公路桥梁桩基的施工与检测探讨

楼涛　倪建江

摘 要：桩基是公路桥梁工程重要的施工内容。以公路桥梁桩基的施工技术为例，阐述公路桥梁桩基的施工技术，论述公路桥梁桩基的检测方法，并对公路桥梁桩基施工与检测的注意事项进行了进一步论述，希望为公路桥梁桩基的施工与检测提供一些参考。

关键词：公路;桥梁;桩基

中图分类号：U445.551文献标识码：A文章编号：2096-6903（2022）08-0093-03

1 公路桥梁桩基的施工技术

灌注桩是公路桥梁主要用桩基类型，包括人工或机械挖桩孔、桩孔内下放钢筋笼、孔内灌注混凝土、桩顶浇筑系梁（或承台）几个步骤。现实操作中多选择机械挖孔方法，包括旋挖钻机成孔、冲击钻机成孔、正反循环钻机成孔几种技术，相关技术的操作流程如下：

1.1 旋挖钻机成孔

旋挖钻机成孔适用于粉土、黏土、淤泥质土、卵石碎石地层等，其主要是通过钻机为钻头旋转提供动力。而通过钻头正向低速度钻进、反方向高速度旋转甩土的操作，可以促使土、砂粒被切割成碴土，在无泥浆出渣的情况下，进行干法操作[1]。

旋挖钻机包括上车和底盘两个部分，上车部分主要负责成孔操作，包括动力头、钻杆、钻具、液压工作系统等。在成孔操作过程中，需要人为启动加压油缸，给予旋转动力头充足压力，促使旋转动力头在内部键销、钻杆上锁槽紧密啮合的情况下，将压力、旋转扭矩有序传递给钻杆下方钻具，而钻具上带合金钢斗齿的切土器则可以在下压力、扭矩的帮助下顺利进入地层。带合金钢斗齿的切土器工作过程中切削的岩土会随着钻具钻进相反的方向挤压旋转到钻具螺旋叶片内容斗，一旦切削的岩土形成的钻渣充满钻具螺旋叶片内容斗，需人为提升钻机圈养，将钻渣、钻杆、钻具向孔外提拉。进而经人力、机械操作，卸除切削的岩土形成的钻渣。卸除切削的岩土形成的钻渣后，可以将旋挖钻机放入孔内继续钻渣作业。整个成孔过程中，需要多次循环入孔钻渣与提出钻渣过程。需要注意的是，根据钻孔地层差异，所适用的旋挖钻机也具有一定差异。一般对于砂土、黏土夹带砾石与卵石的地层，可以选择螺旋土钻、螺旋勘岩钻或旋挖斗;而对于中风化、中等溶离子性凝灰岩、角砾岩，可以选择螺旋勘岩钻、筒式勘岩钻;对于强风化、熔岩性凝灰岩、角砾岩，则可以选择螺旋土钻、螺旋勘岩钻;对于中等强度至高等强度基岩、微溶解性凝灰岩以及角砾岩，可以选择螺旋勘岩钻、筒式勘岩钻以及钻凿式岩芯钻。

1.2 冲击钻机成孔

冲击钻机成孔适用于卵石层、黏土层、粉砂层，其主要是通过卷扬机为带刃重钻头提供动力。通过启动卷扬机，可促使钻头快速下落将孔底岩土压碎。进而从孔口提出钻头，经专门的出碴口或泥浆循环法排出碴粒[2]。冲击钻机成孔包括场地平整、测量放线及埋设桩位、钻机就位及钻进、成孔检测、清孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土几个环节。

在测量定位环节，测量人员需要根据设计图纸，结合业主方提供控制点，利用GPS测出各桩桩位后利用铁钎进行标记，进而由专业施工人员开挖护筒坑。护筒坑开挖完毕后，施工人员应将厚钢板卷制而成的护筒埋设到护筒坑内，埋设深度在1.0 m以上，并利用十字架对中校正，确认无误后利用黏性土回填夯实。

在护筒埋设完毕后，施工人员需要平整桩机所在场地并进行台木水平铺设，确认场地平整性后，在25t汽车吊的帮助下降钻机吊运到施工位置，且钻机天车滑轮前沿、孔中心处于同一条铅垂线上，降低后期孔斜现象发生概率。

