鉆孔灌注樁技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用研究

楊鳳銀

（扶溝縣交通運輸局,河南 周口 461300）

0 引言

在公路橋梁建設(shè)施工中，鉆孔灌注樁施工技術(shù)具有操作性強、施工簡便以及高效等突出優(yōu)勢，能較好地改善施工場地的土體構(gòu)造，將工程區(qū)域地質(zhì)不穩(wěn)定、氣候變化等外部因素的不利影響降至最低。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)能適應(yīng)于不同地質(zhì)條件，抗震能力強，因此成了公路橋梁的主要基礎(chǔ)形式[1]。學(xué)者姚明鑫圍繞高速公路橋梁建設(shè)中鉆孔灌注樁的泥漿性能與機械效率展開了分析，針對不同條件下的泥漿調(diào)配進行研究，對施工過程中由于泥漿各指標(biāo)不足可能引起的風(fēng)險進行了研判，為提升高速公路橋梁鉆孔灌注樁施工質(zhì)量提供了借鑒[2]。該文對公路橋梁建設(shè)施工中的灌裝柱技術(shù)應(yīng)用、施工工藝以及操作流程展開研究并進行了試驗測試分析，通過在施工過程中不斷測試灌裝柱的單樁性能，得出了實際樁徑和樁長合理數(shù)值，結(jié)果表明，鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用能夠滿足公路橋梁的承載力要求，取得了較好的施工效果。

1 鉆孔灌注樁技術(shù)施工工藝研究與應(yīng)用

1.1 鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

鉆孔灌注樁施工技術(shù)是指在工程地基上進行鉆孔作業(yè)，再通過壓力將水泥砂漿注入縫隙當(dāng)中，有效地改善了地基的強度，為公路橋梁工程施工奠定堅實基礎(chǔ)。在實際的施工過程中，樁基的作用是將受到的上部荷載傳遞到地基，由此提高了承受建筑自身荷載的能力，也保證了結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。此次研究針對大直徑的鉆孔灌裝柱的承載特性、穩(wěn)定性和安全性進行研究，對橋梁施工鉆孔灌注樁施工技術(shù)展開分析。

鉆孔灌注樁施工工藝的具體流程：首先在樁位進行放線、埋設(shè)護筒，然后定位樁機并沖擊成孔，再對鉆孔深度進行測定并處理孔洞，將制作的鋼筋籠安裝進孔，再安裝導(dǎo)管，此時需要對孔進行二次清洗，使冗余的泥漿循環(huán)使用后即進行沖擊成孔。根據(jù)不同的施工過程，有幾個要點和原則需要注意。在護筒的外部需要焊接加裝加強筋，在挖護筒坑時，需要深入至地下的原土大概25 cm 左右，坑深度應(yīng)大于1.5 m，護筒坑的直徑應(yīng)該大于護筒外徑大概50 cm。埋設(shè)護筒時，護筒的內(nèi)直徑應(yīng)大于沖孔樁樁徑的15 cm。安裝護筒之后，還應(yīng)該將護筒外壁的三維孔隙用黏土填充緊實。沖孔之前，要科學(xué)制定泥漿的配合比，由于采用的是膨潤土進行泥漿的制備，要求其塑性指數(shù)應(yīng)大于25 mm，泥沙含量需大于50 kg/m3。為了保證樁機的穩(wěn)定運行，沖孔過程中應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的土質(zhì)勘察情況，按照實際情況放置枕木，應(yīng)避開鋼護筒。沖孔作業(yè)時，采用0.5 m 左右的低揚錘進行沖擊，適量添加黏土和鵝卵石可以使土體和粒料之間互相碾壓，防止孔壁脫落，還應(yīng)注意孔位和樁位的偏差情況，如有偏差要采用片石等材料回填孔洞[3]。

