公路桥梁钻孔灌注桩施工工艺.pdf

-55-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 10 期两星推荐钻孔灌注桩是修建桥梁地基常用的施工工艺之一，利用钻孔灌注桩技术不仅可以打穿各种不利地层，将地基坐落在承载力较好的底层上，还可以在水下施工，通过灌注混凝土来加固桩基，从而提升地基承载力。由此可见，钻孔灌注桩施工工艺对修建公路桥梁具有重要意义，公路桥梁相关负责人应充分意识到钻孔灌注桩施工工艺的重要性，提升钻孔灌注桩施工工艺水平，促进公路桥梁工程快速、稳定发展。工程概况山东省某公路大桥为东西走向，总体长度 460m，宽度32m，双福布置，单幅设计宽度 16m，桥梁横断面两侧依次为人行道、车行道，中间为分隔带，其中人行道宽 3.5m；车行道宽 12m；分隔带宽 1m，桥面坡度 1.5%。桥梁整体结构采用四跨结构，桥梁上部结构采用钢筋混凝土组合梁，选取 C50 混凝土；下部结构主要为桥墩与桩基础，桥墩选取 C40 混凝土，桩基础选取 C30 混凝土，桥梁衔接处采取截面扩大式柱头，桥梁使用年限为 100 年，安全等级为级。根据岩性勘察报告可知，桥梁地基土从上至下分别为杂填土、粉质黏土、粗砂及粉砂质泥岩（中风化）。钻孔灌注桩施工工艺流程与要点施工负责人根据岩性勘察报告和桥梁结构载荷，将第四层粉砂质泥岩（中风化）作为桩端持力层，桩基础基桩端部应深入第四层至少 1.5m。依据现场施工环境，施工负责人选取钻孔灌注桩作为此次桥梁地基桩型，采用旋挖钻机、汽车吊、泥浆泵、挖掘机、电焊机等设备进行现场施工，具体机具设备数量详见表 1。表 1 机具设备数量设备型号数量/台全站仪1XR-320 旋挖钻机4汽车吊2泥浆泵2电焊机4挖掘机1埋设护筒在钻孔灌注桩工艺施工前需要施工人员提前埋设钢护行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度公路桥梁钻孔灌注桩施工工艺张 锋张 锋鄄城县公路事业发展中心张锋（1979），山东鄄城，大学本科，高级工程师，研究方向：交通工程。中国科技信息 2024 年第 10 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024-56-两星推荐筒，不仅可以保证钻孔灌注桩垂直钻孔，还可以减少钻孔产生的冲击力与荷载，降低孔洞塌陷风险。首先，护筒埋设前需要工作人员利用挖掘机挖掘护筒坑，护筒坑直径应大于钻头直径 20cm。其次，护筒长度应高于地面 0.5m，防止孔外地下水渗入，并且保证护筒埋设的倾斜度不得高于 1%，护筒埋设的尺寸偏差不能超过 5cm。最后，当钻孔灌注桩内的混凝土强度达到标准强度的 1/4 时，可拆卸护筒。成孔成孔阶段护壁工艺一般采用孔内水头压力护壁技术，其中包含泥浆护壁和清水护壁。由于第四层粉砂质泥岩（中风化）与地表相距约 13m，钻孔灌注桩较长，且施工场地常年降雨，极易造成塌孔现象，因此工程负责人采用泥浆护壁成孔。首先，现场工作人员需构建泥浆池，由于施工场地面积和排架墩的间距小，难以挖掘泥浆池，施工负责人决定建造铁皮泥浆池以供施工使用，铁皮泥浆池布置在桩基础区域，总体尺寸为 10m8.5m2m，并且利用栏杆密目网将其封闭。其次施工负责人选取泥浆材料，根据钻机性能、降雨量等综合因素，最终选取能有效抑制钻渣和地下水的 PHP 泥浆，减小塌孔风险。再次，施工人员利用旋挖机进行钻孔，在此过程中要严格控制钻孔速度，采用电子控制方式保证桩孔垂直度，并且安排观察人员实时查看，同时动态化监测泥浆指标，便于及时调整泥浆质量。