1.3 正反循环钻机成孔

正反循环钻机成孔适用于粗砂层、砂砾层、粉砂层，其主要是通过钻机驱动钻头旋转。进而选择膨胀土+外加剂或黏土+外加剂等材料配置比重在1.1～1.3的泥浆，利用正向泥浆循环或反向泥浆循环法进出钻孔促使钻碴上浮后带出。与此同时，泥浆循环也可以平衡钻孔内水压力保护孔壁，孔坍塌、浮碴风险较低。以桥梁φ3.0 m混凝土钻孔灌注桩为例，考虑到河床冲刷作用，可将φ3.0 m的钢护筒设置在钻孔桩上部。具体操作包括施工准备、临时钢护筒安装插入打设、钻机平台建设及钻机安装、永久钢护筒制作、钻头预钻孔至标高、移动钻机位置、永久钢护筒安装插入打设至标高、钻机就位、钢筋笼制作及压浆管安装、平底钻头气举反循环至标高、泥浆反循环清孔、移动钻机位置、成孔检查[3]。

在成孔后，可以通过钢筋笼安装、水下混凝土填充导管及混凝土灌注支架安装、气举法清孔、导管法灌注水下混凝土至上部双层钢筋笼、安装注浆泵、循环管路压水至注浆孔套筒开裂、清除桩顶浮浆、桩身混凝土质量检测、上部双层钢筋笼桩身混凝土浇筑、桩底循环压力注浆几个操作，完成桩基施工。

2 公路桥梁桩基检测

2.1 声波检测

超声波检测法是主要用声波检测技术，可以根据混凝土物理力学性质受外部环境、内在结构影响的特点，分析声波在桩基内传播特性进行混凝土桩基应力-应变关系分析。通过对声波傳播期间反射、绕射现象导致的波幅、声速变动进行分析，可以了解桩基内部质量缺陷。具体监测过程包括换能器安装、桩基质量监测、声波传输均值分析、标准差计算、缺陷定位几个步骤。

2.2 钻芯检测法

钻芯检测法在公路桥梁桩基检测时应用频率较高，需要以桩基结构完整为前提，利用人造金刚石钻头或钻石探头，经带10 mm内径的钻孔机进行抽芯取样。获得桩基样品后进行沉积物厚度、材料强度、桩长度、持力层情况等判断。

2.3 静载试验法

静载试验法包括单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验多种。其中单桩竖向抗压静载试验主要向基桩均匀传递竖向荷载，测试其在荷载变化时的桩顶沉降，推测其竖向抗压承载力特征;而单桩竖向抗拔静载试验则是逐级将竖向抗拔力施加到桩顶部，对桩顶部随着时间延长产生的抗拔位移进行观测，判定其抗拔承载力是否与设计要求相符;单桩水平静载试验主要是利用单向多循环加卸载试验设置近似水平受力桩的工作条件，测量单桩水平承载力、地基土水平抗力。

2.4 高低应变动测法

高低应变动测法在公路桥梁桩基检测中应用频率较高[4]。其中高应变动测适用于桩底土塑性变形、桩顶荷载位移情况，主要用于桩基最大承载力检查，需要向桩顶施加重力打击，进而测量桩基下部受影响后桩基、土壤间位置变化;而低应变动测法主要用于桩基结构完整性检测，需要向桩顶施加一定冲击，进而测量桩身、桩底受影响后振动信号。

3 公路桥梁桩基施工与检测的注意事项

3.1 施工注意事项

在钢护筒操作时，技术人员可以选择钢结构厂内预制护筒后经卷板机成型、旋转胎架焊接的方式，分节运输至现场。进而利用手工焊接的方式完成钢护筒拼接。在钢护筒拼接完毕后，技术人员可以利用预先钻孔方法，预先安装临时护筒，促使临时护筒入土深度达到10.0 m左右。进而安装钻机，钻孔到标高，而钢护筒底口设计标高较钻孔标高深1.0 m，可以经APE震动锤震动打击到标高位置。

在钢筋笼操作时，根据公路桥梁桩基钢筋笼密集分布特点，可以选择长线台座，分节制作钢筋笼并标注接头位置。制作完毕后，可以利用搭接方式完成主筋连接并2个“U”型卡连接搭接接头。同时根据桩底压浆要求，在钢筋笼内布置12根循环注浆钢管，钢管底部相互连接，形成6根压浆回路，压浆回路底部可以进行2个套筒部件以及橡胶套筒包裹出浆孔的设置。而根据出浆孔与桩底紧贴要求，可以将若干个触底指示灯开关安装在钢筋笼底部，经出孔口引出电线。全部设置完毕后，根据触底指示灯指示，利用起吊装置将钢筋笼吊入桩孔至钢护筒顶口。