清孔是沖孔作業(yè)中的重要操作流程，施工中應(yīng)及時清理所產(chǎn)生的殘渣，避免重復(fù)產(chǎn)生破碎而影響沖孔的效率。在清理殘渣過程中，如果存在呈漂浮狀態(tài)的殘渣，則需要進行二次或者多次清理，還應(yīng)注意檢查孔口返漿的比重問題，應(yīng)觀察孔底的沉渣厚度是否符合標(biāo)準后才能繼續(xù)施工[4]。鋼筋籠的制作安裝，要嚴格按照設(shè)計圖紙制作，確保鋼筋籠的尺寸、外形符合要求，焊接加強筋時應(yīng)采取雙面焊的方式進行，其搭接的長度應(yīng)大于5 d。鋼筋籠吊運過程中要避免變形或損壞，安裝后應(yīng)及時對其進行加固處理，避免發(fā)生位移。公路橋梁施工中鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量標(biāo)準如表1 所示。

表1 鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量標(biāo)準數(shù)值表

1.2 基于鉆孔灌注樁技術(shù)的公路橋梁施工應(yīng)用

以某公路橋梁工程為例，該橋梁跨越河谷，施工區(qū)域地勢東南低，西北高，整體地形連接相對平緩。建設(shè)施工開始前，首先要對施工場地進行清理，設(shè)置泥漿區(qū)域、沉淀區(qū)域、機械設(shè)備放置區(qū)域。施工設(shè)備主要包括ZK8000 沖樁機、吊機、水下導(dǎo)管等，應(yīng)及時設(shè)置防護圍欄。其次，要對施工場地進行勘測，設(shè)立橫向軸線與縱向軸線的標(biāo)記點，再進行組裝樁基和護筒埋設(shè)作業(yè)。

護筒內(nèi)直徑應(yīng)大于沖孔樁樁徑15 cm，鋼護筒壁厚6~12 mm，高1.5 mm，安裝完成后要用黏土進行回填并按壓緊實。再采用孔中的土體制備泥漿，合理添加黏土及外加劑，泥漿池容積不得小于單樁孔容積的1.5 倍[5]。泥漿性能指標(biāo)初始配置中，泥漿的相對密度應(yīng)保持在1.05~1.10 g/cm，黏度為17.0~19.0 s，含沙率小于3%。在沖進過程中，相對密度保持在1.04~1.09 g/cm，黏度為17.0~22.0 s，含沙率小于3%。沖孔作業(yè)施工要采用0.4~0.6 m左右的低揚錘進行沖擊操作，護筒放入刃腿以下2 m 左右，操作中應(yīng)設(shè)置1 m 左右的沖程，在黏土層設(shè)置2 m的沖程，操作中應(yīng)適時清洗鉆孔頭上的泥塊[6]。在粉砂層應(yīng)設(shè)置2~3 m 的沖程，要加大沖擊的頻率，泥漿的密度保持在12~15 g/cm 左右。在沙土或者鵝卵石層要設(shè)置3~4 m 的沖程，要及時清理產(chǎn)生的沉渣，泥漿密度應(yīng)控制在13 g/cm；在塌孔回填的過程中，要采用較小的沖程進行循環(huán)反復(fù)沖擊，泥漿密度控制在13~15 g/cm 左右。

采用吊車對鋼筋籠實施安裝，操作中應(yīng)采取分段加工、垂直入孔的方式，要控制位置使其受力均勻。焊接時要連接嚴密，無焊渣出現(xiàn)，要求同一截面的鋼筋數(shù)量不超過總量的一半，完成后檢查連接的緊密性和牢固程度，再檢查沉淀層厚度。安裝導(dǎo)管過程中，首先要對導(dǎo)管的承受度進行測試，防止爆裂，導(dǎo)管的孔徑一般要求在40 cm 左右。灌注施工前要清理和檢查混凝土攪拌物，灌注施工中要控制灌注的速度和量，要求時長不超過8 h，避免孔壁不穩(wěn)定而造成塌孔。為了防止橋柱出現(xiàn)縫隙，灌注開始之后不能隨意中斷，要注意控制高度，導(dǎo)管的埋置深度要控制在2~6 m 之間。沖孔過程中，應(yīng)結(jié)合土壤結(jié)構(gòu)并適當(dāng)調(diào)整泥漿比例，以防止孔壁出現(xiàn)不穩(wěn)定、坍塌或控制孔位置產(chǎn)生偏差等問題。清孔過程中，要控制底部礦渣和浮渣，防止過量礦渣對成樁產(chǎn)生影響。鋼筋籠的制作和組裝應(yīng)符合設(shè)計和規(guī)范，確保鋼筋籠的尺寸和垂直度符合必要的標(biāo)準。澆筑混凝土?xí)r，需要適當(dāng)控制初始灌注量和速度，防止鋼筋籠受到損壞和鋼筋籠偏移或上浮。在各施工環(huán)節(jié)，嚴格遵循施工規(guī)范、了解工藝施工要點，確保取得高質(zhì)量的成果，全面提高公路橋梁的工程綜合效益。

