橋梁樁基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

收稿日期：2024-01-04

作者簡介：趙冠軍（1987—），男，本科，工程師，從事路橋施工工作。

摘要 橋梁工程作為公路交通重要構(gòu)成，主要適用于復(fù)雜地形地貌環(huán)境的交通通行中。橋梁基礎(chǔ)多采取鉆孔灌注樁進行地基加固，其具備施工造價低和適應(yīng)性強等特點。鉆孔灌注樁施工隱蔽性較強，不合理的施工措施極易對橋梁造成安全隱患。文章依托新疆自治區(qū)內(nèi)某橋梁工程進行樁基礎(chǔ)設(shè)計，并且對鉆孔灌注樁施工要點進行分析，采取低應(yīng)變法對樁身完整性進行檢測。結(jié)果表明，鉆孔灌注樁的樁身完整性良好，不存在明顯缺陷。

關(guān)鍵詞 鉆孔灌注樁；基礎(chǔ)設(shè)計；完整性

中圖分類號 U445.551文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0143-03

0 引言

鉆孔灌注樁具備抗震能力強、承載強度高和適應(yīng)性強等特點，廣泛應(yīng)用于復(fù)雜地形地質(zhì)環(huán)境的橋梁建設(shè)中。鉆孔灌注樁的施工工序較多，現(xiàn)場施工操作不當(dāng)，則容易造成坍孔和斷樁等嚴(yán)重事故，不僅造成施工成本增大，而且影響橋梁下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，威脅橋梁使用安全。為此，針對鉆孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用分析具有重要的社會和經(jīng)濟意義。

1 工程概況

新疆奎屯市某橋梁工程設(shè)計長度為85 m，設(shè)計寬度為31 m，左右幅結(jié)構(gòu)布置，單幅設(shè)計寬度為15.5 m。橋梁全幅斷面設(shè)計如下：護欄（0.5 m）+人行道（3 m）+行車道（11.5 m）+分隔帶（1 m）+行車道（11.5 m）+人行道（3 m）+護欄（0.5 m）。橋梁人行道橫坡的坡度設(shè)計為1.5%，單幅橋面橫坡的坡度為2%。橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支空心板，設(shè)計跨徑為30 m+

25 m+30 m，混凝土C30；下部結(jié)構(gòu)橋墩為整體墻式構(gòu)造，重力式橋臺，橋墩通過13個小排架墩柱與上部結(jié)構(gòu)銜接，銜接處則采取擴大型柱頭，混凝土強度等級為C30。橋梁設(shè)計基準(zhǔn)使用年限為100年，設(shè)計安全等級為I級。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 地形地貌

橋梁建設(shè)場址位于市區(qū)南部，地形起伏相對較大，基礎(chǔ)位置鉆孔高程最大為198.5 m，最小為191.6 m，相對高差為6.9 m。地質(zhì)勘察過程中未出現(xiàn)地下管道、洞穴和墳?zāi)沟惹闆r。

2.2 場地地層巖性及分布特征

場地地層依據(jù)鉆孔資料揭露，由上至下分布如下：

（1）雜填土：雜色，人工堆填，內(nèi)含碎石、磚塊、塑料等，均勻性較差，整體松散，分布較為廣泛，厚度為0.5～6.5 m。

（2）粉質(zhì)黏土：灰褐色，內(nèi)含豐富有機質(zhì)，塑性較大，強度中等，主要為不連續(xù)分布，厚度為0.8～2.5 m。

（3）砂礫：第四系沖洪積層，灰色，顆粒級配較為一般，成分主要以長石和石英為主，內(nèi)部夾雜黏性土和粉砂，呈飽和狀，中密，均勻性較好，厚度為0.5～1.1 m。

（4）粉砂巖，風(fēng)化程度較高，呈可塑狀，軟化性明顯，分布較為均勻，實測標(biāo)貫擊數(shù)為35.9，土質(zhì)穩(wěn)定性較好，分布較為廣泛，厚度為2.2～3.5 m。

