西南浅丘地区桥梁桩基高效施工技术研究

2022-08-23杜凤

四川水泥 2022年8期

杜凤

（四川交通职业技术学院，四川成都 611130）

0 引言

西南地区地处祖国的西南边疆，青藏高原的东南部，地形相对复杂，多为高山、丘陵，交通建设相对落后，高速公路的建设方兴未艾。其中丘陵多分布于山地或高原与平原的过渡地带，其坡度一般较低缓、切割破碎、无一定的方向，没有明显的脉络，顶部浑圆[1]。因此，丘陵地区高速公路建设多以桥梁连接路堤为主，但由于地形、地质条件的不足，施工中存在进度慢、不确定性因素多等诸多难题亟待解决，其中桥梁桩基是桥梁施工的关键基础，寻求一种快速、安全、经济、适用的桥梁桩基施工技术迫在眉睫。

本文针对西南浅丘地区桥梁桩基的施工技术难题，讨论了桩基施工方法、混凝土浇筑方法与质量控制等难点，以该地区某在建高速公路为工程背景，以桥梁桩基为研究对象，较全面地分析了桩基施工快速、安全、经济、适用的技术方案，为类似地区桥梁桩基施工提供技术指导。

1 浅丘地区桥梁桩基施工工艺流程

桩基础是深基础中应用最多的一种基础形式，由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或盖梁组成。按照施工方法，桩基础可以分为预制桩和灌注桩，根据浅丘地区的地质、地形等因素，推荐采用灌注桩施工。按照成孔方法的不同，灌注桩又可分为钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩等，其中钻孔灌注桩施工工艺成熟、承载力高、适用范围广，被广泛地应用于公路、铁路、桥梁等结构工程中，高等级公路大、中、小桥梁和互通式立交桥基本采用钻孔灌注桩。旋挖钻孔灌注桩(简称旋挖桩)使用机械作业，施工时间短，同时可大量地节省人工费。旋挖桩施工工艺流程见图1。

根据图1，笔者对旋挖桩施工工艺流程进行如下分解。

图1 旋挖桩施工工艺流程

（1）放样定位。工程开工前，在场地内建立测量控制网，然后依据测量控制网测控各桩位点。

（2）旋挖机就位。旋挖机必须稳定、水平、定位，钻头中心与桩位中心距离不大于10mm。

（3）埋设护筒。护筒的直径应比桩孔直径大200mm，护筒长度底进入黏土层不少于500mm，护筒顶部高出地面300mm，护筒埋设的倾斜度控制在1%以内，护筒埋设偏差不超过30mm，护筒四周用黏土回填，分层夯实。

（4）旋挖机成孔。护筒埋设并定位后，使用旋挖机钻进。旋挖机扭矩大、转速高、成孔效率高；自动化程度高，通过电脑程序精确控制，孔的倾斜度等可以较直观地显示；无泥浆循环，对环境污染小，适用于浅丘地区地质条件。丘陵地区地形限制了大型机械的进出，大桩径的桩基可采用两次成孔的方式施工。桩成孔后需要重点检查：成孔的中心位置、孔深、孔径、垂直度、孔底沉渣厚度、桩顶与桩底标高、地基持力层情况等。

（5）清孔。

（6）钢筋笼制作与安放。钢筋笼的主筋与加强筋全部焊接，螺旋筋与主筋采用隔点焊加固，制作好的钢筋笼应逐节验收，合格后挂牌存放。钢筋笼长超过16m在孔口焊接，单面焊10d，焊缝高度≥0.3d，焊缝宽度≥0.8d。两段笼子应保持顺直，同截面接头不得超过配筋的50%，间距错开，不少于35d。钢筋焊接完好后，应缓慢下放入孔内，严禁砸笼。

（7）下导管。

（8）混凝土浇筑。混凝土的质量保证主要是通过控制混凝土的坍落度和和易性。混凝土的坍落度应控制在220mm左右。由于浅丘地区地形限制，混凝土搅拌站距离施工工地较远，这就容易由于长距离的运输而导致混凝土的坍落度不易控制，影响其强度，从而对工程质量产生较大的影响。混凝土的和易性一般通过控制其坍落度、采用合理砂率、改善砂石级配、掺加外加剂等进行改善。同时，应尽可能地缩短混凝土的运输时间。水下混凝土的配置强度应比设计强度标准值提高40%~50%，胶凝材料用料不少于360kg/m3，含砂率宜为40%~50%，并宜选用中粗砂，粗骨料选用碎石或卵石，最大粒径不应小于40mm，且不得大于钢筋最小间距的1/3。

在水下混凝土浇筑前，应对不同直径、深度的桩孔分别计算出混凝土浇筑初灌量。施工过程中要保证浇筑初灌量，浇筑时导管埋深控制在2～6m，拆管前专人测量孔内混凝土面，并做记录。浇筑混凝土接近桩顶标高时，应控制最后一次浇筑量，确保桩顶标高符合设计要求[2]。

水下混凝土减轻了环境水对混凝土拌合物的侵蚀，无需人工振捣，避免了分层灌注而引起的层间夹渣现象，克服了漏振、过振产生的混凝土蜂窝、空洞等现象，且灌注时间短，施工效率高。对水下浇筑混凝土质量要求较高，其必须具有水下不分离性、自密实性、低泌水性和缓凝等特点。水下混凝土浇筑可在很大程度上节约成本，同时，其施工技术成熟、效率相对较高，因此，对于干混凝土作业也可采用水下混凝土的浇筑方式，即：对混凝土施加与水压相同的压力。这样，可有效地缩短时间、节约成本，高效地完成工程项目。

