路桥软土路基施工中的钻孔灌注桩技术

杜路伽 王沙沙

（山东高速畅通路桥工程有限公司，山东 高密 261500）

0 引言

钻孔灌注桩技术应用于工程施工中，能够满足各种设计深度的工程施工需求，并且具有施工操作便利性，桩身具有较高的承载力等优势。因此，钻孔灌注桩施工技术被广泛地应用于建筑工程、道路桥梁施工中，尤其是在路桥软土工程施工中，发挥了重要的作用。在路桥工程施工中，软土路基对工程质量有直接的影响，钻孔灌注桩施工技术能够有效提升路桥软土路基的稳定性，解决软土路基承载能力较差的问题，提高工程质量。在钻孔灌注桩施工中，桩基深埋于地下，再加上部分工程受地下水的影响，增加了桩基施工难度[1]。因此，在软土路基工程钻孔灌注桩施工中，需要根据工程实际情况，编制施工方案，确保充分发挥钻孔灌注桩技术在软土路基工程施工中的重要价值。

1 工程概况

该工程在桥梁里程K8+065处以跨径50 m跨越某铁路线，新建桥梁在线路两侧为左右幅既有庄桥立交，每幅总宽度为13.5 m，两幅桥净间距为11.5 m。铁路侧桩基为φ2.5 m钻孔灌注桩，两侧分别设计2根，每根桩基间距为6.5 m。铁路两侧墩桩长分别为99 m与100.5 m，桩边距离线路中分别为4.42 m、6.67 m。桩基础均为C30水下混凝土。

工程地处滨海淤积型平原，铁路两侧地质为厚杂填土3.6 m，厚淤泥质黏土20.1 m，厚黏土22.5 m，厚砂砾石46.7 m，厚全风化凝灰岩2.2 m，厚强风化凝灰岩3.3 m，厚中风化凝灰岩7 m。钻孔灌注桩基础设计摩擦桩，将强风化凝灰岩作为桩基持力层。

2 施工工艺流程

管线调查和保护→作业平台建设→钢护筒震沉→泥浆循环与清孔→钢筋笼制安→混凝土灌注→路基沉降观测。

3 施工方法

3.1 施工方案

钻孔灌注桩施工设备采用GPS-30型回旋钻机，同时搭配四翼合金刮刀钻头、泥浆净化器等，桩深度为60 m以上，泥浆循环系统为正循环，以下为气举反循环。同时，在代表下淤泥质黏土层采用28 m深φ内2.7 m钢护筒作为支护，并设置沉降观测点。桩顶部钢筋笼采用整节制作，吊装过程采用多台吊机。钻孔灌注桩施工布置如图1所示。

图1 钻孔灌注桩施工布置

3.2 施工准备

在工程具体施工前，施工人员需要先做好施工准备工作。首先，施工人员熟悉施工设计图纸，并根据施工现场实际情况，编制具体的施工组织设计方案，对施工环节与流程、施工人员布置、施工质量控制标准等进行严格规范。其次，检查各类施工器械，准备就位，并对设备运行情况进行检查，避免在施工过程中设备停运，影响施工质量，造成损失。再次，检查施工材料，确保材料性能参数符合施工要求；同时做好材料准备工作，按照施工顺序，合理安排布置施工材料堆放位置与顺序，提高施工现场材料运行效率，保障施工有序性。

3.3 具体施工操作

3.3.1 管线调查和保护

该工程钻孔灌注桩施工前，需要对铁路两侧管线进行调研与迁改保护。该工程铁路一侧桩基础位于电缆槽位中，需与当地铁路设备管理单位联系，将管线改迁至远离桩边10 m处。同时，铁路另一侧涉及本地一条自来水管道，距离桩边不到1 m，埋设深度为2.8 m，为了避免在桩基施工中，钢护筒振沉造成土体积压，对自来水管道造成挤压破坏，因此需采用钢护筒进行预先支护，钢护筒材质为厚度由2 cm的钢板。钢护筒支护埋设施工中，首先桩位放样，先进行人工开挖2 m，由吊机将钢护筒吊装入孔，然后再进行机械开挖，用挖掘机深挖孔并将钢护筒拍打入孔，直至钢护筒顶部与地表的距离约为0.3 m左右。埋设完成后，在浅护筒顶底部进行钢板焊接，有效地限制钢护筒振沉施工过程中的垂直度。