（5）泥砂巖，風(fēng)化程度一般，成巖較好，具較大軟化性，巖芯樣完整性較高，單軸抗壓強度為3.5 MPa，場地內(nèi)分布均勻，穩(wěn)定性良好，揭露厚度為23～27.9 m[1]。

經(jīng)室內(nèi)土工試驗，獲取地層承載力參數(shù)如表1所示：

表1 地層承載力參數(shù)

序號 名稱 承載力基本容許值[fa0]/kPa 鉆孔標(biāo)準(zhǔn)值

qik/kPa

建議值 標(biāo)貫值

1 雜填土 — — —

2 粉質(zhì)黏土 80 — 20

3 砂礫 210 210 60

4 粉砂巖 — 250 110

5 泥砂巖 — 410 130

2.3 不良地質(zhì)作用評價

經(jīng)現(xiàn)場勘察，橋梁場址環(huán)境水主要為地表水和地下水，場地未出現(xiàn)沉陷、裂縫等明顯病害。橋梁建設(shè)場地不良地質(zhì)發(fā)育不明顯，地層鉆孔勘察過程中未遇見管道管線、濱溝和洞穴等不利埋藏物。

3 樁基礎(chǔ)設(shè)計

3.1 方案分析

針對地質(zhì)環(huán)境及施工技術(shù)儲備，該橋梁基礎(chǔ)擬采取鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)形式?；A(chǔ)設(shè)計具體方案如下：依據(jù)橋梁關(guān)鍵結(jié)構(gòu)荷載形式，采取第5層中風(fēng)化泥砂巖作為持力層；泥砂巖層具備良好完整性，成巖狀況良好，不存在軟弱層及破碎帶，可作為鉆孔灌注樁持力層。樁長應(yīng)深入泥砂巖層1～2 m。此外，受限于場地施工空間，鉆孔灌注樁主要采取旋挖鉆機進行機械成孔，成孔過程中需要利用沖擊鉆配合。通過前期灌注樁承載強度和變形等技術(shù)指標(biāo)分析，樁基礎(chǔ)承臺埋深1.8 m，鉆孔灌注樁設(shè)計樁徑為1.2 m，樁長設(shè)計為16.5 m，樁間距為3 m，樁數(shù)為5根，混凝土強度等級為C30。

3.2 施工部署

該橋梁下部樁基礎(chǔ)共設(shè)計20根灌注樁，樁徑均為1.2 m。旋挖鉆機施工成孔之前，需要在護筒埋設(shè)位置換填雜填土，并且進行分層壓實處理，確保鉆孔過程的穩(wěn)定性。建設(shè)區(qū)域采取4臺旋挖設(shè)備（型號為XR-350）進行鉆孔施工，相關(guān)設(shè)備機具及人員配置如表2所示。鉆孔灌注樁施工技術(shù)流程如圖1所示。

表2 施工主要設(shè)備機具和人員配置

類別 數(shù)量 動力/kw（投入情況）

設(shè)備機具 XR-350旋挖機 4臺 —

挖掘機 2臺 —

汽車吊 2臺 —

電焊機 5臺 8

泥漿泵 2臺 12

人員分布 鋼筋工 15人 單天制備4個鋼筋籠

機械操作工 12人 2班制分組旋挖鉆孔

混凝土工 10人 2班制分組混凝土灌注

電工 2人 現(xiàn)場接線、設(shè)備運維

圖1 鉆孔灌注樁施工流程

4 鉆孔灌注樁施工工藝

4.1 護筒埋設(shè)

灌注樁鉆孔前需要進行護筒埋設(shè)，這有助于確保鉆孔的垂直度，避免出現(xiàn)塌孔病害。護筒埋設(shè)則需要事先采取挖機挖坑、旋挖鉆孔，護筒埋設(shè)長度需要依據(jù)孔位地質(zhì)水文環(huán)境進行確定。護筒頂部高程需要略高，確保孔外水位低于泥漿面。護筒埋深3 m，銅質(zhì)材料，厚度為10 mm，在護筒設(shè)置處進行砂土換填，并且夯實護筒周圍填土，護筒埋設(shè)誤差應(yīng)小于5 cm。灌注混凝土強度滿足設(shè)計要求時才能夠拆除護筒。

