馬輝

（菏澤交投高速公路有限公司，山東 菏澤 274000）

1 引言

近年來， 公路橋梁建設(shè)面臨的地質(zhì)環(huán)境及施工技術(shù)日趨復(fù)雜化，在樁基礎(chǔ)施工過程中更易受周邊環(huán)境、施工技術(shù)等因素干擾。 部分學(xué)者將摩擦樁、支承樁兩種樁基礎(chǔ)進(jìn)行比較，明確不同樁基礎(chǔ)施工方案適用的地層承載力條件與樁周摩擦力等指標(biāo)，為施工技術(shù)方案選型提供思路；部分學(xué)者將先下鋼圍堰后成樁、先成樁后做鋼圍堰兩種施工方案進(jìn)行比較，并界定不同方案的具體適用范圍。 基于現(xiàn)有研究成果，本文對公路橋梁樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究， 希望能為同類樁基礎(chǔ)施工及技術(shù)管理提供借鑒。

2 項(xiàng)目案例

2.1 工程概況

以東溝河大橋工程為例， 項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于徐民高速單曹段單縣曹莊鄉(xiāng)，橋梁跨越東順河省級森林公園、東溝河、單縣連接縣建設(shè)，中心里程為K33+748.5，橋梁全長417.5 m，橋面寬度設(shè)計(jì)為0.5 m+11.75 m+0.5 m， 孔跨布置為3×30 m+3×25 m+4×30m+5×25 m。 橋梁上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，采用先簡支構(gòu)造、后橋面連續(xù)工藝；下部結(jié)構(gòu)為雙柱式墩，采用鋼筋混凝土肋板埋置式橋臺，其中墩臺基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計(jì)。 全橋共設(shè)5 道伸縮縫，4 片梁，梁間距設(shè)計(jì)為3.15 m，在0 號、15 號兩橋臺后方沿線路坡度各搭設(shè)長10 m 搭板。 該公路屬于Ⅰ級公路，汽車荷載等級為允許最大車重55 t，抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，橋梁設(shè)防類別為B 類[1]。

2.2 水文地質(zhì)條件

該項(xiàng)目中擬建橋梁位于黃河沖積平原區(qū)，地形平坦、起伏小，地面標(biāo)高42.8～45.8 m。 地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，勘察深度內(nèi)揭示地層主要為第四系全新統(tǒng)地層， 各土層由上至下包含種植土、填筑土、粉土、軟弱土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂等，大體分為Ⅰ級松土、Ⅱ級普通土兩類。 地表水系較發(fā)育，多以大氣降水作為徑流補(bǔ)給；地下水賦存在第四系全新統(tǒng)沖擊層中，以潛水為主，地下水位埋深為2.3～3.5 m。 橋址區(qū)地處中緯度地區(qū)，屬溫帶季風(fēng)型大陸氣候， 全年夏熱冬冷， 降水時(shí)空分配不均，累計(jì)年平均日照時(shí)數(shù)為2 317.9～2 556.9 h，年平均降水量為662.7 mm，年平均氣溫為13.5～14.0 ℃[2]。

3 鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 施工方案及工藝流程

將多種樁基礎(chǔ)施工方案進(jìn)行比較分析，確認(rèn)該項(xiàng)目中橋梁樁基采用泥漿護(hù)壁、旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔方式，采用鋼護(hù)筒，混凝土由拌和站集中攪拌、統(tǒng)一運(yùn)輸，配合導(dǎo)管法灌注水下混凝土。 施工流程如圖1 所示。 根據(jù)現(xiàn)場勘察結(jié)果進(jìn)行樁間距的合理設(shè)計(jì)，并完成單樁承載力驗(yàn)算，確認(rèn)施工方案的可行性[3]。

圖1 鉆孔灌注樁施工流程圖

3.2 施工準(zhǔn)備與測量放樣

在施工準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，對照設(shè)計(jì)文件與圖紙完成橋梁結(jié)構(gòu)尺寸、標(biāo)高等參數(shù)的復(fù)核，編制樁基礎(chǔ)施工專項(xiàng)方案，并落實(shí)項(xiàng)目、標(biāo)段、班組三級技術(shù)交底，組織現(xiàn)場施工與管理人員參與安全教育培訓(xùn)。 在施工現(xiàn)場粗放標(biāo)點(diǎn)，落實(shí)場地平整處理，搭設(shè)施工便道、便橋等臨時(shí)工程設(shè)施，并配置供水、供電、泥漿排放及循環(huán)等系統(tǒng)。 在施工材料準(zhǔn)備上，選用φ30 cm鋼導(dǎo)管及料斗， 待完成導(dǎo)管內(nèi)壁質(zhì)量檢測后開展水密承壓試驗(yàn)，確認(rèn)符合質(zhì)量要求后用紅漆做好標(biāo)記，保證備用導(dǎo)管數(shù)量占比達(dá)20%～30%。在現(xiàn)場測量放樣環(huán)節(jié)，利用20 cm×20 cm方木將鉆孔平臺墊起，保證鉆機(jī)沿水平方向固定，借助全站儀完成樁體位置、高程等指標(biāo)的測設(shè)，并沿鋼護(hù)筒周圍埋設(shè)護(hù)樁。

