楊杰

山西路橋第六工程有限公司 山西晉中 030600

在我國公路交通體系中，公路橋梁工程是一大重要構(gòu)成部分，公路橋梁工程具有很多特點，如建設(shè)成本大、施工技術(shù)要求高等。在我國公路橋梁工程中，橋墩是重要基礎(chǔ)，橋墩要想穩(wěn)定深入到基巖中，橋墩一定要具有較高的穩(wěn)定性與承載能力。在現(xiàn)階段中，沖孔灌注樁是一種常見的樁基礎(chǔ)，該樁基礎(chǔ)具有很強的適用性，在各種類型的地質(zhì)環(huán)境中都是非常適用的，針對在沖擊作用下所形成的孔壁，具有多種優(yōu)勢特點，如便于操作、堅固、成孔過程能耗低等?；诖?，本文就大橋橋墩沖孔灌注樁設(shè)計與施工注意事項展開了深入探討。

1 沖孔灌注樁施工技術(shù)概述

從本質(zhì)上分析，沖孔灌注樁技術(shù)是一種灌注樁技術(shù)。沖孔灌注樁指的是通過沖擊鉆機把沖錘提升至一定高度，然后借助其自由落體運動形成的沖擊力實現(xiàn)地基巖石的切削，逐漸地形成具有直徑、深度的孔，同時從孔內(nèi)安裝鋼筋籠以及灌注混凝土，最后形成具有良好承載力的樁體。

沖孔灌注樁存在一個顯著的優(yōu)勢特點，即對各種不同類型的地質(zhì)環(huán)境具有極強的適應(yīng)能力，不但能夠?qū)︼L化巖層、砂土、礫石、粉土、鉆土進行有效適用，而且還能夠適用于很多復(fù)雜的水文情況與地質(zhì)情況，如地下水極為豐富、存在構(gòu)筑物或者鋼筋混凝土構(gòu)件、軟弱夾層等。另外，在對土層進行沖擊過程能夠產(chǎn)生沖擊作用，形成比較堅固的孔壁，在漂礫石層、卵礫石層中具有比較高的施工成孔率；該施工技術(shù)便于操作，比較容易掌握相關(guān)鉆進參數(shù)，機械設(shè)備故障發(fā)生率比較??；針對鉆孔過程中產(chǎn)生的鉆渣，通過在孔內(nèi)泥漿循環(huán)作用下能夠排出到地面，同時能夠保持孔壁的穩(wěn)定性；在進行沖進過程中，在對鉆具進行提升時才會需要動力，鉆具在進行自由下落沖擊過程中，并不會對動力造成任何消耗。在現(xiàn)階段中運用沖孔灌注樁時，一般選用直徑在0.8m-1.5m的樁孔，最大直徑為2.5m，沖孔的深度能夠高達50m，所以在承載力與動荷載大的公路橋梁工程中可以選用沖孔灌注樁。其中，沖孔樁機示意圖，如圖1所示。

1.1 沖孔灌注樁類型

結(jié)合不同類型的沖擊鉆頭，沖孔灌注樁主要包含了鉆桿式灌注樁與鋼絲繩式灌注樁。以鉆桿式?jīng)_擊鉆為例，其成孔直徑比較小，且效率低，現(xiàn)如今已經(jīng)很少采用；而鋼絲繩沖擊鉆能夠結(jié)合設(shè)計孔徑要求調(diào)整鉆頭尺寸，同時沖錘的重量處于3000kg至10000kg，適用性比較強，是沖孔灌注樁普遍采用的一種形式[1]。

1.2 沖孔灌注樁優(yōu)劣勢及適用性

沖孔灌注樁造成的影響比較小，而且樁長與樁徑都能夠結(jié)合設(shè)計規(guī)定要求進行合理調(diào)整，樁端需要插入到結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的基巖層內(nèi)，單樁具備良好的承載力。但是沖孔灌注樁的施工流程比較復(fù)雜，針對施工操作水平有著較為嚴格的要求，同時鉆孔施工階段存在安全隱患，需要一定的技術(shù)間隔時間才可以承受荷載，尤其是冬季施工受到的條件相對偏多。

