水下基礎工程鉆孔灌注樁的應用與效果分析

許澤華

（中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

橋梁工程是高速公路的重要組成部分，在橋梁工程施工過程中，經常會面臨涉水、跨河等情況[1]，極大地增加了施工難度，需要在施工過程中及時處理深水、軟弱土層及水腐蝕等問題，以防對施工質量造成影響[2-3]。處于深水中的橋梁基礎往往是橋梁工程施工的重難點，采用何種基礎類型也是工程技術人員和學者關注的熱點。鉆孔灌注樁具有承載力大、適用條件廣、可操作性強等優勢，在多類橋梁基礎中表現出較好的應用效果[4]。本文以揭惠高速公路橋梁基礎工程為研究對象，探討水下基礎工程鉆孔灌注樁的施工技術及其應用效果。

1 工程概況

揭惠高速公路第A2 標段起止里程為K18+500～K33+244.5，線路全長14.745km，設特大橋、大橋7座，共4586m；中小橋7 座，共215m；天橋1 座；隧道1 座，共1501m（按雙洞平均長）；麒麟互通立交、貴嶼互通立交等共2 處；與鐵路分離式立體交叉1 處；全線總挖方35.8萬m3，總借方187萬m3。其中，練江特大橋采用水中樁基礎施工，該橋梁工程上部結構采用1×25m跨裝配式預應力混凝土簡支小箱梁，下部結構為扶壁式橋臺。練江目前不通航，線位的末端匯入大海的水系比較發育，小河道還受海水漲退潮影響。因此，該橋梁樁基礎在施工時面臨較大挑戰。

2 水中鉆孔灌注樁施工方案

2.1 施工工藝流程

結合工程的地理位置以及地質、水文情況，樁基統一采用鉆孔灌注樁施工技術進行施工，并確定其施工流程，如圖1所示。

圖1 水中鉆孔灌注樁施工工藝流程

2.2 施工設備選擇

確定水中鉆孔灌注樁施工工藝流程后，結合施工環境特點選擇型號分別為Wirth PBM 615/2000/300 以及Wirth PBM 936/2000/300兩種循環鉆機進行水中鉆孔施工，鉆機相關參數如表1所示。

表1 鉆機相關參數

3 水中鉆孔灌注樁施工技術要點

3.1 鋼護筒的制作及埋設

樁基礎施工過程中，需先搭設鋼護筒。鋼護筒厚度為12mm，確定護筒內徑時以樁徑為參考，要求超過樁徑20cm，單節護筒長度為1.5m，采用焊接的方式完成單節護筒之間的連接，施工時需將鋼護筒底部打入粉質粘土層中間位置[5]。為提升護筒剛度，選擇厚度10mm以上的鋼板作為加勁肋，焊接在護筒上下端和接頭外側。與此同時，為防止護筒在運輸過程中發生變形，在其內部加焊十字內撐，施工前將其拆除。

護筒埋設前先進行精準放樣，然后使用振動錘將其打入設計土層中，并保證護筒頂端位于最高潮水位上2m，護筒中心和樁中心平面位置之間允許偏差在5cm內。完成護筒埋設后，將護筒頂標高、設計樁底標高及孔深標識在鉆孔標識牌上，為鉆進施工提供參考依據。

3.2 泥漿池設置

由于該工程屬于水中施工，因此鉆孔施工前需設置泥漿池，本文選擇鋼護筒作為泥漿循環系統。為了在避免泥漿造成環境影響的同時保證泥漿的使用率，防止浪費，可對抽出的泥漿進行沉淀和過濾處理，實現循環使用。

通過鋼管架保護泥漿池鋼護筒周圍并設置防護網，在護筒口上方架設防護蓋以及警示牌，避免泥漿池被破壞，廢棄泥漿需運出施工場所。

3.3 造漿護壁

施工過程中為避免孔壁發生破壞，以膨潤土為原料，進行造漿護壁，并且施工過程中需嚴格保證泥漿濃度。施工人員需實時關注泥漿比重，結合不同的土層完成泥漿比重調整。除此之外，如果在施工過程中需要對泥漿的質量進行提升，可重新加入膨潤土以及適量的水，并在護筒底部加入一定碎石，提升泥漿濃度，保證護壁效果。

3.4 鉆孔

鉆孔施工前，需檢查施工設備是否正常，設備啟動性能是否良好，檢查完好無誤后開始鉆孔施工。設計鉆孔灌注樁36根，在鉆孔過程中結合土層的變化及時調整設備的鉆進參數以及沖程大小，以此保證鉆孔效果。

鉆孔開始前，先啟動泥漿泵，當泥漿輸入孔口一定數量后開始鉆孔，在鉆進過程中需保證泥漿的正常輸入以及泥漿質量。由于水中施工的土層穩定性較差，極易發生坍孔現象，鉆進時需嚴格控制鉆進尺寸，以低沖程、稠泥漿的鉆進方式為主。鉆孔過程中，需保證鉆進的連續性，不可中途停止。如果鉆進過程中發生鉆機設備故障，則將鉆頭提出孔外，避免鉆頭埋入孔內，但是該情況下，需將泥漿泵保持正常運行，以保證泥漿正常循環。

