桥梁桩基嵌岩桩施工技术分析

2022-08-19王剑卿

运输经理世界 2022年8期

王剑卿

（江西省现代路桥工程集团有限公司，江西上饶 334000）

0 引言

桥梁桩基嵌岩桩施工技术有着较高先进性，其优势体现在承载性能高、抗震性能好、桩基沉降量小等方面。

在施工环节将基桩直接嵌入岩层结构，而后进行注浆施工，能够让基层结构承载力得到提升。但是由于单桩轴向容许承载力在一定范围内与桩基底处岩石的强度和嵌入岩层的深度有直接联系，故而在成孔时需要做好相关的参数控制，以保证后续基桩施工时基桩外力能均匀分布。

1 嵌岩桩的荷载传递特点

经过分析嵌岩桩荷载传递特点，发现其桩体承载力主要由桩侧摩阻力与桩端阻力构成。在这两种作用力同时作用下，会导致桩土发生相对位移。嵌岩桩开始受到荷载作用时，上部结构的混凝土会发生收缩反应，桩土界面会存在相对位移，提高桩身上部桩周土层的桩侧摩阻力，随着荷载的持续增加，桩身轴作用力从上往下传输，混凝土结构持续发生压缩变形，进而使得桩周阻力发挥出应有的作用，直到最终的桩身轴力传输到桩端部位，使结构更加稳定。桩侧摩阻力发挥出应有的作用后，持续增加桩顶荷载，就会出现桩端位移变化，进而激发出桩端阻力。桩端摩阻力以及桩端阻力的发挥并不是同时实现的，由于桩侧摩阻力的发挥需要的桩土相对位移比较小，所以在桩端达到极限承载力之前，很多的桩侧土层侧阻力都能够发挥出应有的作用，但是因为沉渣的影响，桩端阻力的发挥需要的相对位移较大，所以在很多情况下，位移量无法达到桩端阻力的激发要求，也会影响桩体稳定。

2 嵌岩桩施工要求

2.1 嵌岩桩的成孔设备选择

随着我国嵌岩桩施工技术的高速发展，可以选择的成孔设备也越来越多。以不同的排渣方式分类，包含正循环、反循环等方式；以固定形式分类，包含座桩、座平台等形式。目前，在桥梁桩基嵌岩桩施工中，应用比较普遍的是平台式气举反循环排渣成孔作业方式，其优势是经济性好、操作方便，移机时不需要辅助吊船，且排渣性能良好。但是该方式也有一定的缺陷，比如斜孔的斜率最大不能超过5∶1，且钻杆对正轴线的难度较高、精度较差。在现场施工中，如果斜率超过5∶1，国内很多钻机都难以满足要求，需要采购进口设备，成本较高，维护与管理难度也比较大。因此，在桥梁桩基嵌岩桩施工中，应该结合实际情况选择合适设备，以实现施工质量与经济效益的平衡。

2.2 钢管桩沉桩的收锤标准

钢管桩沉桩的收锤标准应由勘查、设计、施工、监理协商，结合最后贯入度、最后1m 锤击数、持力层进入深度等指标确定。

2.3 嵌岩桩深度的控制

嵌岩桩深度的控制极为重要，其嵌入岩体的深度要求直接进入新鲜岩体或微风化岩体中；经分析，嵌入中等风化岩层也能够产生非常好的效果。设计方案要求收集全部的物探以及钻探资料，以初步确定嵌岩段的长度；但是从实际操作角度出发，因为岩石岩性、岩石顶面高程改变，钢管桩间高程与设计方案存在偏差，所以在具体的施工中，嵌岩桩的深度满足设计要求有着较高的难度。为解决该问题，可以在现场设置钻孔进行检验，沉桩收锤贯入度如果超出标准，则将贯入度最大的一根应用钻孔取芯的方法来确定嵌岩桩深度。

2.4 嵌岩桩混凝土浇筑质量检测

嵌岩桩施工中，混凝土浇筑的质量关系到桩体的承载性能。因此，需要加强桩基结构的质量检测。目前广泛应用的有超声波、低应变动力、钻孔取芯等检测方式。通常而言，混凝土芯柱进入钢管桩的深度应在7～10m 之间。

3 工程概况

某桥梁设计为T 梁形式，总长度为212.5m，包含80 片T 梁。桥梁所处地区为丘陵地貌，地势变化比较明显，山体以北东方向为主，上部植被茂密，以乔灌木为主。结合水文地质条件进行分析，设计人员确定应用嵌岩桩作为桥梁桩基，数量为38 根，嵌入中风化砂岩内，桩径设计为1200～1800mm，采用冲击钻孔方式施工。

4 桥梁桩基嵌岩桩技术应用分析

4.1 护筒埋设

其一，护筒埋设工作开始前，先进行桩位的确定，从纵横方向进行护桩引测作业，护筒中心与桩中心保持重合，平面误差不超过2.0cm。

其二，护筒的制作材料为薄钢板，高度超过2.0m。为了确保护筒结构的刚度性能合格，防止在埋设、施工环节出现变形的问题，护筒制作时，在上、中、下三个部位分别焊接加劲肋，以提高结构强度。

其三，护筒制作结束后，立即开挖埋设。护筒底部应用黏土填充处理，分层压实施工，顶部稍微超出地面表层，避免地表水涌入。根据设计方案的要求，合理确定护筒埋设深度，在有特殊地层条件影响时，应适当加大埋设深度。

