桥梁工程中桩基工艺对比和应用研究

何海

桩基作为桥梁工程中的重要组成部分，是桥梁结构的承重基础。桥梁桩基成孔的方式由老式的静压法、打入法逐渐向钻孔灌注桩改进，其中冲击桩和旋挖桩作为两种常见的桩基施工工艺，在桥梁桩基工程中被广泛使用。本文结合厦安高速公路南山大桥桥梁工程施工，就冲击桩和旋挖桩两种桩基工艺的原理、优缺点和适用范围进行详细的介绍和比较，为同类桩基工程的施工工艺提供一定的借鉴意义。

一、工程概况及施工方案

厦安高速公路，即南安（金淘）至厦门高速公路。全线总长41.44km，是安溪至厦门的交通动脉。该项目包含6 座大桥。其中，南山大桥位于国道324 线仑头至东宅段，全长450m。桥梁桩基93 根、62 根墩柱。上部结构为连续预制T 型梁结构，下部根据不同的桥梁宽度分别采用三柱式、双柱式圆形墩，钻孔灌注桩基础，墩身直径1.4m,桩基础直径1.6m；桥台采用桩柱式桥台，桩基础直径1.5m。

结合该公路桥梁工程案例可知，该工程具有施工难度高、综合性较强等特征，在施工过程中涉及多个施工领域和施工专业。为保障该公路桥梁施工质量符合设计要求，要深入实地做好施工现场勘测工作，并在此基础上做好施工设计图纸设计工作，然后采取科学的施工技术。只有充分做好上述工作才能最大限度地提升公路桥梁桩基工程的整体施工质量，才能够确保路桥工程质量标准符合施工合同要求。

二、桥梁桩基工程中的常见问题

1.桩基断桩问题

结合该案例可知，如果在准备混凝土材料的过程中没有严格控制混凝土材料的配比，因桩基内部的排水管和排水孔间距较远容易导致雨天水分聚集，从而增加桥梁工程的桩基断桩风险。因此，在桥梁施工过程中，一定要严格控制桩基施工技术，根据公路设计要求对混凝土材料进行配置，在浇筑混凝土环节完成后可采取回顶的方式来减少桩基内部混凝土材料的空洞概率，通过有效提升混凝土密实度来减少断桩问题。

2.孔斜问题

在公路桥梁工程桩基工程施工的过程中，钻孔是非常关键的一项施工环节，桩基础钻孔的质量直接决定桩基整体的建设效果，直接影响公路桥梁基础结构的稳定性。但是考虑该工程项目案例所处的地质条件比较复杂，且桩基底部地质结构为风化岩石，整体的钻孔难度较大，如果采用的操作技术不当，还会导致钻孔孔洞位置发生偏移，由此导致出现孔斜问题。一旦出现孔斜问题后，要及时优化钻孔设计方案，重新进行钻孔，以此有效控制桩基工程施工过程中的钻孔误差。

三、工艺对比分析

在高速公路桥梁工程中，成孔方式主要有两种，分为旋挖钻机成孔及冲击钻成孔技术，两种工艺各有优缺点，要结合工程特点进行具体分析，提高施工品质需明确质量控制目标， 围绕质控目标精准调节施工步骤，优化施工方案，确保桥梁建设品质达标。

1.冲击桩工艺原理及特点

冲击桩工艺，顾名思义，是通过冲击力将桩体顶入地下，利用土体的支承力使桩体受力并在土体中固定。其原理是在桩头位置落锤并产生重力加速度，在冲击力和桩体重量的共同作用下，将桩体沿垂直方向向下推入土体中。同时，由于冲击作用，桩身周围的土体受到挤压而形成土体的支承力。冲击桩工艺的优点主要包括以下几点：

（1）施工速度快：由于冲击桩工艺不需要开挖和排土，只需要在桩头位置落锤即可将桩体顶入地下，所以施工速度相比于其他桩基工艺更快。

（2）适用范围广：冲击桩工艺适用于各种不同类型的土层，包括软土、黏土、砂土等不同类型的土壤，因此可以广泛应用于不同的地质条件。

（3）成本低廉：冲击桩工艺相对于其他桩基工艺来说成本较低，因为不需要专门的挖掘和处理土方。

但是冲击桩工艺需要使用锤击打桩头，产生的冲击力也比较大，因此会产生较大的噪声污染，对周围环境造成一定的影响。会使桩体受到较大的侧向力，从而导致桩体的侧面产生一定程度的变形，对施工现场的环境和条件有一定的限制，例如在周围环境噪音限制较高的城市区域或在地面下水位较高的区域，冲击桩工艺可能无法使用。

