浅析桥梁大直径挤扩支盘桩施工技术

2012-04-06张波

中外建筑 2012年3期

张波

摘要：本文结合某大桥桩基工程，对大直径挤扩支盘桩技术在桥梁工程中的实际应用进行了探索和研究，总结了大直径挤扩支盘桩技术在桥梁工程中的施工工艺及施工要点，为挤扩支盘桩技术在桥梁工程中的应用奠定了理论基础。

关键词：挤扩支盘桩；桥梁：施工

1引言

随着我国经济的快速发展以及不断取得的成就，国内各行业获得了前所未有的发展良机，发展尤为迅速的便是交通运输业。近年来，国家持续加大对基础建设项目的投资力度，公路桥梁等因此也可以采取一些新技术，提升了桥梁的建筑水平。其中，桩基础的应用是桥梁建设的重要组成部分。作为根据仿生学原理而建立的一种新型结构的钢筋混凝土灌注桩，挤扩支盘桩从出现到现在已经有近20年的历史，其在提高承载力、减少沉降、缩短工期、节约成本方面具有较大优势。同时，该桩型施工机械简单、适应土层广泛，能有效减小桩径及桩长，在抗水平荷载、反复荷载及抗拔性能方面明显增强，具有广阔的应用前景。但是，由于挤扩支盘桩的发展及应用历史较短，公共设施的建设要求也越来越高，迫切需要挤扩支盘桩在大直径方面得到更大的应用，以开创桩基工程的新局面。

2适用范围

挤扩支盘桩适合在多种土层中成盘，一般为软可塑一坚硬状态的粘性土、稍密一密实的粉土、砂土和碎石土、极软岩和节理很发育的软岩，不受地下水位的限制。盘应避开流塑状土层、可液化土层及岩层，而对于塑性指数较高的粘土层，需经过试验来确定成盘的可靠性。

在内陆冲击、洪积平原及沿海河口部位的海陆交替沉积三角洲平原下的硬塑粘性土层、密实土层、粉细砂层等均可作为支盘桩基的持力层。

成桩工艺适用范围较广，可适用于干作业成孔工艺、泥浆护壁成孔工艺、重锤捣扩成孔工艺及水泥注浆护壁成孔工艺等。同时，可根据承载力的需要，充分利用硬土层，采用增设分支和承力盘数量以提高单桩承载力(竖向抗压承载力、水平承载力、抗拔承载力)、桩身稳定性以及抗震性能。

3施工工艺

相比于传统灌注直桩，挤扩支盘桩由于其特有的挤扩工序，施工工序有很大特点，主要的施工工艺包括正反循环支盘工法、管桩支盘工法、旋挖支盘工法和冲击成孔支盘工法。施工工艺的区别主要在于成孔设备不同，而综合考虑成本及作业效率，桥梁工程中主要采用正反循环支盘工法和旋挖支盘工法。挤扩支盘桩的工艺流程图，见图1。

4施工过程

挤扩支盘桩由钻进成孔及清孔，挤扩支盘施工，二次清孔，下钢筋笼及灌注混凝土成桩四道工序完成，以旋挖成孔支盘工法为例来详细分析其施工过程。同正反循环钻机相比，旋挖钻机具有成孔速度快的特点，其工艺优点在于孔壁不易产生泥皮、在孔壁上形成较明显的螺旋线，从而有助于增加桩侧摩阻力，提高桩的质量。但由于不易形成泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。

4.1成孔

成孔工艺主要是旋挖钻机钻进成孔的过程，如下：

4.1.1场地准备

场地事先采用推土机平整压实，使钻机置于坚实的土层上，做到“三通一平”，防止发生不均匀沉陷。

4.1.2测量放样

当本标段的导线点和水准点复测完毕，其结果得到监理工程师的认可后，可采用全站仪根据导线点对中线进行放样，在现场设立平面网点，准确定出桩位，同时用水准仪将水准点引至桩位附近。

4.1.3桩位定位

采用全站仪准确放样各桩点的位置，以轴线控制点作测站，极坐标法进行桩位放样，通过机械开挖，埋设钢护筒固定孔位，再以轴线交会法复核桩位中心，校正护筒埋设偏差及钻机就位偏差，使其误差在规范要求内。

4.1.4钻机就位

钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好，保证钻机工作正常。将钻机开到桩位旁，螺旋钻头的尖端正对桩位标注点。

4.1.5护筒埋设

护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，护筒平面位置与垂直度应准确，同时应符合埋设护筒的方法和要求。在埋设护筒过程中需考虑桩位表层的土层情况，当为较厚易垮孔的砂土层时，必须使用长护筒护壁，同时要注意护筒变形问题。

4.1.6泥浆制备

根据勘察报告选用合适泥浆，对于工程地质条件较羞的，造浆应选用膨润土，并选用合适的稳定液配合比及粘度。在施工中应经常检查泥浆的各项指标，及时调整，并随时注意土层的变化，防止塌孔，做好记录。

4.1.7钻孔

在整个钻进过程中，通过旋挖钻机上配备的电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证钻孔垂直。

4.2支盘

4.2.1场地平整

为保证有足够的吊车作业面，平整场地最低标准8×10m²。

4.2.2支盘设备进场及组装、调试

支盘设备的组装及调试包括：①泵站和支盘机之间的油管连接i②泵站接电，调试电机正反转；③检查泵站仪表是否正常：④检查油管管路有无泄漏；⑤检查支盘机是否能正常收支工作；⑥实测弓臂最大张开尺寸，一切正常方可投入使用。

