橋梁水下鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究與應(yīng)用

劉方，李云浩

（濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250031）

1 引言

在進(jìn)行水下鉆孔灌注樁施工時(shí)，由于水下環(huán)境的復(fù)雜性、施工條件等諸多因素的制約和影響，會(huì)增加施工難度，從而影響工程質(zhì)量[1]。因此，在實(shí)際施工中，技術(shù)人員要具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)的施工技術(shù)，并結(jié)合工程的實(shí)際情況分析應(yīng)該采取什么樣的施工技術(shù)方式，才能確保鉆孔施工各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)有效銜接，從而提升灌注樁施工的效率，確保工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 抗震和承載力優(yōu)良

鉆孔灌注樁法是一種能使橋面結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間達(dá)到較好的結(jié)合，提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性的方法。通過(guò)加固地基，并與橋面上部基礎(chǔ)進(jìn)行組合，可以增強(qiáng)橋面上部結(jié)構(gòu)的承載力，提高整體的抗震能力。

2.2 操作簡(jiǎn)便、成本低

隨著施工技術(shù)的進(jìn)步，鉆孔灌注樁的施工工藝日趨成熟，在橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。合理配置施工人員、材料和機(jī)械設(shè)備，既能確保施工質(zhì)量，又能降低造價(jià)。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、易于掌握的特點(diǎn)，可以加速施工，保證項(xiàng)目的按時(shí)完成。

3 鉆孔灌注樁法施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備階段

為了保證工程施工的順利進(jìn)行，在施工之前必須進(jìn)行以下工作：首先，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制訂相應(yīng)的施工方案和應(yīng)急處理方案，并明確施工流程，解決施工中存在的問(wèn)題。對(duì)于工程地質(zhì)、水文地質(zhì)或技術(shù)狀況等十分復(fù)雜的灌注樁，在進(jìn)行施工之前必須進(jìn)行工藝試驗(yàn)，并獲得相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。其次，通過(guò)對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，使施工人員了解灌注樁的施工工藝、注意事項(xiàng)和常見(jiàn)問(wèn)題，從而提高施工質(zhì)量[2]。再次，加強(qiáng)對(duì)建筑材料的管理，由專業(yè)的技術(shù)人員負(fù)責(zé)材料的采購(gòu)，并在進(jìn)場(chǎng)之前進(jìn)行質(zhì)量檢查，以保證其質(zhì)量符合有關(guān)規(guī)范要求。最后，在工程勘察、設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)中，技術(shù)人員要注意對(duì)樁位誤差的控制，保證樁位誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)[3]。

3.2 埋置護(hù)筒

護(hù)筒采用鋼板制作，并按安裝地點(diǎn)選擇尺寸、長(zhǎng)度和壁厚符合要求的護(hù)筒。在正式安裝護(hù)筒之前，施工單位必須通過(guò)放樣確定其坐標(biāo)，以確保護(hù)筒的埋設(shè)位置與設(shè)計(jì)圖紙一致。準(zhǔn)確標(biāo)明樁位，使護(hù)筒與樁心的水平誤差≤50 mm，護(hù)筒垂直傾斜率不能超過(guò)1/100，深水地基的護(hù)筒垂直傾斜不得超過(guò)1/150，但可以適當(dāng)調(diào)整水平誤差，使其不大于0.8 cm。護(hù)筒的直徑應(yīng)大于樁身，厚度應(yīng)視地質(zhì)情況而定。通常旱地或筑島埋設(shè)深度為2～4 m，護(hù)筒頂部應(yīng)高于地表30 cm。護(hù)筒的內(nèi)徑比鉆頭的直徑要大20 cm。如有需要，若在水中或特殊條件下需參照設(shè)計(jì)要求或樁位的水文、地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后確定深度，護(hù)筒頂端需高出水面1.0～2.0 m。