4.2 泥漿制備

鉆孔過程中需要加強制備泥漿的質(zhì)量控制，合理的泥漿性能有助于穩(wěn)定孔壁。泥漿配比需要經(jīng)實驗確定，泥漿稠度需要滿足技術(shù)要求。泥漿制備采取的黏土塑性指數(shù)為26，粒徑小于0.075 mm，含量大于75%。配備泥漿黏土稠度為16～24 Pa·s，黏土層比重為1.05～1.1，pH為8～11，砂層稠度為20～25 Pa·s，含砂率在5%～9%之間，膠體率不小于95%。鉆孔階段需要合理處置廢棄泥漿，避免泥漿污染施工場地[2]。

4.3 鉆孔、清孔

4.3.1 鉆孔

鉆孔前需要確定鉆孔位置，明確鉆孔設(shè)備。依據(jù)實際建設(shè)環(huán)境，進行現(xiàn)場試鉆，優(yōu)化鉆孔參數(shù)，對試鉆設(shè)備運行狀況和孔壁穩(wěn)定性等進行分析。試鉆完成后，需要分析檢測曲線，對地層情況進行合理判斷。項目采取回旋鉆機成孔，鉆孔中需要注意鉆進的垂直度，避免鉆孔傾斜。在鉆進過程中遇見堅硬土層時，則需要適當(dāng)調(diào)整鉆進速率，增大護壁泥漿供給；鉆孔地質(zhì)較差時，則采取清水鉆孔形式，加強孔壁泥漿保護效果。場地鉆孔中依據(jù)實際土層情況調(diào)整鉆進壓力，控制鉆速在100～120 r/min的范圍內(nèi)。

4.3.2 清孔

鉆孔完成之后則需要清孔處理，避免樁基承載力受到孔底沉渣的影響。清孔主要依賴泥漿較大的流動性，促使孔內(nèi)砂礫、沉渣等雜質(zhì)排出孔外?？變?nèi)沉渣厚度可采取超聲波法進行測定。項目清孔主要采取正循環(huán)清孔方式，相較于泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)，該方法的施工成本相對較低，且施工效率較高。旋挖樁鉆孔需要開展二次清孔，首次清空的沉渣厚度可放松控制要求，二次清孔則需要降低泥漿比重（1.05～1.1），二次清孔的沉渣厚度需要小于100 mm。清孔需采用直徑為300 mm、厚度為4 mm的無縫鋼管[3]。清孔之后需要對泥漿指標(biāo)進行測定（含砂率3%，黏度為15～20 Pa·s），滿足技術(shù)要求后進行后續(xù)操作。

4.4 制作和吊放鋼筋籠

4.4.1 鋼筋籠制作

鋼筋籠制作前需要對材料進行外觀和性能檢測，如強度、長度、直徑和數(shù)量等。鋼筋籠長度和直徑均較大時，則可增設(shè)加強筋。為確保鋼筋籠吊放的穩(wěn)定性，鋼筋籠可采取分節(jié)制作，設(shè)置耳環(huán)。鋼筋籠制作偏差需要滿足以下基本要求：主筋間距偏差不大于10 mm，總長度偏差不大于100 mm，保護層厚度不大于10 mm。鋼筋籠采取機械連接，為確保鋼筋籠的制作質(zhì)量，應(yīng)通過臺架精準(zhǔn)定位和拼裝，標(biāo)記主筋，實現(xiàn)鋼筋對接的準(zhǔn)確性。