在浇桩过程中，随机抽取1～2盘混凝土制作试块，每根桩应制作一组试块，制作好的试块在12h后拆模，放置静水中养护，试块评定采用数理统计法评定。

（9）起拔护筒。

（10）回填桩孔。

2 工程实例

2.1 工程概况

G8515线荣昌至泸州段(四川境)高速公路路线全长约42km。路线起于泸县方洞镇麻岩水库附近川渝交界处，经泸县方洞镇、喻寺镇、玄滩镇、云龙镇和泸州市龙马潭区长安乡、特兴镇等，止于泸州市沿江工业园区龙港大道。本项目施工路段位于泸州市泸县境内玄滩镇。设马溪河大桥(K154+582.5)、雷湾大桥(K155+213.5)和金银湾大桥(K156+358)跨越河谷，于K158+139设湾头中桥跨越X004县道，在K159+000设奇峰互通，路线止于泸县玄滩镇石城村，止点桩号K161+000。主线全长6.55km。

该项目桥梁多跨越水量不大的冲沟或干沟，桥位处第四系覆盖层厚度一般较小，两岸山坡基岩多直接出露，覆盖层岩性为黏土、粉土夹碎块石、碎块石质土。黏土层地基承载力基本容许值[fa0]=0.1~0.2MPa，基岩以泥岩为主，强风化层[fa0]=0.3~0.4MPa，中风化层[fa0]=0.6~0.8MPa。

公路设计等级为双向四车道高速公路，计算行车速度：100km/h。全线大中桥1227.05m/8座，桩基180根，桩径1.3~2.5m，桩基深度15~25m。

2.2 桥梁桩基施工工艺

该项目桥梁桩基采用旋挖成孔方式施工，同时由于西南浅丘地区地形限制，大型机械进出不方便，因此，对于大桩径桩基采用两次成型的方式成孔，避免了大型机械给施工带来的不便。在软基地段和河道内筑岛施工时，桩壁土质较差易塌孔，故采用长护筒护壁，为保证护筒进入基岩，护筒长度须大于泥土覆盖层厚度。图2为桩基施工现场。

图2 桥梁桩基施工

为了进一步深入分析旋挖成孔施工方案的优点，表1为旋挖成孔与人工挖孔和冲击钻孔的施工进度、经济和安全性等对比。从表1中可知，旋挖成孔的工作效率约是人工挖孔的48倍，且其安全系数高，避免了人员下井施工带来的安全隐患，其造价约为人工挖孔的1/2，同时由于在钻进过程中，旋挖钻头对孔壁泥土的挤压形成泥浆护壁，不需单独设置泥浆池，对周边环境不造成影响。

表1 旋挖成孔与人工挖孔、冲击钻孔对比(以直径1.5m桩基为例)

对于干作业和湿作业成孔灌注混凝土均采用水下混凝土的灌注方式，这主要是因为干作业成孔混凝土浇筑施工进度较慢，增加工程成本外，成桩质量受人工振捣因素影响较大；而水下混凝土浇筑效率高，完全采用机械化作业，避免了大量的人工作业，可以保证施工进度、工程质量，同时节约成本。

以直径1.5m，深15m的桩基为例，采用旋挖成孔的方式，桩基为26.51m3，每1m3可节约350元，每根桩基可节省人工费约9000元；施工时间仅需5h，远小于人工挖孔和冲击钻孔的时间。考虑整个项目施工段，共有约180根桩，直径、桩长按1.5m、15m考虑，不考虑其他因素，可至少节省约160万元[3]。

由于施工地区地形的限制，长远距离运输的商用混凝土坍落度较差且不易控制，从而严重影响了混凝土质量，因此不建议选择使用商用混凝土。经过多次试验验证后，提出混凝土配料中的砂选用机制砂掺加20%天然砂的方式，混凝土强度可以满足工程质量要求，这主要是因为完全采用机制砂不能保证混凝土和易性要求，完全选用天然砂会提高工程造价，从而产生巨大的额外费用。根据市场价格，优质天然砂到场价格为195元/t，而普通机制砂到场价格为115元/t。表2为C30水下混凝土的配合比，其中水胶比为43%，砂率为45%，单位体积质量为2404kg/m3。

表2 C30水下混凝土配合比

2.3 桩基质量检验

为了证明上述施工方法的有效性，施工过程中对混凝土的强度进行了检验，同时对工程进行了验收。强度采用立方体试块抗压检测，桩基成桩质量采用超声波透射法检测。

该段项目全线桩基180根，I类桩178根，II类桩2根，II类桩均为商品混凝土浇筑。分析原因为：商品混凝土搅拌站至工点较远，混凝土出厂到浇筑时间较长，坍落度损失造成混凝土和易性变差，导致桩基密实度下降。表3、表4分别为蔡子冲中桥和马溪河大桥的桩基超声波透射法检测结果，其中蔡子冲中桥桩基为干桩，马溪河大桥桩基为水下桩。由检测结果可知，干桩和水下桩的质量完整，均为I类桩。蔡子冲中桥某桩基两截面的波形见图3。