桥梁工程预应力混凝土管桩技术中的应用及质量控制

于建敏

（湖南建工交通建设有限公司，湖南长沙 410000)

0 引言

平江至益阳高速公路线路，起于平江县龙门镇与江西省修水高速连接，止于益阳市赫山区的笔架山乡与长益扩容高速相接，途经平江县、汨罗市、湘阴县、益阳市赫山区。 全线长度187.409km，设计时速100km，路基宽度为26m。本合同段有西林特大桥、西林互通主线桥、西林互通跨线桥、木皮湖大桥4 座桥梁，根据本合同段的实际情况，桥梁工程计划安排两个桥梁工区，桥梁一工区负责西林特大桥K155+638～K158+018.5 段桥梁施工，桥梁二工区负责西林特大桥K158+018.5～K160+843 段、西林互通主线桥、西林互通跨线桥及木皮湖大桥的施工。桥梁一工区进场后先施工1#预制场范围内桩基，再进行1#预制场施工，同时往小桩号施工桥梁桩基。桥梁二工区进场后先施工西林特大桥跨S308 省道现浇段（第194～196 跨）及第197～206 跨的桩基和下构，待预制场路基填土完成后，及时进行2#预制场的梁场建设施工。

1 施工技术措施

1.1 施工前的有关准备

1.1.1 场地设置

钻孔场所的面依照施工工艺、施工机械使用方案、钻机数目、钻机底座大小、桩基设计平面尺寸等进行确定。

桩基钻孔之前应当对场地进行整理，将无关物质完全清理干净，形成钻机平台。场地的面积应当让混凝土运输车行进、泥浆循环体系、钻机的布置等实际需求得到满足。

1.1.2 测量

使用全站仪精准界定桩孔的部位，依据桩定位点以拉线的方式进行4 个控制桩的操作，将4 个控制桩作为参照对护筒埋设地点与钻机部位的正确进行管控。护桩应当采用恰当的保护举措，避免施工期间对其产生不良影响[1]。

1.2 护筒制作及埋设

针对该桥梁工程来说，为了保证其施工有效性，需要通过10mm 钢板卷制护筒，一定要控制关键尺寸，例如确保护筒内径大于设计桩径20cm，同时要在护筒上下口位置焊接加强环。在实际加工时要严格控制护筒垂直度误差≤1cm，并且要保证其椭圆度≤3cm。护筒采取坡口双面焊的方式进行制作，要控制焊缝的密实性和连续性。要在预制厂完成护筒的各节生产，将其分别运输到施工区域后焊接完成整个护筒长。

护筒埋设过程中务必要严格控制深度、位置、稳定性等关键指标，该桥梁工程所使用的是配有法兰的材质为钢的护筒，为此在进行埋设作业时必须要对平面部位精准性进行严控，要保证其偏差在5cm 之下，并且要确保护筒埋设之后高出水平面在2m 左右。同时，一定要严格控制水下护筒可顺着导向架顺畅沉降至设计要求，与此同时可采用多元化的模式，比如锤击、自重、振动等综合作用实现。

1.3 进行泥浆的制备

将护筒埋设之后就可以实施灌注所需泥浆的制作，在此过程中一定要充分考虑到施工区域周边环境对于泥浆性能的影响，保证泥浆黏稠度符合标准规范。在进行泥浆制作时可以将打碎的黏土投入到护筒当中，通过冲击椎完成充分均匀的振捣，保证所制作的泥浆能够满足后续施工的需要。

1.4 钻孔作业

钻机中心和桩中心保持对应，且和钻架上面的起吊滑轮处在同条铅垂线上。钻机到达指定位置之后，底座一定要平稳，保证在钻进施工过程中不产生位置的移动。在钻头锥上部与钢丝绳间设立确保钻头转动方向的设施，避免梅花孔的出现，确保钻进施工过程中钻具的稳定和钻孔的品质。施工桩基础在岩溶区域、沙卵层区域较易出现孔坍塌、浆液渗漏等问题，依据地质特点，可选择使用护筒跟进、填筑素混凝土、调节泥浆黏稠程度、大护筒中套小护筒、抛投片石及黏土块、注水泥浆等举措，避免钻孔作业时孔坍塌，以对孔壁进行有效保护。

