新形势下高速公路桥梁桩基施工要点分析

◎冯杰

桩基础以其承载力高、适用范围广、稳定性强等特点在高速公路桥梁中广泛采用，但是，在其施工过程中，还存在一些问题，本文基于工程实例，主要对高速公路桥梁桩基施工要点进行全面的剖析，希望能有一定的借鉴作用。

一、桥梁桩基施工技术研究

桩基是设置于土中的竖直基础构件，是最古老的基础形式之一，史前已有地基条件不利的河谷地区采用桩基工程方法。宁波市河姆渡文化遗址发掘桩基至今已有七千多年历史。由于桩基特有的优点，许多古代建筑都建造于软基上。桩基使用经历漫长的历史年代，水泥问世前，利用桩型为天然材料制作。19世纪后，由于钢筋混凝土在建筑工程中应用，出现钢混桩。二战后随着现代钢铁工业等新兴工业技术崛起，桩基理论技术得到很大发展。

桩基的种类繁多，根据不同标准分为不同类别。桩基承台底面位置影响桩基受力性能，根据底面位置分为高桩与低桩承台基础。不同成桩方法对周围土层扰动不同，通常分为挤土桩、非挤土桩。部分挤土桩成桩中周土受到轻微扰动，工程性质变化不明显。根据桩的竖向荷载传递机理分为摩擦桩与端承桩。按桩的材料分为混凝土桩、复合桩等。随着复合桩的发展，通过桩基础共同作用承担上部荷载。桩基础是常用的深基础，采用浅基础无法满足结构物对地基强度方面的要求，承受竖向荷载的桩通过摩擦阻力将上部荷载传递到深部土层，桩基可以发挥不同的作用，主要包括改变地基基础动力性能，保证机械设备正常运转；通过桩基的侧面与土接触，将荷载传递给深层岩层，获得较大的承载力支撑建筑物。

桩基具有承载力高、沉降量小等优点，能以不同桩型适应不同的水文地质条件。随着现代科技的发展，桩基型式及理论设计方法得到很大改进。桩基成为土质不良地区修建建筑物广泛采用的基础型式。目前桩基施工技术发展呈现多样化趋势，针对不同地层条件，桩基施工工艺不同，应根据实际情况选择。国内最成熟广泛应用的桩基施工工艺包括预制桩与灌注桩施工。灌注桩在我国形成多种成桩工艺，使用范围扩展到土木工程各领域。随着人们对桩基要求的变化，目前桩基施工技术发展趋势为桩持尺寸向长大方向发展，向扩孔桩方向发展，向低公害法成桩方向发展。

二、桥梁桩基施工中常见的施工质量问题分析

1.缩颈和斜孔事故。

下方钢筋笼必须在钻孔完成之后才可以进行，但是钢筋笼需提前在周边场地进行绑扎，极有可能会发生缩颈和斜孔等事故。前期在钻孔时如果形成斜孔，会导致后期钢筋笼下方失败，极大的影响施工进度。另外，在钻孔之前要严格谨慎的勘测周边地质，地下环境复杂多变，难免会产生一些勘察误差，钻进时不可避免会有一定的影响。如果地层强度发生大幅度改变，钻头钻进速度就会受到影响，当打破周边土体受力平衡，就容易发生斜孔事故。施工过程中如果发生这类事故一定要及时补救，以免耽误施工进度。

2.塌孔事故。

通过总结前人经验，塌孔是在施工中最为常见的事故之一。导致塌孔的原因各式各样，例如泥浆的稠度不符合规定，导致减小了对周边土体的支撑效果，停钻时间过长以及施工操作不当等都会引起塌孔发生。

3.卡管、埋管现象。

混凝土灌注过程中，导管可能出现卡管、埋管的问题，为了顺利浇筑混凝土，需要严格控制混凝土配合比。如果前期搅拌不充分或者混凝土的坍落度与实际要求有落差都会阻碍混凝土的正常下落，当混凝土在管道内积累到一定程度就会发生堵管。在选择赛球直径时，要选择与导管直径相差较小的，二者要配套，避免出现卡管的现象。

4.钢筋笼上浮或偏位。

钢筋吊装过程中如果操作不当会引发上浮或者偏位问题。在进行钢筋笼吊装时，如果没有保护装置，会使钢筋笼位置发生偏移。在笼底浇筑混凝土时，一定要固定钢筋笼，它的稳定性能较差，混凝土上升时，钢筋笼容易受影响上浮。在钢筋笼完成施工后，混凝土会从管道排除，此时混凝土上升，钢筋笼也会产生上浮。