每鉆進5～8m均需采用檢孔器檢查鉆孔的直徑和傾斜率，以此保證成孔質量，要求檢孔器有較高的強度與鋼度，多次重復使用無變形，整體性好無局部彎折。鉆進深度達到設計標準后，再次進行孔深、孔徑、垂直度等檢測，并將檢測結果和設計、施工標準進行對比，保證施工結果滿足設計需求后，再進行下一步驟施工。鉆孔樁成孔質量檢測標準如表2所示。

表2 鉆孔樁成孔質量檢測標準

3.5 清孔與鋼筋籠安裝

已完的鉆孔施工質量滿足施工標準，即可對其進行清孔處理。該工程采用循環撈渣換漿法進行清孔，在該過程中，需實時進行泥漿補充，保證泥漿面在孔內的高度，避免發生塌孔、縮孔等現象。清孔必須滿足設計標準以及施工規范：清孔時排出的泥漿中不存在3mm左右的顆粒，泥漿比重不可超過1.1，泥漿中含砂率不可超過2%，黏度需在17～20s之間。檢測清孔泥漿滿足相關標準后，方可停止清孔處理，同時進行驗收。

鉆孔驗收合格后將鋼筋籠放入孔內。鋼筋籠安裝完成后，對孔底沉淀物進行檢查，如果其厚度超過10cm則不滿足驗收標準需進行二次清孔，直到滿足驗收標準為止。在清孔過程中需嚴格控制孔內水位，保證其位于地下水位上方2m處，有效避免清孔過程中發生塌孔現象。

3.6 水下灌注混凝土

鋼筋籠安裝完成后，進行鉆孔樁水下灌注混凝土施工。該施工工序采用鋼導管完成，按照樁長和樁徑確定導管直徑，同時保證導管壁的厚度和導管長度，確保灌注施工的安全性。

導管在使用前，需采用水密承壓與接頭抗拉兩種方式對其進行測試檢驗，保證質量合格后用于灌注施工，灌注時需保證混凝土的和易性。灌注混凝土的示意圖如圖2所示。

圖2 混凝土灌注示意圖

灌注尾聲時，導管內混凝土柱高度以及超壓力會降低，同時導管外的泥漿稠度以及相對密度會增加，此時會發生混凝土頂升困難現象，可通過向泥漿中加水令其稀釋，同時清理部分沉淀土，以保證灌注的正常進行?；炷凉嘧⒏叨刃璩^設計值的1m左右，導管拔管時需降低拔管速度，避免樁頂沉淀的泥漿擠入導管內形成泥芯。

4 水中鉆孔灌注樁施工效果分析

完成水中鉆孔灌注樁施工后，以樁身軸力為衡量標準，通過應力傳感器獲取樁身中主筋的頻率，依據該結果計算樁身內力，最后依據內力結果得出樁身軸力，詳細計算步驟如下：

（1）采用應力傳感器獲取鋼筋頻率模數確定系數，通過轉換該系數形成鋼筋應力Pg，對該應力進行轉換，形成和鋼筋界面處混凝土應變一致的鋼筋應變值，Pg的計算公式為：

式中：

F0——初始應力結果；

Fi——在不同等級荷載下的應力結果；

K——標定系數；

B——修正系數。

鋼筋應變量ηs的計算公式為：

式中：

Ag——鋼筋斷面積；

Eg——鋼筋彈性模量。

（2）在上述計算結果的基礎上，計算混凝土軸力Ph和樁身軸力Pz，其計算公式為：

式中：

ηh——混凝土應變量；

N——鋼筋主筋數量。

依據上述公式獲取樁身在不同荷載作用下的軸力計算結果，如圖3所示。

圖3 樁身軸力計算結果

根據圖3計算結果可以得出：隨著荷載的逐漸增加，樁身的軸力也隨之增加，此時樁身的側摩阻力開始發揮作用，同時樁頂的軸力值較小，樁身淺部抗壓較大，承受較大的荷載作用。由此可知，樁身的極限承載力仍舊存在較大空間，沒有完全激發，證明施工后的樁身穩定性較好，能夠保證樁基礎工程的安全。

5 結束語

綜上所述，水中施工環境較為特殊，對鉆孔灌注樁施工過程要求較高，需嚴格控制施工工藝以及施工質量。本文以揭惠高速公路工程中第A2標段的練江特大橋水中樁基礎施工為例，從施工工藝流程、施工設備選擇、施工技術要點三個方面詳細探討了水中鉆孔灌注樁施工技術，并對該技術的應用效果進行了分析，結果表明：采用水中鉆孔灌注樁施工技術，能夠可靠、安全地完成涉水工程高速公路橋梁基礎樁體施工，并且施工質量滿足要求，可為相關工程提供可靠參考。