冲孔灌注桩技术在八甫大桥桥墩施工中的应用

韦思来

(广西壮族自治区都安公路管理局，广西 都安 530700)

0 引言

桥梁是公路交通的重要组成部分，具有技术要求高、投资成本大等突出特点。桥墩是桥梁工程的基础，需要有足够的承载力和稳定性，因此需要深入到稳定的基岩中。冲孔灌注桩是目前桥墩施工所应用的主要技术之一，具有承载力高、成本低、适应性好、受地下水影响较小等优点。

1 冲孔灌注桩技术介绍

冲孔灌注桩属于灌注桩的一种，其中冲孔是利用冲击钻机将带钻刃的重钻头(又称冲锤)提升到一定高度，之后利用它的自由落体运动产生的冲击力来切削地基岩石，并排出碎渣，形成具有一定直径和深度的孔，然后在孔内放置预先编织好的钢筋笼并向孔内灌注混凝土，最终形成具有一定承载力的桩体[1]。

1.1 冲孔灌注桩形式分类

根据冲击钻头的不同，一般将其分为钻杆式或钢丝绳式两种。其中钻杆式冲击钻因成孔直径小、钻孔效率低而逐渐被市场淘汰；钢丝绳式冲击钻可根据孔的设计直径来调整钻头尺寸，重锤重量范围在3 000～10 000 kg。

1.2 冲孔灌注桩优缺点及适用范围

冲孔灌注桩对邻近建筑和周围环境影响较小，桩长和直径都可以按照设计要求进行灵活调整，桩端可以深入稳定基岩层，单桩承载力较大；但冲孔灌注桩整个施工工艺较为复杂，对施工操作水平要求较高，打孔时存在一定的安全隐患，且技术间隔时间长，不能立即承受载荷，在冬季施工时受到诸多限制。

冲孔灌注桩适用于填土层、黏土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶或裂隙发育地层等，适用范围较广，桩体直径范围一般在600～2 500 mm，最大冲孔深度可达300 m[2]。

2 工程概况及地质条件

2.1 工程概况

八甫大桥是忻城至大化二级公路的重要组成部分，桥址位于八甫渡口上游约2 km处，主桥设计为主跨125 m连续刚构，上部结构跨径组合为2×20 m(预应力混凝土现浇连续箱梁)+68 m+125 m+68 m(连续刚构)+20 m(预应力混凝土现浇箱梁)。桥梁全长329.54 m，桥面宽12 m，预算总投资为6 135.7万元，计划工期24个月。

2.2 工程地质条件

经地质勘查，八甫大桥所处地质条件为岩溶中低山型深洼地，河谷呈V字型，河岸边上石灰岩表面溶化严重。溶孔、溶沟、溶槽发育较多。河岸左侧地形相对平缓，洪水期大部分被水淹没，河床右侧地形较陡，水面上约4～8 m高陡坎，陡坎上发育有水平及垂直溶沟溶槽，局部有约直径1 m溶洞。由于普通旋转钻机无法有效处理溶洞，且对洞底坚硬灰岩钻进困难，因此本项目确定将冲击打孔作为最终施工方案。

3 冲孔灌注桩设计

3.1 桩体设计

冲孔灌注桩总承载力主要由三部分组成：周围岩土层的侧向阻力、桩体与岩层的嵌固力、桩体端部竖直方向承载力[3]。单个灌注桩承载力数值R可按照式(1)计算[4]。通过对八甫大桥桥体自重及车辆载荷统计，估算得出单桩总承载力范围应在5 500～6 200 kN。选用规格为φ1 000 mm的冲孔灌注桩作为八甫大桥的主要承载结构。

R=q·A+μ∑qi·li

(1)

式中：q——桩体底端单位面积阻力值；

A——桩体底端横截面积；

μ——桩身周边长度；

qi——第i层岩土层侧面摩擦系数；

li——第i层岩土厚度。

3.2 桩端以下溶洞顶板厚度设计

在溶岩地区的桩体设计中，一般要求桩端距溶洞顶板安全厚度h≥5d(d为桩径)。但很多地区溶洞发育较浅，而桩体长度为满足承载力必须打穿溶洞，由此造成施工难度和成本急剧增加。

由于八甫大桥地基属于溶岩性地质条件，有较多小型溶洞存在。因此在设计时必须考虑桩底距离下部溶洞有足够的安全距离，否则桩体底部露空，承载力会急剧下降。本项目在设计安全距离时，采用如图1所示的厚度计算模型，根据“钢筋混凝土板受冲切构件”公式(2)可计算出所需持力层厚度h[5]。经计算得：八甫大桥桥墩桩体底端距溶洞安全距离范围在2.5～3.0 d。

图1 溶洞顶板桩基冲切模型示意图

F≤0.7·β·f·π·h(h+d)

(2)

式中：F——桩体给持力层的总载荷；

β——截面高度影响系数，取值0.85；

f——石灰岩抗拉强度设计值，0.8 MPa；

d——桩体直径，取值1 000 mm；

h——持力层厚度。

4 冲孔灌注桩施工注意事项分析

4.1 冲孔施工注意事项

成孔质量对后期的灌注混凝土和桩体最终承载力都有直接影响。本项目冲击成孔采用泥浆护壁，结合其他工程案例，在冲击成孔施工时有以下几个注意事项：

4.1.1 塌孔

在冲孔时若发生孔口坍塌问题，应立即拆除护筒并将冲孔作回填处理，之后重新埋深护筒后再重新打孔；若发生孔内坍塌，首先应查明塌孔位置，之后回填砂和黏质土混合物至塌孔位置以上1 m左右，再重新打孔。也可以适当加大护壁泥浆黏度继续钻进。

4.1.2 孔垂直度较差

若冲孔垂直度达不到设计标准，应在偏斜位置反复提升钻孔进行扫孔，直到钻孔正直，这会增加冲孔直径，进而增加桩体成本。若扫孔也无法解决严重弯孔问题，则可以利用卵石和黏土混合物对其进行回填处理，待密实后再重新打孔。

4.1.3 卡钻和掉钻

发生卡钻后禁止强行提升，首先确定钻头位置，可晃动钢丝绳使钻头松动，之后再缓慢提升。发生掉钻事故后，在没有护筒等防护措施下所有人员不得进入孔内。在进入孔内前应确保佩戴的防护设备齐全，首先要检查孔内是否存在有害气体，待确定孔内环境安全后再下孔查看。当冲击到坚硬岩层时，应减缓冲击频率，稳定钻头后再钻进。

4.2 混凝土灌注施工注意事项

4.2.1 超灌

孔壁坍塌是发生超灌问题的最主要原因。可适当延长混凝土浇注时间间隔，本项目由平时的40 min提高到120 min；同时调整混凝土坍落度，本项目由180 mm降低至150 mm；另外减缓灌注速度也是应对措施之一；若塌孔问题严重，则必须采用钢护壁施工。

4.2.2 堵管

发生堵管问题时，首先检查是否混凝土坍落度过小，适当加大；针对每种配比混凝土初凝时间必须提前确定，防止导管被埋；也可抖动导管，但幅度不能过大，防止出现断桩问题；若混凝土已初凝才能将导管拔出，做好接桩处理。

5 结语

冲孔灌注桩适合在溶岩性地区应用，八甫大桥桥墩应用该技术后，桩体质量合格率达到100%，承载力完全满足设计要求，投入使用后未明显出现下沉现象。由于提前做了充分准备，所以在施工中出现的问题均得到妥善解决，取得了较好的社会经济效益。