三、桥梁桩基技术施工的质量控制措施

1.护筒埋设未达到标准。

在嵌入衬垫时一定要优先考虑钢衬的厚度。A3 钢板的厚度一般为10 毫米，钢板直径要大于20 厘米，长度为3 米。在进行施工时，为了更好地优化工程的机械化，大幅度加快工程的施工进度，一定要选择强度高、硬度大的衬板。另外，想要将护筒插入，一定要经过表面的底部，从而穿过泥沙层和杂波，管的顶部与地面距离恒定保持为0.3 米，护筒与桩基础的中心为同一个。

2.配置泥浆。

膨润土对泥浆的实际比重会产生一定的影响，因此在施工的时候，挖掘泥浆池的时候就要提前选择制备的膨润土，泥浆的实际比重可以通过不同程度的钻孔进行调配。以下是泥浆的性能指标：（1）泥浆比重：选取管状钻头的时，泥浆比重介于1.1～1.3 之间；在粘土中，孔底的沉淀物不能大于1.3；如果是大漂石，孔底的泥浆比重不能超过1.4。对于岩石来说，其底部泥浆的重量不可大于1.2。（2）含砂率：新泥浆比重不能超过百分之一。4pH 值：大于 6.5。（3）粘度：普通地层粘度是 18～24，松散地层粘度是22～30s。

3.钻机就位。

公路桥梁桩基施工时要将钻机置于桩的位置。冲击钻头的底座要选择与之相匹配的钢枕。设置好底座的承载力，确保其稳定性保持在最高值，达到主旋转转机的要求。实际操作中，钻杆必须垂直于钻机的整个框架，二者要与转向方向处于同一垂直水平位置，使最大桩孔保持正确，钻洞为一直线。钻头要开始打开测试需要将底盘调整到水平线。在施工过程中，有的钻机可能需要临时移动为避免发生钻机移动后位置打乱，在移动前需要对其做一个显眼的标志。精确的定位可以更好的保障桩的质量。

4.钻进成孔。

钻洞形成的关键点就是旋转钻头的选择，不同的钻头形成的钻洞差异明显，在强度较高的花岗岩岩体更能凸显。在岩石风化过程中，作为圆柱形钻头核心的锥心螺旋钻头配备双底旋转钻杆或者截齿直行的螺旋钻更为合适。如果旋转钻头的圆锥螺旋钻直径较大时可以将其分为双底旋转钻井筒。进行钻井时，要定时检查钻头的核心，确保其钻探垂直，最高程度地控制钻孔的最终垂直度。混凝土应该浇筑在孔的附近，避免冲击振动影响相邻孔壁与混泥土相凝固钻孔在合适的抗压强度下可以恢复原样。钻头要选择高质量的，在进行钻孔工作时，会减少旋转问题。一千此后，钻头的实际直径是1.5cm，一定要在第一次和第一时间及时更换。钻井过程中，泥浆会不断的被消耗，因此在钻井之前，要提前准备好泥浆，方便及时供应。另外钻井过程中遇到的土体会有所变化，因此要严格检查泥浆的各项指标，增加检查次数，及时调整泥浆指标。钻井的过程中，间隔两米，当地层改变就及时处理。观察土层是否改变，收集岩土层变化的矿渣样本，将其记录下来，方便后续地质检查。

5.泥浆循环系统。

首先是泥浆存储池，泥浆存储池的标准由钻井泥浆以及泥浆制造能力决定。制备和存储泥浆的泥浆存储池的长×宽×高分别为25×4×2m（不小于1.5 倍孔洞在实际条件下的体积）。每个旋转机（即每4 墩台）均会配置。其次泥浆沉淀有三层沉淀池进行沉淀。一层沉淀池用于原层，二、三层沉淀池用于储蓄，储蓄水箱的材料为五米厚的钢板，长3m，宽2.5m，深1.5m。最后是循环槽，其厚12cm，宽×高=0.3×0.3m 砖沟。

6.终孔设计要求。

桩的入射不小于2m，风化岩的厚度不应小于1m 是终孔的设计要求。进入风化岩之前，需要获取先进的地质钻孔证明。要及时检查钻孔的直径与深度并详细记录施工进展状况，当钻孔达到设定的标准孔时，要及时检查并记录洞内终孔的详细数据，之后由相关工程师检查施工现场，考核合格之后，开始进入下一个阶段。