1.5 成孔检查

成孔的质量直接影响着最终管桩的施工质量，所以要在关键阶段，包括：成孔过程中、终孔之后、混凝土浇筑之前，加强成孔质量的检测，确保其始终控制在偏差允许范围内。

在完成桩孔钻进、投入钢筋笼之前进行孔径的检测，对于该桥梁工程来说，可以采取φ8、φ12 的钢筋生产笼式检孔器，一般情况下检孔器的外径=钢筋笼直径+10cm，但一定要保证其外径≤钻孔设计孔径。检孔器的长度不得小于孔径的4～6 倍，在实际制作中具体长度和孔径要按照钻机所拥有的功能与土层现实状况确定。

在开展检测工作时应当起吊井径器，要保证孔中心和起吊钢丝绳的一致性，逐渐将其放入到孔中，确保检测器进出的通畅性。孔深以及孔底沉渣检测是非常重要的内容，可以通过标准锤进行检测，实际检测时可以通过锥形锤来进行。桩基成孔的质量直接决定着最终施工质量，所以要加强其成孔质量控制。一般情况下要保证其垂直度偏差在1%以内，通过泥浆护壁成孔，要确保孔内部排出泥浆含砂率在2%以内，并且泥浆的比重在1.1 以下，浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于5cm。

1.6 清孔

钻孔之后需要对其实施彻底清理，一般情况下清孔都是通过向孔内部补充泥浆来将孔内含沙量和旧有泥浆置换出，然后利用循环泵对其进行再次清孔。清孔之后要对测绳长度、钻头长度、钻杆等加以量测，禁止使用超深的方式与孔底淤积深度相抵。

1.7 设置钢筋笼

往往通过分节的方式进行钢筋笼的预制，要根据工程实际情况设定钢筋笼的尺寸、钻架允许起吊高度等相应指标。在进行钢筋笼制作时，最为关键的是要保证每一段笼骨架可靠性、稳定性，一定要确保相邻两节钢筋笼接头错开布设。可以在钢筋笼外部设垫块（横向周边4 处之上，竖向间距2m）来保证钢筋笼尺寸的准确性，也能够保护钢筋笼不受外部因素的影响。

一旦钢筋笼产生某些位置的变形就可能和孔壁产生碰触，如此较易导致钢筋笼倾翻，为此一定要严控钢筋笼的加工、组装准确性，同时钢筋笼吊装作业过程中必须要确保其中心与桩中心相一致，也应防止吊装期间出现碰撞而导致形状发生变化。此外应指出的是，装设期间必须要进行防护，防止其掉落至桩孔中，钢筋笼达到设计高度以后应当把其固定至孔口处。

1.8 混凝土浇筑

第一，针对该工程可以采取导管法实施混凝土浇筑。可以采取φ30cm 钢管作为导管，采取多节导管进行连接，每一节的长度在2～2.5m 范围内。为了避免发生混凝土渗漏，要在接头位置设置橡胶圈进行防水。正式使用导管之前需要实施必要的密闭试验，在下设导管过程中一定要防止和钢筋笼发生干涉，要在钻孔平台上设置牢固的支撑架用来将导管悬吊稳定。在混凝土浇筑过程中可以通过钻架进行导管的吊放和拆卸。

第二，可以通过混凝土罐车进行混凝土的运输，并且将其输入到导管顶部漏斗中进行投料。为了保证混凝土的顺利浇筑，要严格控制混凝土漏斗坍落度在18～22cm 范围内，同时要控制混凝土在初凝之前完成浇筑。

第三，要对首先投入的混凝土体积量加以核算，需要保证其冲击力度能够把泥浆自导管带到外部，另外保证导管下口伸进混凝土的深度不低于1m。同时，首先投入的混凝土量一定要确保其能够完全将导管底部间隙填充完全，可以采取下述公式计算混凝土量：

式（1）中：V=混凝土体积量；h=导管高度；d=导管半径；hc=柱子截面高度；Xn={X1，X2，X3…Xn}

要保证导管进入到混凝土顶面之下在2～6m 范围内，在进行混凝土灌注时需要不断进行导管埋深的动态调整。尽可能保证混凝土能够连续浇筑，直到浇筑到设计桩顶面位置。要控制混凝土顶面高度超过设计高程50～100cm 之上，这样可以确保混凝土的浇筑质量。对于超出浇筑区域的混凝土要将其引导到合适区域，避免对环境造成污染。在进行水下混凝土浇筑过程中，为了准确控制导管埋入深度、桩顶标高等参数，需要对钢护筒顶面之下孔深、混凝土面高度进行动态监测，有效调整。可以采用侧锤法实施，使用绳子与重锤相捆绑吊进孔内，让其依托泥浆沉淀层固定在混凝土表层，依据重锤下沉程度计算混凝土浇灌深度。侧锤加工为圆锥形，锤的重量为4kg 及以上，测绳应当质量轻同时具有强劲拉力，和水相遇的情况下不出现伸缩问题，另外标有准确的尺度[2]。

