摘要 為明確旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)在高速公路橋梁工程中的應(yīng)用思路及其效果，文章結(jié)合鎮(zhèn)廣高速公路沿線柱式墩橋梁工程為例，著重探討了旋挖鉆孔灌注樁在高速公路橋梁樁基工程中的應(yīng)用，及施工質(zhì)量控制措施。施工結(jié)果顯示：案例橋梁樁基工程均達(dá)到驗(yàn)收合格標(biāo)準(zhǔn)，取得了理想的施工成果。由此可見(jiàn)，將旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)用于高速公路橋梁工程中有助于提升樁基穩(wěn)定性，使橋梁結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固安全，值得推廣。

關(guān)鍵詞 高速公路；旋挖鉆孔灌注樁；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0053-03

0 引言

旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)是利用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行土壤或巖石的切削，通過(guò)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)力，將切削下來(lái)的土渣或巖屑通過(guò)鉆桿內(nèi)部的通道或者專門的排渣系統(tǒng)排出孔外，形成一個(gè)圓柱形的孔洞。在完成鉆孔后，會(huì)在孔內(nèi)放置鋼筋籠和灌注混凝土，形成具有足夠承載力和穩(wěn)定性的灌注樁。鎮(zhèn)廣高速公路沿線橋梁為提升樁基的穩(wěn)定性，決定采用此種施工技術(shù)，該文結(jié)合該案例工程實(shí)例，著重探討了這一技術(shù)的具體應(yīng)用思路。

1 高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)概述

1.1 旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)特點(diǎn)

旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)特點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)[1]：

（1）高效性：旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)采用先進(jìn)的旋挖鉆機(jī)，通過(guò)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)力，能夠高效地完成鉆孔作業(yè)，顯著提高施工效率。

（2）成孔質(zhì)量好：由于旋挖鉆機(jī)采用切削方式成孔，鉆孔直徑、深度和垂直度可以得到精確控制，成孔質(zhì)量穩(wěn)定可靠，滿足工程設(shè)計(jì)的嚴(yán)格要求。

（3）適應(yīng)性強(qiáng)：旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)適用于多種土壤和巖石條件，包括軟土、黏土、砂土、碎石土以及風(fēng)化巖石等，顯示出強(qiáng)大的適應(yīng)性。

（4）環(huán)保性：該技術(shù)采用封閉式排渣系統(tǒng)，有效減少施工過(guò)程中的環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

（5）安全性：旋挖鉆孔灌注樁形成的樁基結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和穩(wěn)定性，為土木工程提供堅(jiān)實(shí)的安全保障。

1.2 旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)適用范圍

旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)廣泛適用于各類土木工程，包括但不限于：

（1）橋梁工程：旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠提供穩(wěn)定的樁基支持，確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

（2）高層建筑：高層建筑對(duì)樁基的承載力和穩(wěn)定性要求極高，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠滿足此類要求，確保高層建筑的安全使用。

（3）高速公路：在高速公路建設(shè)中，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠提供堅(jiān)固的路基支持，保證道路的平整度和行車安全。

（4）地下工程：如地鐵、地下商場(chǎng)等地下工程，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)能夠提供可靠的樁基支撐，確保地下空間的安全穩(wěn)定。

2 高速公路旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)分析

2.1 項(xiàng)目概況

鎮(zhèn)廣高速通江至廣安段高速公路C9合同段，起訖樁號(hào)為K207+100～K220+900（含斷鏈2 988.754 m），全長(zhǎng)10.811 km。設(shè)計(jì)速度100 km/h，按雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基寬度整體式為26.0 m。主線橋5座（其中大橋4座、中橋1座），天橋7座，橋墩采用柱式墩，橋墩均采用樁基礎(chǔ)。樁基統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

2.2 旋挖鉆孔灌注樁施工工藝流程

旋挖鉆孔灌注樁樁基主要施工工藝如圖1所示[2]。

2.3 旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)包括以下內(nèi)容：

（1）施工準(zhǔn)備

平整施工場(chǎng)地，整修道路，做好孔口的排水、截水工作，做好施工用電、用水的線路、管道布置，準(zhǔn)備施工材料、施工機(jī)具，測(cè)設(shè)控制樁及護(hù)筒埋置中樁。

（2）鋼護(hù)筒制作埋設(shè)