7.清孔换浆工艺。

在施工过程中清孔是一个重要环节，进行清洗时，要留意稳定孔的水位。其主要目的是为了让泥浆、墙体以及其他标准的设计和质量要求相符合，创造更有利的条件进行混凝土浇筑。清孔需要清两次，第一次清孔时间应该在孔深达到设计深度后，且要达到相关规范标准才可进行，否则不能放下钢笼。第二次清孔时间在重新安装分散导管后，利用导管输送循环泥浆。《施工桩基技术规范和设计要求》中要求：泥浆比重应小于1.1，砂率小于2%，粘度为17-20s，厚度小于50mm。

8.砼浇筑要点。

混凝土具有较为特殊的性质，在公路桥梁桩基施工中为保障其效果，要保证连续性施工。但在在施工中还是会遇到突发情况，例如突然停机。如果遇到紧急情况，要最大程度上维持施工的稳定性，用短钢筋进行加固继续施工，施工前更要做好准备工作清理现场，避免混入会影响混凝土的基本性能的残留杂质。进行浇注施工时，要选择干燥的混合水。施工现场要保持干燥，施工现场的水要用排水系统及时排出，避免施工中发生严重的渗漏问题。工作中为了使混凝土的稳定性能更好，可以对水下混凝土的浇筑措施进行修改，让其更加完美。

四、项目应用实例

1.工程概况。

某高速公路路段全长约为4.577km。起点桩号K21+540，终点桩号K26+136／ZK26+161，主要构造物包含：路基工程1.402km，长隧道1530.5m/1 座以及桥梁1644.55m/5 座。

2.桥梁施工。

桥梁工程主要包含：特大桥1 座1052m（K25+610/ZK25+635上部构造采用预应力混凝土连续简支箱梁，下部结构为柱式墩、柱式台、薄壁墩以及钻孔灌注桩基础）、大桥1 座517.5m（K22+635 上部构造为17×30m 预应力混凝土连续箱梁，下部结构包含：肋板台、柱式墩以及钻孔灌注桩基础）、小桥主要有3座，约为75.05m，下部结构墩台基础都使用钻孔灌注桩基础，桩基 250 个，薄壁墩 26 个，立柱 114 个，盖梁台帽 107 片，空心板56 片以及箱梁 364 片。

3.钻孔灌注桩施工。

（1）前期工作。

前期工作主要包括：测量基线布设、地表清理平整、现场调查，确定是否存在地下管线、文物以及与既有建筑物基础的距离。如果存在地下管线或文物，要及时当地和有关部门进行联系，以确定拆改方案或采取其他措施。

（2）桩位放样。

施工前，要由测量技术人员按照施工图对每个墩台的桩基进行编号，以明确施工顺序，并对桩位中心进行坐标计算，经技术人员复核后上报给监理，审核后实施现场放样。场地整平后，可以按照设计图以及平面控制点放样出桩的具体桩位中心点，与此同时，放出护筒开挖边线，然后利用十字定线（骑马桩）的方法把桩位平移至开挖线1m 以外，然后设置坐标控制系统。桩位放样完毕后，使用钢尺对各个桩位之间的具体位置进行测量，并与相邻墩的桩位一起校核。控制桩主要用于完成护筒以及钻孔的校对，进一步对钢筋笼的偏位情况进行观察。护筒埋就位后，需要对桩中心以及护筒中心实施测量以及复核，定位时可以利用定型十字刻度尺安放在护筒顶部，测量定位后，按照护筒偏差对护筒实施调整，完成之后，对护筒四周的空隙部分使用黏土进行填实以及夯实。为了保障桩孔深度以及设计要求相适应，需要测量人员给出护筒的具体顶标高，再按照灌注桩设计桩尖标高完成护筒顶以及到桩尖深度的计算，使用测绳对其钻孔深度实施测量。

4.泥浆制备以及循环系统。

（1）护壁泥浆的具体配置。

为了避免桩基施工出现塌孔与缩孔现象，施工前需要慎重选用泥浆材料，按照各墩位的实际地质条件以及钻机性能等，使用性能比较优质的泥浆实施钻孔护壁。可以使用施工区附近开挖的一些泥浆池完成泥浆的配置，泥浆各项性能指标一定要符合规范要求。泥浆在钻孔灌注桩施工中有2 个作用：保护孔壁；利用泥浆循环对钻渣进行排除。泥浆各项性能指标会在地质情况的基础上实施调整，满足护壁以及排渣的功能。