沖孔灌注樁基本適用于：黏土層、砂土層、粉土層、填土層以及裂隙較為發(fā)育地層等，可以使用的范圍比較廣，樁體直徑處于600mm至2500mm之間，其中最大的沖孔深度接近是300m[2]。

1.3 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

第一，樁基礎(chǔ)在施工過程中常常會涉及到多變復(fù)雜的水文地質(zhì)條件與工程地質(zhì)條件、多種不同類型的樁。在最近幾年中，隨著我國橋梁工程施工技術(shù)的不斷快速發(fā)展，樁基礎(chǔ)施工機械設(shè)備變得越來越為復(fù)雜與專業(yè)，相應(yīng)地，有效推動了我國樁機施工工藝、使用用途范圍、新品種的不斷快速發(fā)展。第二，隨著我國施工技術(shù)水平的不斷提高，我國樁基礎(chǔ)施工工藝變得越來越為標準與完善，同時有效提高了我國樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。第三，自從我國對施工環(huán)保標準、施工場地文明提出越來越為嚴格的要求，人們越來越重視樁基礎(chǔ)施工環(huán)境效應(yīng)消減問題。第四，隨著我國公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，人們對公路橋梁結(jié)構(gòu)的承載力提出越來越高的要求，為實現(xiàn)綠色低碳施工，施工單位的綠色環(huán)保施工理念在不斷加強，再加上隨著公路橋梁施工現(xiàn)場水文條件、工程地質(zhì)條件變得越來越復(fù)雜，施工工藝需要朝著多元化方向進行發(fā)展。

2 工程實例

2.1 項目背景

此公路工程項目的全線長度是28.35km，起訖樁號是K21+538--K49+888，采用的是雙向四車道，設(shè)計的行車速度是60km/h。該項目包含了一座跨河大橋，主橋結(jié)構(gòu)采用的是連續(xù)鋼構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)是預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁（跨徑是66m+130m+66m），大橋的長度是338.5m，橋面的寬度是15.5m。通過對大橋項目現(xiàn)場地質(zhì)情況進行勘察發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)主要表現(xiàn)是巖溶低山類洼地，其中河谷呈現(xiàn)為V字型，河流右岸邊上石灰?guī)r表面存在較為嚴重的溶化現(xiàn)象，而且溶孔、溶溝等較為發(fā)育，地形比較陡峭；而河流左岸邊上地形平緩，河流漲水后左岸大部分都會被水淹沒?？紤]到普通旋轉(zhuǎn)鉆機難以進行溶洞的有效處理，同時洞底石灰?guī)r較為堅硬，鉆機鉆進施工尤為困難，所以綜合分析大橋項目現(xiàn)場地質(zhì)條件及施工要求等要素，最后確定大橋橋墩施工采用沖孔灌注樁施工技術(shù)。

2.2 沖孔灌注樁設(shè)計

樁體設(shè)計。從沖孔灌注樁方面分析，其承載力基本分為巖土層側(cè)向阻力、樁體和巖層之間的嵌固力、樁體端的豎直向承載力。此項目中單個灌注樁的承載力R主要根據(jù)公式①進行計算[3]。通過調(diào)查統(tǒng)計大橋項目的橋體自重與車輛的載荷，大體估算確定的單樁承載力處于5500kN至6200kN之間。此大橋項目的承載結(jié)構(gòu)選擇的是沖孔灌注樁（其直徑φ=1000mm）。

公式①中：q代表的是樁體底端的單位面積阻力值；A代表的是樁體底端的橫截面積；μ代表的是樁身的周邊長度；qi代表的是第i層巖土層側(cè)面的摩擦系數(shù)；li代表的是第i層的巖土厚度。

樁端下溶洞頂板厚度設(shè)計。以巖溶區(qū)樁體設(shè)計為例，通常要求樁端與溶洞頂板之間的安全厚度 d5h＞ （d代表的是樁徑）。但是考慮到大部分溶洞的發(fā)育相對偏淺，而樁體的長度為了能夠符合承載力規(guī)定要求就必須進行打穿溶洞，所以就會增加施工難度以及施工成本。此大橋項目現(xiàn)場地質(zhì)表現(xiàn)為巖溶性地質(zhì)，而且包含了很多小溶洞，所以在設(shè)計階段應(yīng)高度重視樁底與溶洞之間的安全距離，以免樁體底部出現(xiàn)露空現(xiàn)象，從而嚴重影響其承載力。此項目在進行安全距離設(shè)計時選擇的是圖1厚度計算模型，結(jié)合“鋼混板沖切構(gòu)件”公式②能夠計算得出持力層厚度h[4]。通過計算確定此大橋橋墩樁體的底端與溶洞之間的安全距離處于2.5d至3.0d。