第四，混凝土浇筑时一定要避免相关拌和物从漏斗溢出或者从漏斗位置渗入到孔内部，这样就容易造成泥浆内部存在水泥发生凝固，无法保证测深的准确性。在实际浇筑时要安排专人观测管内部混凝土的位面变化情况，对孔内部混凝土面高度、导管埋入深度等指标进行动态监测以及准确记录，从而为导管提升以及拆除等进行数据指导。

第五，在对导管进行提升过程中一定要始终确保轴线的竖直性，要尽量控制其处于中间位置，逐渐缓慢进行提升。若是出现导管法兰盘和钢筋管架相干涉的情况，可以一定角度转动导管，确保其和钢筋骨架分离以后把其挪动至钻孔核心部位。在导管抬升至法兰接头部位而且比孔口高出以后便能够将导管拆下，拆导管的时候必须要迅速，要尽量控制拆装时间在15 分钟之内。在拆除过程中一定要避免螺栓、橡胶垫和工具掉入孔中，并注意安全。已拆下的导管立即清洗干净，堆放整齐。

1.9 成桩检测

混凝土成桩达到一定强度后，采用无破损法进行完整性检测，对钻孔桩要求每根桩须检验，并对桩的均质性进行检测。设计考虑在100% 的桩中埋设声测管，采用声波透射法检测。桩施工工艺流程，如图1所示。

图1 桩施工工艺流程

2 桥梁施工质量保证措施

施工的质量控制是在明确的质量方针指导下，通过对施工方案和资源配置的计划、实施、检查和处置，进行施工质量目标的事前控制、事中控制和事后控制的系统过程，是衡量一个企业管理水平高低的重要标志。预应力管桩在桥梁工程基础施工过程中有大量的人员、机械设备、材料需要进入现场进行施工作业，使整个项目能够合理有序地进行，难度非常大，施工过程中需要制定有效的措施，确保整个过程中的质量控制。

一是在施工过程中我们需要明确质量目标，加强管理，搞好工序的衔接，对实施进度进行监控。施工前需要做好相应的准备工作，例如熟悉相关资料、了解地质勘察文件、研究相关图纸、请相关专家对项目进行评审、提前备好满足施工作业的机具设备、振动锤与液压挖掘机需提前组装试车。施工现场地面条件需要满足桩基施工需要，先进行场地的平整后方可进行施工，施工过程中对施工成品做好相应保护工作，设置标志牌，定期检查施工现场排水设施及道路情况，及时发现及时纠正[3]。

二是施工过程中需要认真做好桩基的测量放样记录，在锤击过程中需要通过两台经纬仪互相呈90度方向布置进行检测，通过桩机导架上的旋钮进行旋转、滑动进行调整，使整个击打过程中打桩机的机导架为垂直状态。在整个压桩过程中，桩锤、桩帽、桩身始终处于同一轴线上，确保了管桩桩顶标高及垂直度符合相应的规范要求。其实在打桩过程中调整桩的角度是比较困难的事情，所以在前期管桩刚插入地下时，就要认真观察、随时测量，发现问题及时纠正。

三是对于不合格管桩的处理措施。若是因为桩身轴线存在较大偏差、桩顶标高存在较大偏差以及桩身垂直度不符合标准等造成的问题管桩，首先要明确偏差的具体方位以及实际大小，在管桩相对的一侧先通过挖掘机进行挖槽，一般情况下要按照施工场地的土质情况来确定开槽深度；之后通过打桩机对管桩进行必要的调整，使其回到正确位置，并且通过经纬仪、水准仪等确定好桩身的垂直度以及标高[4]。

3 结语

本文主要以平江至益阳高速公路线路桥梁工程为例阐述管桩技术内容，从整个施工流程进行了介绍，同时提出了质量控制措施。通过本文的介绍能够对桥梁工程施工提供一定参考和帮助，对于进一步推动桥梁工程发展具有现实意义。