钢管混凝土斜桩施工技术探讨研究

王青海

（珠海市金湾区建设工程质量监督检测站 广东珠海519000）

1 工程概况

某桥梁工程位于珠海市金湾区，上部结构为跨径100 m 的非对称异形拱肋拱桥结构形式，为有效抵抗上部拱结构产生的水平推力的荷载影响，下部结构采用拱座及桩基础设计（见图1），其中1～3 号拱座承台尺寸为12.4 m×16.1 m，厚4.0 m，采用9 根φ2 200 的钻孔灌注桩竖直桩基础+3 根φ1 500 钢管混凝土斜桩；4 号拱座承台尺寸为16.8 m×35.9 m，厚5.0 m，采用24根φ2 200 钻孔灌注桩竖直桩基础+14 根φ1 500 钢管混凝土斜桩，斜桩竖向偏角的正切值为1∶8 和1∶7 两种形式，内填充C20 混凝土。

2 施工工艺

地面平整→高程测量→（坐标计算）桩位坐标放样→搭设施工平台→桩机就位→（安装导向架）插打钢护筒→（测量斜度）护筒终孔确认→调整施工平台→钻机就位→钻孔→（测量深度）终孔验收→清孔→（钢筋笼制作）钢筋笼安装→（导管气密性检验）导管安装→二次清孔→灌注混凝土→成桩检验验收。

图1 拱座及桩基础平面图Fig.1 Plan of Arch and Pile Foundation

3 施工质量控制要点及难点

3.1 测量定位

众所周知，竖直桩在施工前，测量定位可根据图纸提供的桩顶坐标点，在原地面用全站仪或经纬仪直接坐标放样即可完成，测量定位非常简单，斜桩的测量定位则不同，由于斜桩本身具有一定的竖向倾角，受施工地面高程与桩顶高程高差影响，其施工坐标会在其轴线法线平面与水平面的交线上产生一定的偏位，测量定位复杂很多。

斜桩在测量放样时需考虑斜桩的倾斜度影响，倾斜度是指斜桩在垂直方向线上的投影长度与水平方向线上的投影长度的比值，用n∶1 表示，以该工程为例，为8∶1 或7∶1。首先分析斜桩的平面位置关系，根据图1 可知，1～3 号拱座斜桩及4 号拱座后侧8 根斜桩与该拱座的若干竖直桩桩位中心位于同一直线上，即均处于斜桩轴线的法线平面内，4 号拱座另外6 根斜桩对称分部在承台的两侧，两侧对称的斜桩轴线法线也位于同一平面内；其次，根据图纸给出的坐标，在平整的地面上用全站仪将拟施工的斜桩桩位（x1，y1）和其轴线法线位于同一平面内的另一桩位坐标点（x2，y2）进行坐标放样，及时用钢筋在放样点进行固定标记，并在两坐标点之间进行拉线，利用两点一线原则确定打设桩位的轴线倾斜平面；进而测量地面标高H2，计算施工地面标高与桩顶标高的高差H=H2-H1，根据高差H推算其施打中心点与原坐标点的水平偏位L=H×tgα，用钢尺在地面量测对斜桩地面施打坐标进行初步定位（见图2）；最后，采用插值法计算斜桩在该施工平面的中心坐标，建立不同地面标高与施工点中心坐标（x，y）的理论关系，测量施工点的标高，经反正校正调整后最终确定施打点位置（x，y）。为保证每根桩桩基施工的准确性，每根桩基的测量定位均应有测量放样书面记录，并严格履行工序报验程序报监理单位复核，经监理单位复核无误后方可进行后序施工。

图2 测量定位平面关系图Fig.2 Measurement of Positioning Plane Diagram

3.2 钢管桩插打

在施工平台搭设完成之后，需对打桩机底座前端进行下垫，保持稳固，对导向架进行定位安装，使振动锤头、导向架法线、钢护筒成同一轴线，倾斜角度应能满足设计及规范要求。钢管在自身重力作用下，将产生一定的下挠，导致竖向倾斜角变小，为消除因钢管自重引起的竖向倾斜角变化，该工程施工时拟将钢管桩初次插入时的竖向倾斜角角度调大1°。斜桩施工过程中，应采用带有角度显示的水平尺对钢管桩的水平角β进行量测（见图3），通过公式计算其竖向倾斜角α=90°-β，计算该竖向倾斜角的正切值tgα，检验角度偏差δ是否满足《建筑地基基础工程施工质量验收规范：GB 50202-2002》5.1.3 斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜角正切值的15%，计算式为δ=（tgα-1/n）×n≤15%，如不满足上述计算式要求，应及时采取纠正措施。

图3 斜桩倾斜度量测Fig.3 Tilt Pile Measurement

3.3 钻进成孔

钢管桩插打完成后，需将多余的钢管桩沿水平方向进行切割，此时钢管桩在水平面上断面形状呈椭圆形，钻机安装前，需先确定钢管桩的中心坐标，找出该椭圆的长轴线和短轴线并进行拉线，其交叉点即为该钢管斜桩钻进的中心坐标。钻机安装就位时，需在钻机底座前部用钢板或枕木垫高[1]，经反复校正使孔位中心和转盘中心与钢管桩轴线成同一轴线[2]，对钻机进行加固，保证其在钻进过程中不发生倾斜偏位。