2.旋挖桩工艺原理及特点

旋挖桩工艺是通过在地面上钻孔，并在孔内充填钢筋混凝土或钢管等材料制成桩体。其原理是使用旋挖机在地面上钻孔，同时使用泥浆进行冷却和稳定孔壁，完成孔洞的钻掘。接着，在孔内填充预制的混凝土或钢管等材料，并通过挖掘机进行整体下压和整理，形成一个坚实的桩体。旋挖桩工艺的优点主要包括以下几点：

（1）质量可控：旋挖桩工艺采用预制的桩体，桩体的制造过程可以在工厂内完成，因此可以对桩体的质量进行严格控制，保证桩体的质量稳定可靠。

（2）无振动、低噪音：相比于冲击桩工艺，旋挖桩工艺使用的是钻孔和挖掘机，不会产生较大的振动和噪声污染，对施工现场周围环境的影响较小。

（3）适用范围广：旋挖桩工艺适用于各种不同类型的土层，如软土、淤泥、沙砾土等，也适用于地下水位较高的地区。

但是旋挖桩工艺相比于冲击桩工艺，旋挖桩工艺需要进行钻孔、挖掘、灌注等多个施工步骤，所以施工周期较长。旋挖桩工艺需要使用大型的钻掘设备，对施工现场的要求较高，如果在狭小的施工现场就无法使用。

3.适用范围

冲击桩工艺适用于较为坚实的地层，如砂土、粉土、卵石土等。此外，冲击桩工艺对于桩基的长度有一定的限制，如果桩基长度过长，会对桩体受力产生一定的不利影响。

旋挖桩工艺适用于土层类型广泛，特别适用于较为松软的土层、含水层等地质条件较为复杂的区域。

4.质量可控性

冲击桩和旋挖桩在质量可控性方面存在较大的差异。冲击桩的制作通常在现场进行，对桩体的制造过程难以进行严格控制。因此，冲击桩在质量可控性方面稍逊于旋挖桩。相比之下，旋挖桩的制造通常在工厂内完成，可以严格控制桩体的质量。

5.施工速度与难度

冲击桩的制作通常在现场进行，因此制作速度相对较快，可以快速完成桥梁等工程的建设。相比之下，旋挖桩的制作需要进行钻孔、挖掘、灌注等多个施工步骤，因此制作速度相对较慢，需要较长的工期。冲击桩和旋挖桩在施工难度方面也存在较大的差异。冲击桩的制作较为简单，通常只需要进行打桩操作，因此对施工现场的要求较低。相比之下，旋挖桩需要使用大型的钻掘设备，对施工现场的要求较高，如在较为狭小的施工现场或基础条件较差的情况下，可能无法使用。

6.稳定性

冲击桩在施工过程中，其桩身内部可能存在气泡、空洞、缺陷等问题，这些问题可能会影响桩的承载能力和稳定性。因此，对于冲击桩的质量检测非常重要。相对于其他桩基类型，冲击桩在低应变测试和超声波检测中的合格率较高，主要有以下几个原因：

冲击桩本身的施工方式决定了桩的质量相对较稳定：冲击桩通过冲击器将桩杆逐层打入地下，桩身和周围土体之间会产生较大的摩擦力，从而提高了桩身的稳定性。相对于其他桩基类型，冲击桩的桩身在施工过程中的变形和应变情况相对较小，桩的承载能力和抗弯强度也比较可靠。

冲击桩内部气泡、空洞等质量问题较少：冲击桩的施工方式决定了其桩身内部不会存在太多空洞和气泡等问题。这些质量问题通常是由于混凝土或钢筋安装不当或施工质量不良等因素引起的。相对于其他桩基类型，冲击桩内部的质量问题较少，所以低应变测试和超声波检测合格率相对较高。

虽然低应变测试和超声波检测合格率相对较高，但在冲击桩的质量检测过程中仍然需要严格遵守相关规范和标准，并进行多种方法的检测，以确保冲击桩的质量符合设计要求。

旋挖桩在低应变测试和超声波检测中的合格率相对较低，主要是由以下几方面的因素共同影响的：

桩身内部缺陷：旋挖桩的施工过程中，混凝土灌注的同时需要排除挖掘机和管线的干扰，导致桩身内部可能存在气泡、空洞、夹杂物等质量问题。这些缺陷会影响桩的承载能力和稳定性，从而导致低应变测试和超声波检测中合格率低。

桩身变形和裂纹：旋挖桩的施工过程中，由于混凝土灌注后需要较长时间的凝固，而灌注时挖掘机的震动和管线的干扰会导致桩身变形和裂纹等问题。这些问题会对桩的质量造成影响，从而导致低应变测试和超声波检测中合格率低。