3.3.2 作业平台建设

在桩基施工过程中，钢筋笼、导管、首灌混凝土等所涉及的施工设备自重比较大，导致出现较高的集中荷载力，在施工中可能会造成地基不均匀沉降，增加线路路基的安全隐患[2]。因此，在施工前需要进行专门的作业平台建设。根据桩机作业范围确定作业平台建设范围，平台采用C30钢筋混凝土整板，硬化基础长度为14 m，宽度为6 m，厚度为0.3 m；使用钢筋焊接将硬化平台和埋设的钢护筒进行连接，并布置12根长为1 m的φ25“L”形钢筋，布置位置按照夹角30°的规律，焊接钢筋长度为0.25 m。

3.3.3 钢护筒振沉

在桩基施工过程中，为有效避免钻孔口和淤泥质软土层发生塌孔的问题，需要对28000 mm深的钻孔范围进行钢护筒支护施工，钢护筒规格为钢板厚度在18 mm，护筒内径为4000 mm，在钢护筒底部月4000 mm左右的范围内，包裹上厚度为16 mm的钢板进行加劲。钢护筒振沉分为两节，长度分贝为15000 mm、13000 mm。钢护筒振沉施工主要设备为DZJ300的振动锤，以及150 t履带吊。钢护筒振沉施工前，需要对桩位放样，计算钢护筒最大外径，即为内径（2700 mm）、钢板厚度×2（18 mm×2）、加劲钢板厚度×2（16 mm×2）之和，得出数据为2768 mm，在此基础上增加22 mm的误差，确定孔内直径为2790 mm的限位钢板，采用竖向焊接的方式，将钢板与钢护筒底部焊接在一起，并根据限位数据再孔内进行三角形切割。

在第一节钢护筒通过吊机吊装到孔位之后，依靠其自身的质量，将底部加劲钢板包裹范围向孔口下沉，直至孔口下300 mm处，然后运用垂直方向全站仪进行观测，对其垂直状态进行调整。然后在钢护筒的内层与外层之间进行钢板限位焊接，预留出约10 mm的空档；展开钢护筒振沉施工中，主要是根据其底部限位钢板有效控制垂直度。钢护筒振沉作业运用封锁点内作业，在达到一半的高度后，根据全站仪对局部进行观测并调整其方向。

在第二节钢护筒吊装中，与第一节钢护筒对接，在两节钢护筒的连接处焊接竖向钢板，共4处，用来进行限位，并运用全站仪观测来将垂直度调整到合理范围，最后进行焊接连接，并将连接处的限位钢板进行割除。

钢护筒振沉施工完成后，使外钢护筒顶部限位钢板连接内钢护筒，形成一个整体，运用混凝土灌注填充连接处的空隙[3]。

3.3.4 泥浆循环与清孔

在该工程中，通过地质勘查可知，桩基在进入46 m时，进入砂石层，在深度达到60 m时，土层为粗砾层，确定60 m为临界点，孔深不到60 m泥浆循环方式为正循环，孔深大于60 m时，泥浆循环方式则采用气举反循环。

正循环方式主要是控制泥浆的黏度和浓度，就可以将钻孔中的细砂石循环携带排出[4]。在该工程钻孔中，泥浆正循环将泥浆的性能控制在黏度为22 Pa·s，浓度为1.3，含砂率为4%。气举反循环方式主要是借助空压机运行产生压缩空气，并将其同循环泥浆在钻具内进行结合，形成混合液体，并利用大气压力作用，使钻孔中的泥浆与岩渣一起从孔内排出。该工程中，采用了20 m3的空压机，泥浆的性能控制在黏度为20 Pa·s，浓度为1.4，含砂率为8%。