2 鉆孔灌注樁技術(shù)應(yīng)用公路橋梁效用實驗

2.1 公路橋梁數(shù)據(jù)準備及實驗設(shè)計

為了驗證此次研究的鉆孔灌注樁施工技術(shù)以及樁基礎(chǔ)施工效果，開展試樁實驗測試，其實驗數(shù)據(jù)來源于某高速公路某大橋的鉆孔灌注樁測量記錄。通過試樁實驗，對不同的樁長和樁徑進行和荷載實驗，進一步驗證鉆孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用于公路橋梁的具體效果，其中適應(yīng)度結(jié)果采用實驗數(shù)據(jù)的相關(guān)內(nèi)容得出。實驗分為A、B兩組，分別對試樁增加荷載，相關(guān)的詳細數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 試樁具體信息以及實驗加載與卸載設(shè)計

該次實驗過程中選取A2，B2 進行方案對比，在原試驗方案中計算出A2 的樁徑值為1.3 m，樁長為36 m，體積為47.85 m3，B2 的樁徑為1.3 m，樁長為25 m，體積為33.49 m3。此次研究優(yōu)化的方案得出的結(jié)果與之進行對比。

2.2 實驗結(jié)果統(tǒng)計與計量分析

對實驗試樁的沉降量進行了相關(guān)記錄，兩組試樁的荷載－沉降曲線如圖1?？梢钥闯?，A1 的最大加載量為22 010 kN，最大沉降量為41.052 mm，A2 的最大加載量為23 000 kN，最大沉降量為40.358 mm，B1、B2 的最大加載量均為19 000 kN 左右，B1 的最大沉降量為40.51 mm，B2 的最大沉降量為40.975 mm。

圖1 兩組試樁的荷載—沉降曲線

該次研究考慮了鉆孔灌注樁在施工過程中的各個施工階段，如圖2 為選取了A2，B2 進行的相關(guān)實驗，得出A2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m，29.987 m，建議值為1.4 m、30 m，由此得出最佳試樁體積為46.15 m3，減少的百分比為3.55%。得出B2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m、21.845 m，建議值為1.35 m、22 m，由此得出最佳試樁體積為31.18 m3，減少的百分比為6.89%?？梢妰?yōu)化對混凝土的預(yù)算和體積都有減少。

圖2 A2、B2 適應(yīng)度值與樁長樁徑

3 結(jié)論

為了保證公路橋梁的承載能力，此次研究對施工過程處理和原則進行分析，對灌注過程中的相關(guān)施工過程進行探討，通過測試得出相應(yīng)的單樁樁長和樁徑。實驗表明，A2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m、29.987 m，建議值為1.4 m、30 m，由此得出最佳試樁體積為46.15 m3，減少的百分比為3.55%。B2 最佳樁長、樁徑分別為1.399 m、21.845 m，建議值為1.35 m、22 m，由此得出最佳試樁體積為31.18 m3，減少的百分比為6.89%?？梢钥闯?，此次研究的鉆孔灌注樁技術(shù)對公路橋梁施工具有良好的效用。在鉆孔灌注樁技術(shù)具體操作過程中，結(jié)合施工現(xiàn)場情況，在確定灌注量及樁身尺寸的基礎(chǔ)上，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，從而提高工程質(zhì)量，既節(jié)約混凝土用量，又保證承載能力。但是此次研究僅對公路橋梁的單樁樁長、樁徑進行了測試，只考慮了樁身的體積和材料，還需要考量更多的參數(shù)如經(jīng)濟成本，所以還有待進一步研究和改進。