检测方法的局限性：低应变测试和超声波检测在旋挖桩的质量检测中起到了非常重要的作用，但这些方法也存在一定的局限性。比如，低应变测试只能检测桩身的表面变形情况，而无法全面了解桩身内部的情况。超声波检测需要在桩身内部设置传感器进行检测，对于桩身内部的深层缺陷和变形可能存在一定的盲区。

四、工艺实施

旋挖桩和冲击桩在施工方式和原理上存在差异，结合使用可以充分利用它们各自的优点，提高桩基的承载能力和稳定性。旋挖桩采用连续钻进土层的方式，桩身具有较高的密实度和整体性，且桩身周围土层受到较小的扰动。而冲击桩采用重锤或振动器等设备施加动力，可以在较短的时间内将桩身深入土层，增加桩身与土层之间的摩擦力和承载力。因此，结合使用旋挖桩和冲击桩可以提高桩基的承载能力和稳定性，满足工程设计要求。

旋挖桩和冲击桩的施工方式各有优劣，结合使用可以在充分利用它们各自优点的同时，提高施工效率和加速施工进度。例如，在软土和泥质土等地质条件下，可以采用旋挖桩进行桩身的开挖和灌注，然后采用冲击桩进一步加固和深入施工。这样可以避免旋挖桩灌注后的土层松散，提高桩身周围土层的密实度，同时也可以减少施工周期，提高施工效率。

旋挖桩和冲击桩各自适用于不同的地质条件，但结合使用可以充分利用它们的优点，适应更广泛的地质条件。旋挖桩适用于软土、泥质土和砂土等地质条件，其灌注过程可以保证桩身周围土层的密实度和整体性，适用于地下水位较高的区域。而冲击桩适用于砾石土、坚硬岩石和桥墩等地质条件，其冲击过程可以加强桩身与土层之间的摩擦力和承载力，适用于地下水位较低的区域。因此，结合使用旋挖桩和冲击桩可以充分利用它们各自的优点，适应不同的地质条件，提高桩基施工的适应性和可靠性。

五、工程实例分析

南山大桥由于桩基须穿过块石填土层，而对于块石填土，旋挖钻机成孔效率低，而且损坏设备严重。经过不断摸索，施工中需以旋挖钻孔为主，必要时辅助冲击钻孔。若项目施工遇硬岩、大颗粒卵石，会增加钻孔难度。钻孔采用淡水泥浆，为确保桩身稳固性，制浆过程相对关键，需人工调配和控制以保障泥浆性能达标。调配阶段适当掺入膨润土，以满足钻孔护壁要求。另外，桩身钢筋使用焊接连接，并需要做好超声波检测。案例工程中应用1.8 m 桩径的管桩，需设置4 根检测管，以保障检测效果。按照以往经验，桥梁每个承台基础均要达标，最多设计4 根桩基，承台桩基交叉施工中需控制桩基混凝土振捣施工。

这样既减少了施工费用，还大大提高了施工效率。对于那些位于民房较近的桩基，原本使用的冲击钻被调整为水磨钻或人工挖孔施工，减少震动，避免影响村民。

1.减少施工噪音和振动

旋挖桩和冲击桩的施工过程都会产生一定的噪音和振动，但结合使用可以降低施工噪音和振动的影响。旋挖桩施工时，由于灌注过程中土层的整体性和桩身周围土层的密实度，噪音和振动的影响相对较小。而冲击桩的施工过程中，振动力量较大，但施工时间相对较短，可以通过调整施工顺序和时间来减少噪音和振动的影响。

2.降低施工成本

结合使用旋挖桩和冲击桩可以降低施工成本。旋挖桩的施工设备和工艺相对简单，施工成本较低；而冲击桩的施工设备和工艺相对复杂，施工成本较高。但是，结合使用这两种桩基技术可以在不同的地质条件下充分利用它们的优点，降低施工成本，提高经济效益。

六、结语

在城市建设与桥梁工程规模高速发展的时代，需要重视桩基施工在公路桥梁施工中的基础地位，保障工程项目的安全高效进行。在桩基施工开展的过程中，其施工技术在一定程度上会对工程项目整体施工安全带来一定的影响。本工程结合使用旋挖桩和冲击桩可以实现更好的施工效果和质量，提出桥梁桩基工程技术控制工作的必要性，并对桩基断桩、孔斜问题进行研究。分析不同施工工艺的特点，在实际工程中，应根据具体地质条件和设计要求，选用合适的桩基施工技术，并结合使用多种技术手段来提高施工效果和质量。提高桩基的承载能力和稳定性，加速施工进度和提高施工效率，适应不同的地质条件，降低施工噪音和振动的影响，降低施工成本。只有如此，才能够显著提升公路桥梁桩基础施工质量，延长公路桥梁的使用年限，以此来促进我国公路交通网建设工作，推动社会经济稳步发展。