在施工中使用鋼制護(hù)筒，其內(nèi)徑比樁徑增大20 cm。安裝時(shí)，確保護(hù)筒中心與樁位中心對(duì)齊，允許偏差不超過(guò)2 cm，且傾斜度不超過(guò)1%。護(hù)筒的高度可選擇在地面以上0.30～0.50 m或地下水位以上2 m，安裝固定后應(yīng)充填黏土進(jìn)行夯實(shí)，以確保垂直度，防止泥漿流失和位移等問(wèn)題。當(dāng)護(hù)筒底部遇到非黏性土壤時(shí)，必須進(jìn)行挖掘或土壤更換，超過(guò)0.50 m的黏性土回填后再放置護(hù)筒，以避免底部滲漏和坍塌情況發(fā)生。護(hù)筒的頂部應(yīng)采用木方對(duì)稱吊緊，以防止下沉現(xiàn)象的發(fā)生。埋置深度超過(guò)不透水層，原則上在巖層面交界處，可采用打埋或挖埋等方法設(shè)置[3]。

（3）鉆機(jī)就位

在進(jìn)入工作區(qū)域前，應(yīng)檢查鉆機(jī)性能以確保其正常。鉆機(jī)進(jìn)入工作區(qū)域后，需將鉆頭中心準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)樁位中心，以保證就位精度。允許的誤差范圍為：縱向±100 mm，橫向±50 mm。同時(shí)，確保主動(dòng)鉆桿垂直于地面，垂直度偏差小于1% L，然后精確對(duì)準(zhǔn)鉆頭中心點(diǎn)與樁位中心[4]。

（4）泥漿制作與外運(yùn)

設(shè)置的泥漿池、沉淀池用循環(huán)槽連接。在施工過(guò)程中，采用3 PNL型（或2 PNL型）泥漿泵將泥漿從泥漿池輸送至樁孔內(nèi)。在灌注樁時(shí)，樁孔內(nèi)的泥漿通過(guò)溢流池泵送至沉淀池，隨后沉淀池中的泥漿經(jīng)過(guò)凈化處理后返回泥漿池，而經(jīng)過(guò)凈化處理的鉆渣和砂粒則通過(guò)車輛運(yùn)送至指定地點(diǎn)。

（5）成孔施工

鉆孔時(shí)，護(hù)筒內(nèi)泥漿面需保持高于地下水位2 m以上。提鉆時(shí)，需及時(shí)補(bǔ)漿以維持孔壁穩(wěn)定。鉆進(jìn)時(shí)，利用鉆斗自重加壓作為動(dòng)力，通過(guò)儀表監(jiān)測(cè)鉆頭位置確定孔深。鉆斗滿渣后，提至地表，操作回轉(zhuǎn)手柄至卸土位置卸土，再利用自動(dòng)回位裝置使鉆機(jī)返回作業(yè)位置。重復(fù)鉆進(jìn)和提土前，需檢查調(diào)整鉆具垂直度，確保成孔質(zhì)量。

（6）清孔

完成鉆孔至規(guī)定深度后，經(jīng)過(guò)檢查，應(yīng)立即進(jìn)行清孔作業(yè)。根據(jù)預(yù)先確定的泥漿穩(wěn)定時(shí)間，一旦時(shí)間到達(dá)，應(yīng)使用鉆斗將積聚在樁孔底部的殘?jiān)宄?，操作需?yán)格控制，以避免增加孔深。

在首次清孔時(shí)，應(yīng)采用更換泥漿的方法，以確保殘?jiān)穸确显O(shè)計(jì)要求且小于5 cm。

（7）鋼筋籠骨架制作與吊入

該項(xiàng)目樁基主筋均為Ф28 mm，加強(qiáng)筋均為Ф28@200 mm，箍筋為Ф10@100～150 mm，主筋保護(hù)層鋼筋Ф16@2 000 mm。主筋采用機(jī)械連接，接頭等級(jí)為Ⅰ級(jí)，其他鋼筋搭接部分采用雙面焊，鋼筋接頭按照規(guī)范要求錯(cuò)開(kāi)布局。

鋼筋籠骨架吊入用吊車緩慢下放入孔內(nèi)。鋼筋籠骨架在吊入后在頂面采取有效方法進(jìn)行固定，防止混凝土灌注過(guò)程中鋼筋骨架上升。支承系統(tǒng)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)中線防止鋼筋骨架傾斜和移動(dòng)。鋼筋骨架底面高程允許偏差為±50 mm。