钻机钻进施工的主要目的是将钢管斜桩内的填充物进行清除，钻进达到终孔条件时，应对孔深是否满足设计要求进行认真检查确认，因为是斜桩，如采用传统竖直桩所使用的测绳吊铅锤的方法对孔深进行量测，无法实现铅锤从桩位中心点铅直下放，无法对孔深进行量测。为保证斜桩钻进深度，在钻机钻进时应事先对每根钻杆进行编号，钻进过程中认真记录每根钻杆的编号和长度，达到终孔条件时，只需计算每根钻杆的长度总和再加上钻头的长度，即是钻孔的深度[3]，钻孔深度应与钢管斜桩深度一致。

3.4 钢筋笼制作

斜桩的钢筋笼制作与竖直桩不同，特别需注意钢筋笼安装后的钢筋骨架保护层问题及灌注中的卡导管问题。由于是斜桩，钢筋笼在下放过程中，极易受其自身重力影响与钢护筒产生碰触挤压，如采用一般的钢筋耳筋作为保护层垫块，其在下放过程中极易与钢护筒产生挤压导致损坏[4]。

为保证钢筋笼的顺利安装和钢筋骨架整体质量，钢筋笼的整体刚度和保护层垫块设置是关键[5]，一是在钢筋笼下半部分（与钢护筒倾斜方向一致）加密布置圆形高强混凝土滚轮垫块，二是确保焊接钢筋笼骨架的整体刚度和牢固性，只有这样才能保证钢筋笼沿着钢管桩顺利下滑，从而保证钢筋骨架的保护层厚度。

为有效避免导管因重力作用在下放和上拔过程中与钢筋笼内加强肋发生碰触导致导管卡管，以及对声测管造成不必要的挤压破坏，钢筋笼制作时需进行适当改造，可将钢筋笼的内加强肋由内支撑改为外支撑，需选用经验丰富的焊工进行焊接，保证焊接质量牢固可靠，同时将声测管也由内侧布置改为外侧布置，呈等三角均匀布置在钢筋骨架外侧，绑扎牢固，便于成桩后对桩身质量进行完整性检测。

3.5 导管安装

斜桩混凝土灌注，如采用普通的导管，在导管下放和提升过程中，导管受其自身重力及导管内填充混凝土重力影响，极易造成导管向下倾斜与钢筋笼产生摩擦，一则极易导致管道法兰卡住钢筋笼，无法顺利下放或提升；二则如果导管刚度不足，极易使导管发生断裂，灌注混凝土的质量难以保证。因此，为防止混凝土灌注过程中导管卡钢筋笼现象，需对导管进行改造，在导管上设置导向结构[6]，导向结构可采用圆弧形或橄榄形的凸起导向器（见图4），用钢板焊接而成，导向器表面弧形边缘要打磨圆顺，保证平滑无毛刺。

图4 导管导向器Fig.4 Catheter Guide

一般导向器的最外侧圆弧直径较钢筋笼内径小20～30 cm，可选择在导管的上、中、底部三个位置直接焊接于导管上，焊接质量应牢固可靠，下部的导向器应居导管底口5.0～6.0 m 处[7]，往上每隔20 m 左右加设另一个导向器[8]，对于长度小于60 m 的钢管斜桩，一般在导管上设置2～3 个导向器即可。此外，由于钢管斜桩桩身斜率较大，对于所使用的导管及法兰接口要求具备更高的强度和刚度性能，导管接口处宜采用软性橡胶垫片,确保导管具有严密的密封性能,导管在使用前需进行气密性试验，满足要求后方可用于混凝土的灌注。

3.6 灌注水下混凝土

在钢管斜桩灌注水下混凝土时，由于钢管桩是倾斜状态，与竖直桩导管埋深测量不同，无法实现从钢管桩中心下放铅锤测定孔内混凝土的液面深度。故只能通过测量导管内混凝土面高程和统计浇注的混凝土方量来推算桩内混凝土面深度[9]，由于混凝土是直接灌注在钢管桩内，不会产生扩孔及缩颈现象，该方法简单易行，且推断结果可靠性较高，灌注过程中只需考虑一定的储备系数并做好灌注混凝土方量记录，混凝土灌注质量可以得到有效控制。

4 检测验收

钢管混凝土斜桩施工完成28 d 后，需对钢管混凝土斜桩的成桩性能进行检测，主要对桩的桩身质量完整性和斜桩的水平推力进行检测，检验指标需满足设计及规范要求，桩在水平方向的最大偏位不得大于10 cm，各项指标均满足要求后方可进行质量验收。

5 结论

钢管混凝土斜桩与竖直桩相比施工技术难度较大，在坐标定位、成孔工艺、钢筋笼制作、导管安装、以及灌注水下混凝土等方面均有着较大差异。该工程施工前，组织专业技术人员对施工质量控制关键技术难题进行探讨分析，取得了良好的效果。该工程桩基础斜桩部分现已全部施工完成，通过对该工程钢管混凝土斜桩施工技术难题及质量控制要点进行探讨研究，旨在为其他类似工程提供一定的借鉴和参考价值。