3.3 泥漿制備與循環(huán)

在泥漿制備環(huán)節(jié)， 優(yōu)先選擇高黏度膠泥。 黏性土兌入清水，與外加劑按比例混合后完成泥漿制備，確保泥漿密度、含砂率、膠體率、失水量等指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)現(xiàn)場檢查環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)泥漿性能指標(biāo)不符合設(shè)計(jì)要求后， 需按比例添加黏土及外加劑，用于調(diào)節(jié)泥漿比重，優(yōu)化泥漿性能指標(biāo)及其對孔壁的防護(hù)效果。 在后續(xù)鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)先將鉆具提升至距孔底上方20 cm 左右，此時(shí)勻速、連續(xù)轉(zhuǎn)動鉆具，優(yōu)化泥漿循環(huán)效果，確保泥漿性能符合施工要求。 沿施工橋梁兩端各布設(shè)1 個泥漿池，利用攪拌裝置完成攪拌、制漿作業(yè)， 借助泵機(jī)將可移動式泥漿箱內(nèi)儲存的泥漿泵送至鋼護(hù)筒內(nèi)，待后續(xù)鉆孔環(huán)節(jié)向孔內(nèi)持續(xù)輸送高壓氣體，促使泥漿由鉆桿抽出后通過管道進(jìn)入分離裝置內(nèi)， 完成泥漿中砂石等雜質(zhì)的篩分，確保泥漿純度達(dá)標(biāo)。

3.4 鋼護(hù)筒制作與埋設(shè)

在鋼護(hù)筒制作環(huán)節(jié)，選用鋼護(hù)筒長24 m，壁厚30 mm，參考工藝要求預(yù)留一定的加工余量，落實(shí)板料位置對中、上輪滾彎調(diào)節(jié)、連續(xù)滾動彎曲等操作，將板料加工成型，并將完成拼裝的鋼護(hù)筒吊運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行總裝， 基于自動埋弧焊工藝加工成型。 在鋼護(hù)筒埋設(shè)環(huán)節(jié)，以超出鋼護(hù)筒外徑的80～100 cm 為基準(zhǔn)， 預(yù)先在樁位處開挖護(hù)筒基坑， 選取黏土分層填筑在坑底， 并落實(shí)對坑底的夯實(shí)與整平處理。 將鋼護(hù)筒吊放至基坑內(nèi)，沿定位的圓心位置緩慢移動、調(diào)節(jié)護(hù)筒，保證護(hù)筒中心與鉆孔中心位于同一水平線上，并借助水平尺進(jìn)行垂直度檢查。待確認(rèn)護(hù)筒埋設(shè)位置精度后，沿護(hù)筒四周均勻回填黏土，做好填土夯實(shí)處理，或采用APE400B 雙聯(lián)動液壓振動錘進(jìn)行鋼護(hù)筒插打，技術(shù)參數(shù)如表1 所示，在護(hù)筒下沉過程中及時(shí)觀測垂直度等指標(biāo)，避免出現(xiàn)超差問題。

表1 雙聯(lián)動液壓振動錘技術(shù)參數(shù)

3.5 旋挖鉆進(jìn)成孔

在正式鉆孔前，將鉆機(jī)起落鋼絲繩中心對準(zhǔn)樁位中心線，將鉆機(jī)緩慢勻速下放就位，在鉆機(jī)底部增設(shè)墊塊，保證底座平整度達(dá)標(biāo)， 并根據(jù)現(xiàn)場空間完成鉆機(jī)、 吊具等設(shè)備的布局優(yōu)化。 該項(xiàng)目中選用KTY4000 型鉆機(jī)，搭配六翼式刮刀、滾刀兩種鉆頭進(jìn)行鉆孔作業(yè)，開鉆前預(yù)先向孔內(nèi)灌注泥漿，調(diào)節(jié)旋挖鉆機(jī)位置與鉆桿垂直度， 根據(jù)土層成分調(diào)節(jié)泥漿比重與鉆機(jī)沖程，并在鋼絲繩上進(jìn)行標(biāo)記。