（2）泥浆循环系统。

泥浆循环系统主要包含：泥浆池、循环槽、沉淀池、泥浆泵，排水设施、排废浆设施以及清渣设施等，每套系统可以供1 台钻机进行使用。首先，需要使用泥浆泵把循环槽、造浆池以及沉淀池内的积水（主要包含部分淤泥）抽净，然后需要在开钻孔内填入一些膨润土和淡水，使用冲击锤小冲程的反复冲击造浆。在开孔及钻进过程中，要保持孔内水位高于地下水位月1.5～2.0m，并且要低于护筒顶面0.3m。

（3）泥浆排放。

由于在灌注桩的施工中会出现泥浆，按照工程环保要求，在施工区应配置一些专运泥浆罐车，施工过程中及时将泥浆运出现场，按照地环保部门的具体要求投放至抛泥区。

5.钢护筒制作及沉设。

沉埋之前需要对下层土层进行勘察，确定不存在障碍物后，再对钢护筒进行施工。钢护筒的直径应避设计桩径大200～400mm，壁厚约为10mm，利用钢板进行制作加工。施工过程中，钢护筒的长度为2～4m。施工时需要由测量人员实施定位放线，护筒中心和桩位要重合，搭设双层井字架要进行钢护筒的具体定位，然后施工钢护筒。在整个钢护筒的施工中，需要对护筒的偏位及其垂直度进行控制，平面允许误差不能超过50mm，钢护筒倾斜度不能超过1%，与此同时，需要对护筒周边进行人工回填黏土并夯实。钢护筒埋顶面要超出地面0.3m。其高度应和孔内泥浆面的高度要求相适应。

6.钻机就位。

桩基施工使用的机械为冲击钻，施工前，需要使用吊车和工人吊运使冲击钻就位。然后进行位置的调整，主要包括粗调和细调。粗调：按照冲击桩机的具体尺寸，提前安放并调平枕木，保障吊车吊运桩机平稳就位，桩机的机架钢丝绳铅锤要和护筒相对应。精调：钻机驻位之后，利用千斤顶以及垫木等完成机架的精调。首先需要使用线锤把钻机钢丝绳的具体垂直度实施调节，再把钻头的中心点以及护桩的十字交叉点控制在一条垂直线上，利用线锤控制，桩机完成水平的调节，保障其竖直以及稳固，并且与桩基作业平台具备连接性。调整合格之后，由监理以及技术人员实施检查以及验收，检查合格之后锁定桩架，保障桩机稳固以及钻孔的垂直度。

7.钻孔。

钻孔的钻进过程中，需要注意以下要点：（1）钻机钻进的过程中，技术人员以及施工人员需要对钻进过程进行检查和验收，完成钻孔记录表的填写，详细记录钻进中地质的具体情况、钻孔深度、泥浆情况以及钻孔时间等数据。（2）钻进中需要施工员完成泥浆各项指标的测试，在土层钻进中，平均每隔4～6h 要对泥浆进行检测，主要包含泥浆的黏度、相对密度以及含砂率等，保证钻进中泥浆的指标正常，不存在突变状况。（3）按照地质报告实施钻渣的取样检测，判断其是否属于全风化岩层，需要与地质报告实施比较。自钻孔深度进入岩层后，需要每隔2m对钻渣进行一次取样，判断岩层的具体情况；关于地层变化处，需要加密取样的频率，平均每0.5m 进行取样一次。（4）随钻进速度的减弱，判断其是否进入微风化岩层，留样由监理工程师实施确认，此标高属于嵌岩起算面。（5）钻进中捞取的一些渣样需要按照规范要求进行留置，渣样实施袋装，并贴针对性的标签、注明孔号、时间、孔深以及钻机号等。（6）钻孔一定要一次成孔，不能中途停顿。

结束语：

综上所述，高速公路桥梁桩基施工要点主要包括钻孔灌注桩施工、泥浆制备以及循环系统、钢护筒制作及沉设、钻机就位以及钻孔等方面，施工企业应不断对这些要点进行总结，并对其中的难点进行深入研究，从而提高高速公路桥梁桩基的施工质量。