4.2 桩孔钻设

4.2.1 钻机就位

选择合适尺寸的钻机底盘，根据护桩结构的要求，确定底盘位置。现场进行钻机轨道安装后，再次检测底盘位置，以确保桩孔钻设精度。

4.2.2 孔位钻进

钻孔是桥梁桩基嵌岩桩施工的关键工序，对桩体质量存在直接影响，必须加强监督与管理。操作中应注意如下四点：

其一，桥梁桩基位置的土层主要是砂类土，有些是黏土。因此，钻进作业中，需要应用慢速正循环方式。在钻入泥浆面以下15cm 左右时，调整为泵吸反循环的方式。钻孔作业过程中，采用减压法提高重锤的应用效果，确保垂直度达到标准。

其二，土层钻进作业中，钻机应采用刮刀钻头，结合地层条件，控制泥浆比重、钻进速度，防止发生塌孔现象。钻孔工作开始后，每进尺1.0m，或者地层结构发生变化时，选取钻渣样品并编号。

其三，需要接长钻杆时，应停止钻进，并提升钻头到距孔底2.0m 左右位置，同时泥浆循环10min 左右，将沉渣清理干净，防止发生出渣口堵塞现象，然后再接长钻杆。接长操作时，使用螺栓拧紧，并确保密封圈的密封效果合格。

其四，钻孔设置结束后，需要及时利用基桩检测仪开展质量检测工作，控制偏差符合技术标准，即桩体中心部位偏差在50mm 以内，实际孔径通常应小于设计孔径。

4.3 孔底沉渣清理

桩孔钻入达到规定深度标准后，应及时清理孔底沉渣。操作步骤如下：

其一，钻入设计深度后停止钻进，拆除钻杆，下入检孔器开展检测，确保深度满足设计要求后，才能开始沉渣清理工作。

其二，采用换浆法进行沉渣清理工作，当泥浆浓度达到1.1g/m时，应及时停止换浆。为保证桩身混凝土与底部岩层有效黏结，还要开展二次清孔。

其三，清孔后，确保泥浆内不存在2.0～3.0mm 粒径的颗粒，泥浆比重不超过1.1，含砂率在2%以内。

其四，孔底沉渣清理结束后，应及时开展灌注施工。

4.4 钢筋笼制作安装

其一，钢筋笼制作之前，应加强钢筋的验收与管理，保证钢筋质量合格，并防止钢筋出现锈蚀的问题。如果不得不露天存放，应布置垫块结构，避免钢筋与地面直接接触而发生锈蚀，导致其性能下降。

其二，及时清理钢筋表面的油渍、漆皮、锈迹等污物，如果发现钢筋弯曲，应及时调直。在下料前，要做好长度与外形的检测与控制，确保无明显的裂纹等质量问题，达到要求后，才能进入施工现场。

其三，主筋内侧应布置加强箍筋，同时与外侧钢筋组合形成环形筋的形式，并确保箍筋与主筋稳定连接，焊接的质量合格。环形筋连接时，应采用钢筋绑扎的方式。为了预防钢筋笼变形，焊接后于其内部设置十字撑，以增加其稳定性。

其四，钢筋笼分节段加工处理，每个节段长度以方便吊入施工为准。吊运节段，加强钢筋笼防护管理，不能存在扭转、弯曲等问题。

4.5 混凝土灌注

4.5.1 拌制

其一，混凝土拌制环节，应达到均匀性的要求。拌制工作开始前，对骨料进行全面检测，确保含水率符合标准要求。降雨季节应该加大检测的频率，随时根据实际情况调整含水率参数。在混合料的制作中，加强配合比的控制，粗骨料、细骨料加入偏差控制在±2%以内，其他材料偏差控制在±1%以内。

其二，添加外加剂时，应加强搅拌，达到均匀一致性要求，颜色正常，没有离析、泌水等问题。拌制结束后，应检测混凝土坍落度，运输到现场后还需要再次检测。同时还要保证其保水性、黏聚性满足要求，质量不达标的混凝土材料不能投入工程应用，避免其对工程的安全和质量造成不利影响。

4.5.2 灌注

其一，在该桥梁嵌岩桩混凝土灌注施工中，采用吊车吊装导管，导管埋设深度超过1.0m；灌注作业前，做好混凝土和易性检测，达到技术标准后才能开展灌注施工；灌注开始后，保持连续灌注作业，并加强水头高度的控制，导管埋深处于2.0～6.0m 之间；灌注作业中，需要连续进行位置检测，保证导管埋深符合要求；为了防止钢筋笼上浮，应做好固定处理。

其二，灌注混凝土达到设计标高后，还要多灌注50～100cm 的高度，以提高结构的整体性，超出部分在施工后可以切割掉；孔内溢出的泥浆应引流到规定地点，不能随处存放处理，防止影响周边环境；灌注作业中，应避免混凝土溢出漏斗，操作人员应随时了解导管内混凝土液面变化情况，检测混凝土液面高度，以及时进行导管拆除与提升作业；提升导管过程中，要做好长度计算与检测工作，确保数据精度合格，防止影响灌注效果。

其三，拆除导管的时间应尽量缩短，通常不超过5min，操作环节要做好防护管理，防止工具遗落，拆除导管后及时进行清洗。

其四，为了保证嵌岩桩施工质量，现场应该选择合适的导管材料，确保其内壁光滑，内径符合工程要求。并做好混凝土试验检测工作，随时抽检混凝土坍落度，保证其处于180～220mm 之间。灌注施工中，应组织人员统一指挥与管理，且各级人员分工明确，落实工作职责，以确保施工顺利进行。