在清孔过程中，为了将孔底沉渣的厚度与泥浆的含砂率控制在合理范围内，泥浆筛设备选用ZX-200型高频振动筛，可以将气举反循环过程中抽出的直径﹥0.5 mm的大颗粒物质筛出，然后在运用旋流除砂器对剩下的泥浆进行进一步的净化[5]。在对泥浆净化完成后，经过循环池，使泥浆流入钻孔中。净化后泥浆性能为黏度18 Pa·s，浓度为1.08，含砂率为1%才可以达到标准。

3.3.5 钢筋笼制安

在该工程中，桩基为φ2.5 m，钢筋笼选用全笼，主筋分别采用φ28mm和φ32mm的钢筋，以35 m～55 m为分界点，在顶部35 m以上设置主筋总数为105根，35 m～55 m的主筋总数为52根，55 m以下的主筋总数为13根。在钻孔灌注桩的既有庄桥立交桥面上，分节进行钢筋笼的加工制作，运用机械螺纹套筒将钢筋全部连接在一起。在钢筋笼制作前，需要先在桥面上进行作业平台准备，作业平台为直线线型。

将钢筋笼顶部的35 m以内作为钢筋笼加密区，主筋总数较大，有105根，主筋之间的距离按照等间距进行设置，大约为3.3 cm，但是根据这一间距进行主筋布置，在混凝土灌注过程中，容易影响混凝土的流动性，导致其难以流至保护层处，因此在顶部0 m～35 m的位置，采用2根紧靠的方式进行主筋排列，扩大钢筋笼主筋之间的距离，将其调整为6.5 cm以上。同时，在钢筋连接的过程中，套筒也需要一定的作业空间，所以在顶部35 m范围内，钢筋笼的制作采用整体制作的方法。其他节段的根据12 m一节进行制作。为了确保在连接钢筋笼过程中，每个接头都可以达到标准连接质量要求，有效地控制接头空隙，在加工过程中，需要每完成一节加工后，都通前节进行接头连接，在主筋同内加强筋焊接完成后，在将接头接触，然后在通过点焊的方式，将外螺旋箍筋进行焊接。

该次钢筋笼制作顶部整节的总长度为36 m，重量约为25 t，为了尽可能地避免钢筋笼在吊装过程中发生变形，该工程采用多吊机吊装的方式，共设置3个吊点进行吊机吊装，钢筋笼加强筋为φ25 mm@2000，由2个φ25 mm的钢筋采用三角形支撑的形式，将工字钢焊接在钢筋笼加强箍内，并在其上焊接一个U型的φ28 mm钢筋当做吊点，并且在钢筋笼的顶部主筋上，以对称的方式焊接4根U型φ28 mm钢筋作为吊点。在进行吊装的过程中，将钢筋笼顶部的4个吊点与200 t吊机相连接；钢筋笼笼身处的4个吊点与160 t的吊机相连接，并且在此吊点出运用2根钢丝绳，将4个吊点穿插连接在一起，然后再通过1根钢丝绳，将吊装用的2根钢丝绳连接在一起；钢筋笼笼尾部的1个吊点采用70 t吊机。在吊装过程中，各吊机的占位分别为200 t与160 t的吊机在对桥桥面桥墩位置停靠，70 t吊机在钢筋笼加工的桥面位置停靠。

同时注意，在起吊时，3台吊机需要同一时间起吊，先将钢筋笼整体吊至既有的桥的范围之外，然后200 t的吊机向上提升，70 t的吊机向下放，中间160 t的吊机则先保持稳定，与顶部相邻的钢丝绳向钢筋笼方向移动，使其向竖立方向运动，以200 t吊机将钢筋笼吊装到钻孔内进行安装[6]。