在钻孔桩操作时，技术人员可以利用工难液压钻机与液压动力头钻机配合，在重锤导向下低压力钻进，配合泥浆反循环排出碴土，并利用泥浆分离器进行泥浆净化处理。其中泥浆可选择钠至膨润土、塑性指数大于25且50%粒径小于0.005 mm的黏土与水、碳酸钠配置而成的复合泥浆。拌和时，需要先加入水后加入钠质膨润土搅拌2.0 min，进而加入碳酸钠，搅拌1.0 min，搅拌后放入泥浆池。钻孔时泥浆循环过程为“新制备泥浆、泥浆池、桩孔、泥浆净化、桩孔、钻孔结束、泥浆池”，整个过程中，开钻前需控制泥浆比重在1.05～1.15之间，钻孔过程中需要控制泥浆比重在1.05～1.25之间，清孔后需要控制泥浆比重在1.05～1.15之间，其他参数如表1所示。

在根据上述参数控制钻孔过程的基础上，技术人员还需要控制孔内泥浆面高度，促使泥浆顶面高出水面2.0 m以上、3.5 m以下。并每间隔1 h进行一次进浆口泥浆质量检查，避免泥浆护壁不当导致的孔洞坍塌情况。在钻孔到设计标准高度后，技术人员可以将钻头提升促使其距离孔底5.0 cm以上、10.0 cm以下，进而缓慢旋转转盘促使泥浆反向循环清孔至与设计要求相符。

3.2 检测注意事项

在桩基检测技术选择时，检测人员需要综合考虑公路桥梁类型、桩基所处位置地质条件、桩基特点等因素。比如，低应变动测法适用于龄期超10 d、桩长50.0 cm、桩径0.6～1.8 m的桩基检测;而超声波检测法则适用于龄期超14 d、桩长50.0 cm、桩径0.6～10.0 m的桩基检测。需要注意的是，若需要利用应变法、声波透射法检测桩基，桩基强度应超出15 MPa或设计强度的70%;若需要利用钻芯法检测桩基，则桩基强度应达到同等条件养护试块与设计强度要求相符或桩基龄期达到28 d。

在声波检测、高低应变动测等无损检测技术应用过程中，极易因突发情况而出现信号无法顺利接收甚至消失的现象，这与设备故障、设备内无水具有较大关系。此时，检测人员需要首先进行设备内水分存在与否检测，向设备内注入适量水。若异常现象仍然存在，则检测人员可以将设备信号接收管去除，进行波形变动情况观测，在波形出现剧烈变化且形状异变时，表明存在设备故障，需立即检修。

在钻芯检测法应用过程中，检测人员应根据桩径进行钻孔数量、位置的科学布置。一般对于桩径在1.2 m以下的桩，可以进行1个孔、2个孔布置;对于桩径在1.2 m以上但小于1.6 m的桩，可以进行2个孔布置;对于桩径超出1.6 m的桩，则需要进行3个孔布置。同时依据距离桩中心0.15D～0.25D范围内进行钻孔的均匀、对称布置。

在验收检测时，检测人员应依据先桩身完整性检测后承载力检测的方式进行操作。对于单桩竖向抗拔承载力检测，检测人员可以综合考虑桩身开裂、灌注桩配筋率等因素，依据单桩竖向抗拔极限承载力的50.0%设置数值。如在桩身无开裂且灌注桩配筋率低于0.65%时，可以选择水平临界荷载的0.75倍。

4 结语

综上所述，桩基是公路桥梁中应用频率较高的深基础，包括桩、樁顶承台几个部分，其可以在公路桥梁墩台位置软弱覆盖层较厚且持力层深度较大时穿越软弱层为岩层提供支撑。根据公路桥梁实际情况的差异，技术人员可以选择不同的桩基施工技术。并在桩基施工技术应用过程中，恰当应用声波检测、静荷载测试、高低应变动测法进行桩基隐藏问题的检测，保证桩基隐藏问题的及时发现、处理，为桩基在公路桥梁中支撑作用的顺利发挥提供依据。

参考文献

[1] 罗晓军.公路桥梁桩基旋挖钻施工质量安全分析[J].砖瓦，2021 （8）：173-174.

[2] 李永奎，杨贵勇，徐宇.铁路路基垫层厚度对CFG桩及下穿公路桥梁桩基的影响研究[J].路基工程，2020（6）：65-70.

[3] 刘伟.公路桥梁桩基工程中反循环钻成孔施工技术[J].四川建材，2021（4）：130-131.

[4] 唐科.公路桥梁桩基检测中无损检测技术的应用思路[J].建筑技术开发，2021（3）：131-132.