4.2.3支盘成形

支盘成形设备组装并到位后，由起重设备将支盘成形机主机及接长杆起吊人孔，对中下放，至接长杆上端接近孔口时，再用固定装置将入孔部分固定好，抽拉出第二根接长杆，一边下放一边把液压胶管固定于接长杆上，依次重复操作，直到主机位于设计的某一支、盘位深度时为止。

主机到位后，开动液压站，使液压缸作伸缩运动，推动弓臂工作机构向外运动，挤压钻孔内壁；将主机绕吊挂中心线旋转规定的角度，控制液压缸作第二次伸缩运动，对钻孔内壁进行第二次挤压。重复上述动作若干次(至少8-9次)，即可挤扩出一个上下呈锥体状的盘形空间。但考虑到成盘质量，一般在粉质粘土、粘土中采用顺挤或交挤，每9次一周后加复挤8次共17次；在砂土层中，挤9次一周后加复挤4次共13次。同时要认真读取表压值、设备起浮高度、液压油位差、孔口泥浆下降高度、起止时间等，及时根据有关规程内容进行对照判别，发生异常应及时停机，查明情况，正确处理。每挤扩成型一个承力盘后，应及时补充泥浆，保持水头高度，但不得注清水。

4.3清孔

清孔包括一次清孔和二次清孔，一次清孔在成孔后进行，利用钻机进行清孔，不进行沉渣厚度检验，但须准确记录孔深。

二次清孔在下放导管之后进行，主要是为了清除在下放钢筋笼和导管后的下沉渣料和孔底淤积物，是确保灌注桩质量的一道重要工序。清孔方法采用换浆法，以水下灌注混凝土的导管为管，用泥浆泵向孔内压入优质泥浆，直至检验孔口处返出的新鲜泥浆达标，孔底沉渣控制在30mm以内，最大不大于50mm。

另外，当使用井径仪测量孔径及成盘情况时，若孔径及成盘质量不符合设计要求时，同样要进行清孔，清孔位置主要在盘位上下。

4.4灌注

挤扩支盘桩水下混凝土灌注一般采用直升

导管法，导管采用内径为30cm、壁厚4mm的钢管组成。

根据规范要求，计算出第一次下灰量，确保导管插入封底混凝土大于80cm。

灌注过程中，应经常探测孔内混凝土面高度，以控制导管埋深和桩顶高度，保证导管埋深控制在2-6m，如控制不准，将造成导管提漏、导管埋置过深拔不出来或断桩事故。因此测深是一项重要工作，应采用较为准确的方法和探测工具。施工中一般采用重锤探测法，用测绳系以重锤，放入孔中，凭探测者手中所提测锤在混凝土顶面以前与接触混凝土顶面以后不同重量的感觉而判断。

灌注的混凝土顶面高出设计高程不小于500mm，以保证凿除泛浆高度后，暴露的桩顶混凝土的强度达到设计要求。

考虑到挤扩支盘桩施工过程同传统灌注直桩的不同，在施工过程中应注意以下施工要点：

1)施工前应根据工程需要确定试成孔数量，一般试成孔为1-2个。试成孔终孔后，需按一定间隔对需检验土层进行旁压检测，分析试成孔挤扩压力值、反力上升值等资料，核对地质勘察资料，判断各土层物理力学性能后，提出支盘挤扩施工时的质量要求和检查内容、检验标准，做出调控支盘桩承载能力的初步方案。

2)应根据不同地质条件合理选择施工工艺。根据《建筑桩基技术规范》，在粘性土、粉土和砂土层中一般可采用正循环法成孔，当淤泥土、粘土和卵石所占成孔工作量比例不大时，宜采用旋挖工法成孔；在圜砾、卵石、碎石层中，宜采用旋挖工艺、冲击成孔工艺或反循环工艺成孔；当采用水上作业或基桩桩身上部采用管桩结构时，应采用管桩支盘工法。

3)泥浆控制。

(1)在粘土、粉质粘土、淤泥质土和淤泥层中钻进时，可用原土造浆护壁：在较厚的粘土、砂土、碎石土中钻进时，应采用高塑性粘土、膨润土、蒙脱土制备泥浆。

(2)护壁泥浆比重一般控制在1.2—1.5(反循环为1.5—1.2)；当穿过宜塌孔土层时，可增大至1.3—1.5；终孔时泥浆比重应大于1-25，混凝土灌注前泥浆比重应小于1.15，泥浆胶体率不小于90％、含砂量应小于8％、粘度为18-22秒。

(3)挤扩成盘时，泥浆面应高于护筒底边。施工期间，泥浆面应高出地下水位1m以上，在受水位涨落影响时，泥浆配比应适当调整，并应高出最高水位1m以上。

4)桩的中心距≤4D时，宜间隔施工，也可在相邻支盘桩灌注完成6小时后进行施工，钻进中应认真鉴别并记录各土层的层位和厚度变化，确定各支、盘位置是否需要调整。

5)遇到软弱复杂地层，成孔后应对支盘作业可能造成的影响提出事前要求，包括：

(1)遇上部软弱地层或支盘位可能塌孔扩径时，应检测孔径

(2)当支盘位置出现严重坍塌时，应提出补救措施

(3)成孔过程中穿越不同地层时，应不断调整泥浆指标、钻速、进尺

6)支盘作业前，应检查油管、液压装置、弓压壁分合情况，一切正常方可投入运行。按设计要求支盘位置标高，在支盘成型机伸缩管醒目地方及盘径测量器测绳处标注挤扩支盘深度标志。制作支盘成型转动刻度盘。

7)支盘作业过程中，应做好以下观测和记录：

(1)记录首次挤扩压力值及各次压力值，及挤扩时间