3.3.6 混凝土灌注

该工程施工中，所需要的混凝土方量大约为540 m3，混凝土浇筑方法为汽车泵浇筑。在浇筑过程中，为了尽可能地减少混凝土浇筑时间，采用2台汽车泵同时灌注的方式进行。在施工过程中，先对混凝土罐车进行组织安排，确保桩基混凝土灌注混凝土材料的持续供应。根据混凝土首灌中，控制导管埋置的深度在2 m，计算得出混凝土首灌的方量约为15 m3左右，在施工现场有2个储料斗，分别有3 m3和14 m3，同时进行灌注，可以将灌注时间控制在8 h以内。

3.3.7 路基沉降观测

在工程施工前，对钻孔灌注桩施工影响范围内的线路路基进行沉降观测，在线路路肩设置观测桩，在桥宽26000 mm范围内进行设置，观测桩间距在5000 mm左右，并对其进行编号，读取原始数据。同时，分别在钢护筒振沉前后、桩基钻孔过程中各个时间点对路基沉降情况进行观测。在钢护筒振沉过程中，观测到的路基沉降值最高值为3 mm，同时在钢护筒振沉过程中测量其内部的土体到钻孔口处的高度，得出土体抬高高度为1100 mm，并且高出的土体体积和钢护筒的体积相差不大，基本保持一致。桩基钻孔1个周期约为12 d，并且通过观测，发现线路路基在钻孔过程中继续发生沉降，与钢护筒振沉施工过程中发生的路基沉降累计相加，最大不超过10 mm，最小不低于8 mm。此外，在该工程施工过程中，每日还进行了线路检查以及补充道碴养护，确保将线路安全控制在合理范围内。

3.4 施工注意事项

施工过程中需要注意以下6点：1） 在施工前，根据工程实际编制专项施工方案，经过相关审批通过后，组织进行安全技术交底，同时在施工过程中，注意加强技术测量观测与安全检查，确保技术与安全有效控制[7]。2） 在吊装施工中，在老桥面上进行作业的吊机，应当确保其马腿尽可能在桥墩处，将吊机保持在一定水平，设置专门的吊机指挥人员。在施工前，需要对吊装的各项参数，包括重量、吊距以及吊装能力等进行严谨核对。3） 在夜间施工过程中，需要保证照明充分[8]。4） 在施工范围最外侧线路3 m以外，根据相关工程施工文件要求，进行硬隔离装置设置，并且确保施工机具、施工材料等控制在工程范围之内，避免侵限。此外，需要在硬隔离装置桩悬挂施工危险等安全警示标牌。5） 在硬隔离装置上挂上彩条布，以避免在桩基施工过程中泥浆管爆管导致泥浆喷射至线路中，对道床造成污染[9]。6）在涉及既有线路的安全慢性和封锁施工范围内，根据相关工程施工文件要求进行防护设置。并且在封锁施工完成后，将线路恢复到安全放行条件后才可以将防护设施拆除。工程施工负责人具有施工防护信号装置设置和拆除的决定权限。

4 结语

综上所述，该工程属于路桥软土路基工程钻孔灌注桩施工。在实际施工中，首先，根据工程实际情况确定施工方案，并在具体施工前做好管线的调查与保护工作；其次，根据工程需求，建设满足集中荷载力的作业平台；再次，在软土路基钻孔灌注桩具体施工操作中，桩基施工为避免钻口与淤泥质软土层发生塌孔，需要做好钢护筒支护施工，同时根据工程地质情况确定泥浆循环方式，做好清孔工作，并严格按照设计要求进行钢筋笼的制作与吊装，控制混凝土首灌方量和导管埋设深度，以及灌注时间。最后，在施工过程中，还需要加强对路基的沉降观测，确保将线路安全控制在合理范围内。按照上述施工流程及具体施工操作方法进行施工后，能够将软土路基对工程施工的影响降到最低，并保证施工过程的可控性与安全性。在成桩后，经过超声波检测，桩身质量均达到Ⅰ类桩，既确保了线路运行的安全性，又有效控制了施工质量。因此，该次路桥软土路基工程钻孔灌注桩技术应用较为成功。