在鉆進(jìn)作業(yè)過程中， 通常每向下鉆進(jìn)2 m 需進(jìn)行一次鉆孔及周圍土層檢查，保持連續(xù)鉆進(jìn)作業(yè)，確保孔內(nèi)水位在地下水位50 cm 以上，距鋼護(hù)筒頂面至少30 cm，倘若出現(xiàn)意外情況需停轉(zhuǎn)，第一時(shí)間將鉆頭提升至孔底上方5 m 以上，避免出現(xiàn)坍孔事故。 在鉆進(jìn)速度控制上，當(dāng)涉及由軟質(zhì)地層過渡到硬地層時(shí)，應(yīng)控制旋挖鉆機(jī)保持減速、緩慢鉆進(jìn)作業(yè)，反之則加快鉆進(jìn)速度；當(dāng)涉及黏土吸水性較強(qiáng)的地層時(shí)，可適當(dāng)提高掃孔頻率，避免出現(xiàn)縮徑問題。 當(dāng)確認(rèn)鉆孔累計(jì)進(jìn)尺達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，由監(jiān)理單位組織開展成孔質(zhì)量驗(yàn)收，其質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

表2 成孔質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)

待確認(rèn)鉆孔的孔徑、深度、垂直度等指標(biāo)均合格后，選用換漿法進(jìn)行清孔作業(yè)， 將鉆頭提升至距孔底20 cm 左右保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)， 使泥漿正常循環(huán)4～10 h， 將配制好的泥漿壓入孔內(nèi)，完成孔內(nèi)大比重泥漿與孔底沉渣的置換，保證孔內(nèi)泥漿含砂率＜2%，結(jié)束清孔。

3.6 鋼筋籠制作與吊放

該項(xiàng)目中利用滾焊機(jī)在工廠預(yù)制鋼筋籠， 將鋼筋籠分節(jié)制作后統(tǒng)一運(yùn)送至現(xiàn)場進(jìn)行組裝， 選用直螺紋套管連接分節(jié)處，并利用專門胎架、吊具進(jìn)行鋼筋籠起吊過程的固定，對吊點(diǎn)、焊縫處進(jìn)行加強(qiáng)處理。 將鋼筋籠分節(jié)吊放至孔內(nèi)，調(diào)節(jié)各節(jié)鋼筋籠位置，避免碰撞孔壁，使鋼筋籠下放就位，并在鋼筋籠頂部設(shè)置定位筋，沿鋼筋籠中部穿入槽鋼，與鋼護(hù)筒焊接固定。 在鋼筋籠保護(hù)層制作環(huán)節(jié)，在鋼筋籠表面以2 m 為間隔設(shè)置1 道箍筋，在各箍筋上分別對稱設(shè)置4 塊混凝土定位滑塊。待完成鋼筋籠定位后，為預(yù)防坍孔問題，需在4 h 內(nèi)開展混凝土灌注作業(yè)。

3.7 水下混凝土灌注

由于該項(xiàng)目中地下水水位較高，涉及水下混凝土施工任務(wù)，待完成二次清孔、檢測后，安排攪拌車、吊車進(jìn)場，準(zhǔn)備開始水下混凝土作業(yè)。 將內(nèi)徑350 mm、壁厚10 mm 的導(dǎo)管沿垂直方向居中插入孔內(nèi)，與孔底標(biāo)高保持20～40 cm 間隔，上方連接漏斗，并設(shè)置隔水板。 在混凝土初次灌注環(huán)節(jié)，確保導(dǎo)管埋深超過1 m，做好底部孔隙填充處理，綜合考慮擴(kuò)孔率等指標(biāo)，將混凝土灌注量控制在20 m3左右，保持混凝土連續(xù)不間斷灌注作業(yè)，灌注過程中適當(dāng)提拔導(dǎo)管，控制導(dǎo)管埋深4～6 m，且單根樁至少制作3 組試塊，將試塊測試結(jié)果留存記錄。 待混凝土液位升高至樁頂設(shè)計(jì)線后， 可適當(dāng)超灌1.5 m 左右高度，保證樁頭施工質(zhì)量?；炷凉嘧⑦^程示意圖如圖2 所示。

圖2 混凝土灌注過程示意圖

4 結(jié)語

通過整合項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮工程水文地質(zhì)、氣候狀況與地震效應(yīng)、不良地質(zhì)、交通運(yùn)輸、沿線資源配置與利用情況等信息，確認(rèn)采用鋼護(hù)筒、旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔方式，與導(dǎo)管法配合完成水下混凝土灌注， 并詳細(xì)梳理鉆孔灌注樁施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)， 最終推動樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量及管理水平的協(xié)同提升。 然而現(xiàn)階段研究成果主要集中體現(xiàn)在施工技術(shù)管理層面，未來仍需聚焦施工質(zhì)量保證體系建設(shè)，加強(qiáng)施工過程控制，落實(shí)“三檢”制度，嚴(yán)把材料設(shè)備關(guān)，貫徹綠色文明施工理念等，總結(jié)相關(guān)質(zhì)量控制措施，為后續(xù)路橋施工項(xiàng)目提供良好示范經(jīng)驗(yàn)。