4.4.2 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠現(xiàn)場運輸?shù)跹b階段，需要加強鋼筋籠的變形控制，鋼筋籠安裝要緩慢操作，安裝主要采用吊運設(shè)備進行吊裝，安裝需要準(zhǔn)確對孔，避免對孔壁造成一定破壞，鋼筋籠放置到設(shè)計位置后要及時固定處理；鋼筋籠進入孔內(nèi)后，則需要進行加固，避免在導(dǎo)管安裝和混凝土灌注階段出現(xiàn)一定的位置偏移。鋼筋籠吊裝主要采取雙吊點方法，吊裝前需要對吊筋數(shù)量進行計算分析，現(xiàn)場采取30 t吊車操作吊裝，吊筋需要和鋼筋籠的加強筋通過雙面焊進行銜接，吊筋另外一段應(yīng)設(shè)計成圓環(huán)以方便鋼筋籠的運輸[4]。

4.5 混凝土灌注

清孔完成且沉渣厚度滿足技術(shù)規(guī)范之后，則可開展混凝土灌注工作。鉆孔灌注樁混凝土強度等級為C30。在灌注之前，需要對混凝土坍落度進行檢測（180～220 mm）?？椎缀涂變?nèi)管道間距不能大于30 cm?；炷凉嘧⑦^程中需要動態(tài)觀測平衡閥參數(shù)，簡單計算混凝土的需求量。首批混凝土灌注中，導(dǎo)管需要經(jīng)過水密性試驗，且導(dǎo)管布設(shè)深度不小于0.8 m，合理控制導(dǎo)管的提升速度?；炷凉嘧⑿枰B續(xù)進行，盡量控制混凝土灌注總時間在1 h內(nèi)完成；導(dǎo)管拆除時間則不能超過15 min；最后成樁的樁頂標(biāo)高需比設(shè)計標(biāo)高超出1 m左右，并且對多余部分進行及時處理，保留0.1～0.2 m的露出高度；混凝土強度超過5 MPa后則要及時拔出護筒[5]。

5 樁基檢測

5.1 檢測方案

鉆孔灌注樁施工完成后，需要對樁身質(zhì)量進行檢測。樁身完整性需考慮樁身尺寸和材料連續(xù)性的綜合指標(biāo)，項目采取低應(yīng)變法對樁身完整性進行測定。工程樁均為實心樁，樁檢測點位置均設(shè)置在距樁心2/3處，如圖2所示。測試設(shè)備為基樁動測儀，單根工程樁利用小錘敲擊樁頂?shù)拇螖?shù)需大于10次。樁身阻抗變壓位置則可通過測定應(yīng)力波傳播速度、初始激勵與阻抗反射時間差進行確定，阻抗變化強度則可通過速度曲線變化幅度進行判定[6]。

5.2 結(jié)果分析

選取8根工程樁進行樁身的完整性檢測，結(jié)果統(tǒng)計如表3所示。檢測波速設(shè)計為3 800 m/s，最終獲取的曲線較為平穩(wěn)，不存在明顯突變位置，所檢測樁的完整性較好，均為Ⅰ類。

圖2 檢測布置示意圖

表3 樁身完整性檢測結(jié)果

樁徑/m 波速/（m/s） 樁等級 完整性

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

1.2 3 800 Ⅰ 完整

6 結(jié)論

橋梁工程多跨越復(fù)雜地形，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到橋梁基礎(chǔ)施工質(zhì)量的影響。鉆孔灌注樁作為橋梁主要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，能夠有效提升橋梁承載強度，避免出現(xiàn)較大的沉降。該文結(jié)合新疆維吾爾自治區(qū)奎屯市某三跨鋼筋混凝土空心板梁的建設(shè)環(huán)境進行樁基礎(chǔ)方案設(shè)計，并且就鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵流程進行分析，最后采取低應(yīng)變法對樁身完整性進行抽樣檢測。結(jié)果表明，所施工鉆孔灌注樁的樁身完整性較好，均為Ⅰ類。該文所做研究能夠為類似項目建設(shè)提供一定參考。

參考文獻

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