最后，施工负责人严格检验孔径与桩孔垂直度，重新定位钻头以检测垂直度，钻头下放无障碍，则表示桩孔垂直度及孔径符合技术要求。制作及安装钢筋笼首先施工人员需制作钢筋孔，以控制钢筋间距。其中，主筋间距约 20mm，箍筋间距范围在 0 20mm 之间，钢筋骨骼直径约 5mm，钢筋笼长度误差不能超过 10mm，钢筋笼吊筋选取直径 6mm 的 HPB235 圆钢，起吊极限为 15 350kN。其次施工人员需要在主筋外围制作钢筋保护层，保护层材料为水泥灰浆混凝土衬垫，衬垫间距范围在 2 4m之间，并且利用主筋将垫片固定在钢筋笼上。最后施工人员开展钢筋探入孔作业，将钢筋固定在孔板底座上，孔口位置安装定位环。现场采用 30t 汽车吊运钢筋笼，在箍筋位置处设置双吊点以保证下放过程中钢筋笼的稳定性。并且将钢筋笼悬挂在孔口正中心处，并且保证其垂直度，避免钢筋笼下放过程中触碰到孔壁。清孔（1）首次清孔。首次清孔主要目的是将桩孔内部颗粒物质排除，对沉渣厚度要求不严格，因此施工负责人采用造价低的正循环清孔工艺，首次清孔后要求泥浆密度范围在1.2 1.4 区间。通过泥浆泵可将泥浆注入钻杆中，利用钻杆与孔壁形成的环闭空间可将携带沉渣的泥浆清洗液上返，进而将沉渣排出桩孔外。（2）二次清孔。二次清孔后要求沉渣厚度不超过50mm，泥浆密度在 1.05 1.1 区间，含砂率 3%，黏度在 16 20 区间。施工负责人选取 4 号墩单幅 4 个桩孔开展不同清孔工艺对比，根据清孔效果选取二次清孔工艺，具体实验参数如表 2 所示。实验结果显示，采用正循环清孔工艺时，4 个孔位的清孔时间均为 5h，沉渣厚度在 64 66mm 区间，未能达到清孔技术要求；采用气举反循环清孔工艺时，清孔时间在0.450.5h区间，沉渣厚度在2536区间，清孔效果良好；采用泵吸反循环清孔工艺时，清孔时间在 0.3 0.35h 区间，沉渣厚度在 16 19mm 区间，清孔时间短且沉渣厚度低，清孔效果极佳。因此，经过对比后，施工负责人采用泵吸反循环清孔工艺进行清孔作业。加工及安装混凝土灌注导管（1）导管加工。导管由多节无缝钢管加工后组合而成，接头处采用丝口式接头，导管总体长度为 288mm，直径为9mm，其中，中间节长度 2.5m，调整节长度 0.5m，底节长度 4m。（2）质量检验。实验目的是为检测导管接头的密封性。实验前需计算导管璧可承受的最大内压力 Pmax（kPa），以控制试验水压，试验水压要求不低于 Pmax，具体计算公式为：()WCHPwcmaxmaxh3.1=式中：c为混凝土重度，取 24kN/m3；hcmax为导管内混凝土柱最大高度，单位 m；w为孔内泥浆重度，取12kN/m3；Hw为孔内泥浆深度，单位 m。根据最终计算结果，施工人员将高压水泵的水压控制在2.2MPa 以上，导管内注高压水 15min 后，未发现导管接头图 1 实验架构图表 2 清孔工艺对比参数桩孔位孔深/m桩径/mm正循环清孔气举反循环清孔泵吸反循环清孔沉渣厚度/mm时间/h沉渣厚度/mm时间/h沉渣厚度/mm时间/hZ4-115.841 200190.35360.45655Z4-215.851 200180.35280.5665Z4-315.841 200160.3250.48655Z4-415.891 200180.33240.46645-57-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 10 期两星推荐漏水现象，因此判定此导管可以进行混凝土灌装作业。