（8）下放導(dǎo)管

完成鋼筋籠的下放后，應(yīng)立即進(jìn)行導(dǎo)管的下放工作。在使用導(dǎo)管之前，需要進(jìn)行試拼裝、水密性測(cè)試和抗拔試驗(yàn)。在進(jìn)行導(dǎo)管下放之前，需要對(duì)每根導(dǎo)管進(jìn)行檢查，包括清潔程度、通暢性以及止水“O”形密封圈的完好性。這樣可以確保導(dǎo)管內(nèi)壁平整、內(nèi)徑一致，直徑為30 cm，中間節(jié)長(zhǎng)度在2～2.5 m之間，而底部節(jié)長(zhǎng)度則應(yīng)超過(guò)4 m。導(dǎo)管應(yīng)逐節(jié)吊裝并逐段連接，最終垂直下放至孔底300～500 mm的位置。

（9）二次清孔

為了滿足澆灌混凝土所需的泥漿密度，清孔的目的是替換孔內(nèi)泥漿，同時(shí)清除鉆屑和沉淀物，以確保樁孔符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（10）混凝土灌注

混凝土澆筑前需檢測(cè)混凝土坍落度，達(dá)200±20 mm才可使用。首次澆筑后，導(dǎo)管埋深至少1.5 m。澆筑應(yīng)連續(xù)、緊密，避免中途停工。防止混凝土從漏斗溢出或掉入孔底。管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位變化需密切關(guān)注，確保泥漿中含有適量水泥且濃稠度適宜。要及時(shí)測(cè)量孔內(nèi)混凝土高度，以指導(dǎo)導(dǎo)管的升降和拆除工作。導(dǎo)管的埋深宜為3～6 m（對(duì)于長(zhǎng)樁可適當(dāng)增加），過(guò)多可能影響速度或?qū)е露氯?，而過(guò)少則可能引發(fā)浮漿或泥漿夾層現(xiàn)象。在導(dǎo)管升降過(guò)程中，應(yīng)確保保持垂直居中，并逐步進(jìn)行。不充實(shí)、含氣時(shí)，后續(xù)混凝土應(yīng)緩慢灌入，避免高壓氣囊形成和導(dǎo)管漏水[5]。

3 旋挖鉆孔灌注樁施工中存在的問(wèn)題及處理措施

旋挖鉆孔灌注樁施工中存在問(wèn)題主要包括以下方面內(nèi)容：

3.1 塌孔

原因分析：泥漿選擇不當(dāng)、比重不穩(wěn)定且密度不足，護(hù)筒直徑小且長(zhǎng)度不足，旋挖鉆頭排出泥漿時(shí)形成“真空”，沖刷護(hù)筒下部與孔眼相交部位。導(dǎo)致孔壁倒塌的原因可能包括水頭壓力不足或存在承壓水的情況，鉆頭鉆進(jìn)速度過(guò)快或空轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。此外，成孔后等待灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或?qū)嶋H灌注時(shí)間延誤，未能及時(shí)補(bǔ)充漿料，也可能造成坍塌。

防治措施：應(yīng)根據(jù)土層特性選擇合適的泥漿，嚴(yán)格管理護(hù)筒的材料、質(zhì)量和尺寸，確保護(hù)筒底部與孔位同心。當(dāng)水位波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)提高護(hù)筒高度和水頭。在鉆進(jìn)松散地層時(shí)，要控制鉆進(jìn)速度，確保提鉆平穩(wěn)。另外，必須及時(shí)補(bǔ)充漿料，并在灌注后盡快進(jìn)行，確保灌注時(shí)間不超過(guò)3.5 h。

3.2 掉鉆頭、鉆頭底板脫落

原因分析：進(jìn)尺過(guò)長(zhǎng)，孔壁坍塌并導(dǎo)致鉆具埋入；孔口發(fā)生塌陷或機(jī)械操作失誤導(dǎo)致鉆頭掉落；提鉆遇阻或鋼絲繩斷裂；工作扭矩過(guò)大導(dǎo)致鉆桿折斷或連接部件受損。

預(yù)防措施：應(yīng)當(dāng)控制進(jìn)尺長(zhǎng)度，調(diào)整泥漿特性以穩(wěn)定孔壁；將鉆具遠(yuǎn)離孔口放置，夯實(shí)護(hù)筒周邊，并封閉地表水；在提鉆過(guò)程中監(jiān)控壓力表，確保鉆孔垂直度，并及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)方向；定期檢查鋼絲繩并進(jìn)行更換；定期檢查和維護(hù)鉆具連接部件。

