適用范圍、施工工藝、施工要點(diǎn)等進(jìn)行了總結(jié)。目前，擠擴(kuò)支盤(pán)樁技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用尚處于起步階段，雖然在工業(yè)與民用建筑等領(lǐng)域要較多的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但是在理論方面仍然需要加強(qiáng)研究。