实验架构图详见图 1。（3）导管下放。首先，下放导管前需在护筒顶端设置导管固定装置，确保的导管中心与钻孔中心对应，在导管接头处安装密封圈并涂抹黄油。其次，施工人员应先下放底节导管，并保证导管底部与钻孔底部应相距约 40cm。最后，导管下放完成后施工人员需重新检测钻孔深度及孔内沉渣厚度，若沉渣厚度超出标准要求，施工人员需再次采用泵吸反循环清孔工艺进行清孔作业，清孔完成后可拆除清孔装置。灌注混凝土导管下放且清孔作业符合标准后，施工人员开始进行混凝土灌注作业，为防止混凝土快速升温从而导致混凝土过早硬化，施工人员分为两批次开展混凝土灌注作业。（1）第一批次灌注混凝土。施工人员根据要求拌制C30 混凝土，利用汽车泵泵送混凝土至运输车，继而运输车将混凝土运输至指定桩基处，施工人员进行首批灌注，直至首批混凝土灌注量达到标准要求，并且首批灌注期间施工人员应保证导管埋深长度不低于 1m。灌注混凝土期间会将部分泥浆置换出孔洞，现场施工人员利用连通管将泥浆运回至铁皮泥浆池，以便循环利用。（2）第二批次灌注混凝土。第一次灌注的混凝土降低到合适温度后开始进行第二批次混凝土灌注，混凝土顶面超出设计标高 0.5 1.0m 后停止灌注。在灌注期间应持续关注导管内混凝土下降情况，根据现场实际情况适当灵活提升导管，避免混凝土从导管顶部溢出。提升导管时应保证导管埋深范围在 2 6m，导管轴线始终位于中心位置，尽量避免触碰到周围设施。施工人员应实时监测混凝土内空气量，避免空气过多产生高压气柱，从而出现堵塞导管现象。（3）拆除导管。混凝土埋管最佳时间为 2 2.5h，到达最佳埋管时间后施工人员开始进行拆管作业况，拆管时间应控制在 5 15min，避免拆管时间过长出现浆液凝固情况，拆除完成后及时清洗管内残留浆液，以便重复使用。质量检测为测试桩身质量，需要对桩身阻抗变化强度进行检测，施工负责人依据钻孔灌注桩的施工特点选取低应变法进行桩身质量检测。具体如下。制定检测方案首先，施工负责人选取桩身顶面中心位置为锤击点，在锤击点 2/3 处十字布置 4 个传感器测点。传感器不得安装在钢筋笼主筋处，防止敲击后主筋产生干扰信号，造成检测结果出现偏差。其次，传感器安装前施工人员需要去掉浮浆，并将锤击点和传感器安装位置进行平整化处理。最后，施工负责人采用基桩动测仪在锤击点进行小幅度敲击，敲击次数不得少于 10 次。依据桩身阻抗变化、初始激励时间差 t、介质传播速度 C，计算出阻抗变压区域，进而得出具体数据。结果与分析施工负责人随机选取 10 根桩开展桩身检测工作，检测波速为 4 000m/s，曲线无明显变化且波形稳定，则表示桩身质量合格。具体检测结果详见表 3。表 3 桩身质量检测结果序号检测波速（m/s）桩等级质量评价端桩岩性14 000合格粉砂质泥岩（中风化）24 000合格34 000合格44 000合格54 000合格64 000合格74 000合格84 000合格94 000合格104 000合格最终结果显示 10 根桩身质量全部达到技术标准，其中，类桩8根，类桩2根，此次钻孔灌注桩工艺符合施工标准。结语综上所述，在公路桥梁修建方面，钻孔灌注桩技术可以加固公路桥梁地基，切实提升公路桥梁的稳定性及牢固性，不仅可以节省后续桥梁维修费用，还可以延长桥梁使用寿命，从而保障车辆安全通行。未来，公路桥梁相关负责人应不断完善钻孔灌注桩施工工艺，以保障钻孔灌注桩工艺的科学性和经济性为前提，严格把控各项施工细节，加强竣工后的检测力度，提升公路桥梁的建设质量。