3.3 不進(jìn)尺

原因分析：鉆頭可能會(huì)因黏土覆蓋而失去抓地力，或者遇到堅(jiān)硬地層，比如漂石、卵石層或基巖等。

防治措施：可以調(diào)整斗齒的角度至60°來(lái)減少打滑現(xiàn)象，并嘗試投入石塊、更換螺旋鉆頭或截齒鉆頭等方法。當(dāng)面對(duì)堅(jiān)硬地層時(shí)，可以考慮更換或改造鉆頭，重新調(diào)整刀具的角度、形狀和排列方向，或者嘗試全截齒旋挖鉆斗，也可以嘗試采用沖擊鉆進(jìn)方式。

3.4 孔底沉渣過(guò)多

原因分析：清孔不充分，缺乏工序質(zhì)量控制，泥漿比重過(guò)低或清水替換不妥；鋼筋籠未垂直放置導(dǎo)致孔壁坍塌，澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致泥漿沉淀；沉積物厚度測(cè)量不統(tǒng)一。不能簡(jiǎn)單通過(guò)增加鉆孔深度來(lái)代替清孔，否則可能引發(fā)重大質(zhì)量問(wèn)題，如鉆芯檢測(cè)出現(xiàn)異常。

防治措施：需確保循環(huán)清孔時(shí)間不低于30 min；選用高品質(zhì)泥漿，控制密度和黏度，避免直接使用清水替換；鋼筋籠應(yīng)緩慢垂直放入孔內(nèi)，確?？咨詈统练e物測(cè)量位置一致；增加初次灌漿量以增強(qiáng)對(duì)孔底的作用力，但需謹(jǐn)慎使用以確?？煽啃裕豢s短下放鋼筋籠導(dǎo)管時(shí)間，減少沉積物沉淀；運(yùn)用清底鉆頭清理孔底沉積物，控制泥漿黏度和含砂率。

3.5 擴(kuò)張、縮孔

在遭遇擴(kuò)大孔徑或減小孔徑的情況下，應(yīng)當(dāng)采取措施來(lái)防止孔壁坍塌和減少鉆頭擺動(dòng)幅度?？讖綔p小可能是由于鉆斗磨損、焊接未及時(shí)修補(bǔ)或地層中存在水膨脹的軟土、黏土或泥巖所致。對(duì)于前一種情況，應(yīng)立即進(jìn)行焊接修補(bǔ)；對(duì)于后一種情況，應(yīng)使用失水率較低的高品質(zhì)泥漿來(lái)保護(hù)孔壁。當(dāng)出現(xiàn)孔徑減小的情況時(shí)，應(yīng)該在鉆頭上下反復(fù)進(jìn)行掃孔操作。

3.6 鋼筋籠上浮

原因分析：混凝土流動(dòng)性不足導(dǎo)致導(dǎo)管埋深過(guò)深；導(dǎo)管懸浮籠子，混凝土下沉速度過(guò)快導(dǎo)致鋼筋籠上升；樁孔傾斜導(dǎo)致鋼筋籠形變，增加混凝土上升力；鋼筋籠與孔口固定不正確，在受力時(shí)可能下沉或由于自重不足而被混凝土頂起。

防治措施：采用吊裝和套管等方法固定鋼筋籠頂部；控制混凝土注入速度，減少對(duì)鋼筋籠的沖擊；確保導(dǎo)管埋深在1.5～2 m之間；及時(shí)測(cè)量深度并拆除導(dǎo)管，確保鋼筋籠安全埋入并恢復(fù)正常深度；在導(dǎo)管懸浮籠子時(shí)，先下降并旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管，然后再將其提起。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)旋挖鉆孔灌注樁在高速公路建設(shè)中的施工技術(shù)與質(zhì)量控制進(jìn)行了全面而深入的研究。通過(guò)詳細(xì)闡述施工流程、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量控制要點(diǎn)，揭示了旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)，并提出了針對(duì)性的解決方案。該文的研究成果不僅豐富了高速公路建設(shè)領(lǐng)域的理論體系，而且為相關(guān)工程實(shí)踐提供了有益的參考和借鑒。隨著科技的不斷進(jìn)步和施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)將在高速公路建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用，后續(xù)研究可為推動(dòng)交通事業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

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收稿日期：2024-02-26

作者簡(jiǎn)介：馮淼（1990—），男，本科，工程師，主要從事高速公路施工建設(shè)工作。