3.3 泥漿的配制

在橋梁鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，所需要的泥漿量非常大。泥漿的作用是保護(hù)孔壁和懸浮泥渣，因此，需確保泥漿的質(zhì)量。在開展泥漿制備作業(yè)時(shí)，要求施工作業(yè)人員根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，科學(xué)應(yīng)用有限的資源，以此為基礎(chǔ)，根據(jù)配合比要求，開展泥漿制備作業(yè)。通常來(lái)講，鉆孔灌注樁所使用的泥漿主要由水、黏土以及添加劑配制而成，通過(guò)攪拌機(jī)器或者人工的方式對(duì)其進(jìn)行攪拌而成，將攪拌好的泥漿存至泥漿池中，然后通過(guò)泥漿泵將泥漿傳輸至每個(gè)鉆孔中。

通過(guò)試驗(yàn)確定水泥漿的配合比，將水泥、軟土、膨潤(rùn)土、添加劑等按配合比配制出水泥漿，以保證鉆井液性能與鉆孔工藝和土層條件相匹配。為了更好地保護(hù)周邊環(huán)境，防止泥漿污染環(huán)境，進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，必須對(duì)廢棄的泥漿進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后用車輛將它們運(yùn)送到荒廢地區(qū)。

3.4 鉆孔

鉆進(jìn)是鉆孔灌注樁工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了保證施工質(zhì)量，在鉆進(jìn)之前要做好充分的準(zhǔn)備，以避免出現(xiàn)鉆孔中斷的情況。首先，根據(jù)孔徑、孔深、樁位處的地質(zhì)水文條件、施工環(huán)境等因素，選擇合適的鉆機(jī)機(jī)型和施工技術(shù)。無(wú)論采用何種鉆孔技術(shù)，都必須保證開孔位置的精確性[4]。在開鑿過(guò)程中，要緩慢鉆孔，直到部分或全部鉆頭鉆入地層。

在鉆孔施工過(guò)程中，如果護(hù)筒中排出的水分或泥漿中有氣泡或者護(hù)筒突然出現(xiàn)不均勻沉降，證明筒壁已經(jīng)發(fā)生了坍塌問(wèn)題[5]。筒壁坍塌的主要原因是施工區(qū)域周邊的土質(zhì)黏聚力較小，導(dǎo)致泥漿構(gòu)成的護(hù)臂承壓較大[6]。由于鉆機(jī)在鉆孔過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)速度較快，鉆孔過(guò)程至成孔時(shí)間較長(zhǎng)，此過(guò)程中要經(jīng)常檢查護(hù)筒的穩(wěn)定性，如果發(fā)現(xiàn)護(hù)筒埋設(shè)區(qū)域的土層較為松散，需要對(duì)回填土進(jìn)行夯實(shí)。

在前期鉆孔階段結(jié)束后，為了保證樁基礎(chǔ)的抗壓能力，必須進(jìn)行泥漿補(bǔ)水。在鉆井工藝中，要依據(jù)地層條件進(jìn)行合理的鉆孔速率調(diào)節(jié)[7]。在鉆機(jī)安裝之前，鉆機(jī)的基座要平整，并保證其穩(wěn)定，保證在鉆井施工期間，鉆機(jī)不會(huì)發(fā)生位移、塌方?？锥次恢靡_，保證孔壁垂直、光滑、牢固，開孔時(shí)要輕壓慢進(jìn)，鉆機(jī)的速度不得超過(guò)10 r/min，在所有的主動(dòng)鉆桿都進(jìn)入孔洞后，才能加快鉆進(jìn)。在鉆孔作業(yè)時(shí)，停止鉆井和取渣作業(yè)后，必須及時(shí)向鉆孔中注入大量的泥漿。保證鉆頭的起落速度一致，不能有突然的變化，也不能有太大的壓力，當(dāng)孔內(nèi)渣土被挖出來(lái)時(shí)，必須把它移開，不能有任何的堆積，也不能影響到孔壁，防止塌孔[8]。在鉆進(jìn)期間，要經(jīng)常檢查鉆孔的直徑、垂直度，并將其變化情況與地質(zhì)剖面進(jìn)行對(duì)比，定期派人進(jìn)行地質(zhì)資料、鉆進(jìn)速度、泥漿狀況等檢查。根據(jù)土層的不同，鉆壓、鉆速、泥漿的比例、泥漿的比重、泥漿的比重都有很大的差異，在土層中進(jìn)行鉆孔時(shí)，推薦使用較慢的鉆速，并在孔內(nèi)增加泥漿的比重和水頭。在施工過(guò)程中，如果出現(xiàn)鉆孔傾斜、擴(kuò)孔、縮孔等不正常情況，要立即查明原因，并采取相應(yīng)的措施。