公式②中：F代表的是樁體持力層載荷；β代表的是截面高度影響系數(shù)，此項目中的取值是0.85；f代表的是石灰?guī)r抗拉強度，此項目中的取值是0.8MPa；d代表的是樁體直徑，此項目中的取值是1000mm；h代表的是持力層厚度。

2.3 注意事項

沖孔施工注意事項。成孔效果直接關(guān)系著沖孔灌注樁的施工質(zhì)量。此項目中沖擊成孔選擇的是泥漿護壁方式，所以在沖孔施工過程中必須注意下述幾個方面：①塌孔。若是在沖孔施工階段出現(xiàn)了塌孔現(xiàn)象，則必須及時將護筒拆除同時回填處理沖孔，然后重新埋設(shè)護筒與打孔。若是孔內(nèi)發(fā)生了坍塌，則需要查找塌孔具體位置，然后選擇“砂+黏土質(zhì)”混合料回填到塌孔部位之上約1m，并重新進行打孔；②孔垂直度。若是沖孔垂直度未能符合設(shè)計規(guī)定要求，則需要從孔偏斜部位通過反復(fù)地提升鉆機實現(xiàn)掃孔處理，一直到孔的垂直度符合規(guī)定要求。若是采用掃孔處理措施仍然不能有效解決彎孔問題，則需要選擇“卵石+粘質(zhì)土”混合料實施回填處理，當回填位置的密實度達標之后，重新進行鉆孔；③卡鉆與掉鉆。若是鉆孔施工階段發(fā)生了卡鉆現(xiàn)象，則嚴格禁止強行提升，首先需要對鉆頭的具體位置進行確定，然后晃動鋼絲繩以促進鉆頭松動，最后緩慢、勻速地提升鉆頭[5]。若是出現(xiàn)了掉鉆問題，同時無護筒等相關(guān)防護措施，嚴格禁止一切施工人員入孔。在確定入孔之前，必須規(guī)范佩戴各項安全防護設(shè)施，通過專業(yè)設(shè)備對孔內(nèi)的危害氣體進行檢測，當孔內(nèi)環(huán)境符合安全標準要求之后才可以進孔查看。若是鉆孔過程中遇到了堅硬巖石層，必須合理地減小沖擊頻率，待鉆頭達到穩(wěn)定狀態(tài)之后才能夠持續(xù)鉆進。

混凝土灌注注意事項。此項目中混凝土灌注施工必須注意下述幾個方面：①超灌?？妆谔且l(fā)超灌現(xiàn)象的一項重要因素，所以需要合理地延長混凝土灌注施工的間隔時間，此項目中混凝土灌注時間應(yīng)從40min提升至120min，并對混凝土的坍落度進行控制與調(diào)整，從180mm減小到150mm[6]。還可以減小混凝土灌注施工速度，如果塌孔現(xiàn)象較為嚴重，則必須選擇鋼護壁進行施工；②堵管。在混凝土灌注施工中若是發(fā)生了堵管現(xiàn)象，則應(yīng)先檢查混凝土的坍落度，可以合理地增加坍落度。確定混凝土的初凝時間，以免出現(xiàn)導(dǎo)管被埋，也可以適當?shù)亩秳訉?dǎo)管，但是必須嚴格控制抖動幅度，以免發(fā)生斷樁現(xiàn)象。

3 結(jié)語

文章結(jié)合大橋工程項目實際情況，重點研究了橋墩沖孔灌注樁設(shè)計及施工注意事項。實踐表明，采用沖孔灌注樁技術(shù)顯著提升了樁體施工質(zhì)量，其承載力完全符合設(shè)計規(guī)定要求，通過檢測橋墩無下沉現(xiàn)象，而且取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益，為類似橋梁項目的施工提供了借鑒。