當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，首先檢查孔徑、孔深和孔眼傾角，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行清孔，清除孔底殘留的鉆渣，提高樁體的承載力。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范、鉆孔工藝、機(jī)械設(shè)備狀況、地層條件等因素，選擇適宜的鉆孔方法。在清孔排渣時(shí)，應(yīng)注意控制孔內(nèi)的水頭，防止塌孔。清孔完成后，將由專門的人員進(jìn)行沉渣厚度的檢測(cè)，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，才能進(jìn)行下一步的工作。

3.5 鋼筋籠施工

鋼筋籠由吊車起吊放入孔洞內(nèi)。在鋼筋籠外側(cè)對(duì)稱放置數(shù)量充足、牢固的防護(hù)層墊片，墊片應(yīng)由與樁身混凝土相同等級(jí)的混凝土預(yù)制。為了防止鋼筋骨架在澆筑時(shí)出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，必須在鋼筋籠的上端設(shè)置相應(yīng)的拉桿或拉環(huán)，同時(shí)還要對(duì)準(zhǔn)中心線，防止鋼筋框架的運(yùn)動(dòng)和傾斜。按照工程中鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)要求，制作鋼筋籠，焊接完畢后，對(duì)鋼筋籠進(jìn)行平整度測(cè)量，保證誤差不超過(guò)5 cm。鋼筋籠尺寸達(dá)到要求后，應(yīng)進(jìn)行全面清洗，采用分段式安裝方法將其固定在適當(dāng)?shù)牡胤健?/p>

在鋼筋籠制造期間，施工人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)有關(guān)原料的質(zhì)量檢驗(yàn)。如果發(fā)現(xiàn)鋼筋材料沒(méi)有任何質(zhì)量問(wèn)題或者性能上的問(wèn)題，可以在靠近鉆孔的地方進(jìn)行鋼筋籠的制造，以便于以后鋼筋籠的吊裝工作。在籠體主筋、箍筋的加工中，施工人員要選擇合適的焊接工藝。在鋼筋籠成型并且質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，可按工程施工中鉆孔灌注樁的施工規(guī)模決定鋼筋籠的處置方法，分為分段或不分段。大型鋼筋籠一般采用分段法，利用吊裝機(jī)械進(jìn)行吊裝。只有在達(dá)到一定的高度后，才能進(jìn)行安裝。注意在施工時(shí)，工人應(yīng)注意鋼筋籠與地面之間的間距，并應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范，防止鋼筋籠發(fā)生傾斜，并防止鋼筋籠接觸鉆孔。當(dāng)鋼筋籠進(jìn)入安裝施工區(qū)后，首先要對(duì)鋼筋籠定位參數(shù)進(jìn)行核實(shí)，當(dāng)滿足要求后，對(duì)鋼筋籠的對(duì)應(yīng)部分進(jìn)行焊接。

3.6 混凝土灌注

完成鋼筋籠安裝作業(yè)后，進(jìn)行導(dǎo)管下放施工。在下放導(dǎo)管前，首先應(yīng)對(duì)導(dǎo)管的水密承壓、接頭抗拉性能進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)還要檢測(cè)孔底部分的沉淀厚度和泥漿情況是否滿足施工要求，在確保上述各項(xiàng)內(nèi)容符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，才能進(jìn)行混凝土灌注作業(yè)?；炷凉嘧⑦^(guò)程中的原材料配比需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果確定，并嚴(yán)格按照混凝土配比進(jìn)行配制，以確保混凝土質(zhì)量。在試驗(yàn)過(guò)程中，混凝土的強(qiáng)度必須高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在混凝土的配比過(guò)程中，需要將水灰比控制在一定范圍內(nèi)，而粗骨料可以選擇棱角少的礫石材料，以確?；炷辆哂辛己玫暮鸵仔?，坍落度控制在180～220 mm。目前，混凝土灌注的方式種類多樣，可以直接采用混凝土輸送泵進(jìn)行灌注工作，條件允許地段也可采取混凝土罐車直接卸料的方式。這兩種輸送灌注的技術(shù)在橋梁工程的樁基施工中應(yīng)用較廣。在混凝土灌注施工環(huán)節(jié)中，必須要對(duì)導(dǎo)管的分解長(zhǎng)度進(jìn)行有效控制，便于后期對(duì)導(dǎo)管的拆卸工作，同時(shí)，也要確保每一節(jié)導(dǎo)管連接部位不能出現(xiàn)縫隙，確保導(dǎo)管的嚴(yán)密性。

在對(duì)水下混凝土進(jìn)行灌注施工之前，必須先利用測(cè)錘以及測(cè)繩對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定成孔的孔徑、垂直度、孔深、沉渣厚度等。需要注意的是，在灌注工作之前還應(yīng)對(duì)混凝土原材料的攪拌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)并保留試塊。同時(shí)，還需要考慮孔底的沉渣厚度，摩擦樁沉渣厚度控制在300 mm以內(nèi)，端承樁沉渣厚度控制在100 mm以內(nèi)，如果沉渣的厚度不能滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行二次清孔。在混凝土進(jìn)行灌注前，要對(duì)導(dǎo)管連接進(jìn)行水密承壓試驗(yàn)和接口抗拉試驗(yàn)，導(dǎo)管入料口加隔水栓，以檢測(cè)導(dǎo)管的密封性。導(dǎo)管底口距孔底控制在約500 mm?；炷凉嘧⑶?，通過(guò)計(jì)算確保料斗內(nèi)混凝土量，灌注后導(dǎo)管底口埋深1～2 m，灌注過(guò)程中導(dǎo)管底口嚴(yán)禁提出混凝土頂面，確保埋深4～6 m，混凝土灌注拔管長(zhǎng)度要經(jīng)計(jì)算和實(shí)測(cè)，避免超拔導(dǎo)管出現(xiàn)斷樁。灌注成樁的混凝土頂面要高出設(shè)計(jì)樁體頂面高程0.5～1 m，以確保樁頭灌注質(zhì)量。

水下混凝土灌注時(shí)，首先將混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)的灌注位置，同時(shí)需對(duì)混凝土的均勻性、坍落度等進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)結(jié)果不滿足灌注要求，應(yīng)進(jìn)行二次拌和，如仍不滿足灌注要求，嚴(yán)禁用于灌注施工中。在灌注過(guò)程中，導(dǎo)管口和孔底的間距應(yīng)控制在0.3～0.5 m，導(dǎo)管一次性埋置于混凝土灌注面1 m以下，一般要求導(dǎo)管埋深在2～6 m，整個(gè)灌注過(guò)程應(yīng)保持連續(xù)，與此同時(shí)，還要嚴(yán)控導(dǎo)管的提拔速度，避免因提拔過(guò)猛而將導(dǎo)管移出混凝土灌注面。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行橋梁水下的鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，在受到施工環(huán)境和條件的影響，在實(shí)際的施工過(guò)程當(dāng)中，要求相關(guān)的施工操作人員具有較為豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在施工過(guò)程中需要保證每一個(gè)重要施工環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，將每一個(gè)施工環(huán)節(jié)之間進(jìn)行有效的銜接，最大限度地保證施工周期的縮短，提高了灌注樁的施工質(zhì)量和施工效率。