桥梁钻孔灌注桩施工技术分析

2024-03-20朱元奇

运输经理世界 2024年2期

朱元奇

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

0 引言

近年来，高速铁路建设进程加速，桥梁工程的建设需求也逐渐增加，对桩基技术提出了更高的要求。在这一背景下，桥梁钻孔灌注桩施工技术成为桥梁基础工程领域的研究热点之一，不断提升和创新桥梁钻孔灌注桩施工技术有重要意义。基于此，主要对该技术的具体应用进行分析。

1 影响桥梁钻孔灌注桩施工效果的因素

1.1 人为因素

施工人员的经验、技能水平和执行能力都会影响整个工程的质量和进度。

第一，施工人员的技能水平对桥梁钻孔灌注桩的准确施工有重要影响。操作钻机和灌注桩过程中对施工人员的专业技能有更高的要求，包括准确控制钻孔的深度和直径，以及确保灌注桩混凝土的均匀性。缺乏必要的技能和经验容易导致孔洞偏差、直径不足或混凝土质量不达标，从而影响桩的承载力和整体工程的安全性。第二，在桥梁施工中，团队合作和高度的工作责任心是保证施工效果的关键，如果施工人员缺乏积极性，会造成施工进度缓慢，甚至出现漏项或疏忽，从而影响工程的整体质量。

1.2 设备因素

首先，设备的性能和精度对施工效果有直接影响，桥梁钻孔灌注桩施工需要使用精密的钻机、搅拌设备和泵送设备等，如果设备性能不稳定、精度不高，会影响孔洞尺寸的准确性，甚至影响桩的整体承载能力。其次，设备的维护和保养状况也是影响施工效果的关键因素。设备长时间使用会导致磨损和老化，如果缺乏定期的维护和保养，会引发设备故障，进而导致施工中断和质量问题。最后，需要充分考虑设备的适用性。不同的地质条件和工程要求需要不同类型和规格的设备。如果选用的设备无法适用于具体的施工环境，容易造成效率低下、工程质量不稳定等问题。

1.3 现场施工因素

首先，地质和地下环境的复杂性对现场施工起着决定性作用。不同的地质条件会增加孔洞钻进的难度，如在岩石地质中作业与在软土层中的作业存在差异。其次，现场施工环境的安全性关系到工程能否顺利进行。施工现场涉及的各种危险因素，如吊装作业、设备运转等，都需要谨慎处理，以防止事故发生。最后，现场管理的规范性和协调性也是现场施工因素中需要重点考虑的方面。合理的施工计划、协调的作业流程以及有效的沟通机制，对于确保各个工序之间的衔接、避免施工冲突至关重要。

2 桥梁钻孔灌注桩施工中的常见问题与解决措施

2.1 钻头脱落问题

桥梁钻孔灌注桩施工中，钻头脱落是一个常见且严重的问题，其对工程质量有直接影响。

第一，钻头脱落会导致孔洞的准确性受损。进行桩基施工时，钻头是用于切削地层的重要工具，其稳定性直接关系到孔洞的形状和尺寸。如果钻头脱落，会导致孔洞偏离设计要求，影响桩的垂直度和直径，进而影响桩的承载能力和工程的整体稳定性。

第二，钻头脱落也会影响施工进度。一旦钻头脱落，需要停工进行紧急处理，包括更换损坏的钻头、检查设备的运行状态等，这样的中断会导致施工周期延长，增加工程的成本，且可能导致后续工序协调困难。

为减少钻头脱落发生率，施工前需要进行充分的设备检查和维护，确保钻头与设备的连接牢固可靠。操作人员需要具备丰富的经验和技能，正确操作和监控设备运行状态，以及定期检查钻头的磨损情况。此外，要引入先进的监测技术，如能够实时监测振动和温度的设备，以及早发现钻头脱落的迹象，从而采取及时有效的措施。

2.2 坍孔问题

坍孔指的是进行桩基施工时，地层松软或水土流失等导致孔内土壤发生塌陷或坍塌的现象[1]。在桥梁钻孔灌注桩施工中，坍孔会对工程质量和安全性产生负面影响。

第一，在桥梁基础工程中，孔洞的准确度直接关系到桩的承载能力和整体工程的稳定性，坍孔造成的土体塌陷会使孔壁变形，导致孔洞直径增大，从而影响桩的设计承载能力，不仅会影响桩的工程质量，也可能导致后续灌注桩混凝土浆体漏失，进而对桩的整体性能产生不良影响。

第二，地基坍塌会导致地层沉降，进而影响到桥梁的承载和稳定性，如果地基沉降不受控制，容易造成桥梁结构的不均匀沉降，从而引发桥梁结构的变形、裂缝或失稳。

为防范坍孔问题，需要在施工前进行充分的地质勘查，详细了解地层的特征和地下水情况；采用合适的支护措施，如套管、泥浆循环灌注等对孔洞进行支护，防止土体坍塌；及时排除孔内积水，并采取适当的灌浆措施，提高孔壁的稳定性。

2.3 断桩问题

断桩指的是桩体在施工或使用阶段出现断裂、开裂或者其他形式的结构破坏。此类问题会对工程的稳定性、承载能力和整体安全性产生严重的负面影响。

第一，断桩会导致桩体在设计荷载下失去一部分截面，从而影响其抗弯承载能力，可能引起桥梁结构不均匀沉降，增加结构的变形风险，严重时甚至会造成结构的崩溃。

第二，断桩会对桩体的整体稳定性产生危害。桥梁钻孔灌注桩通常是深埋在地下，作为承载结构的一部分，如果桩体发生断裂，会使桥梁结构整体稳定性受损，增加工程安全隐患。

为了避免断桩问题，需要在施工前进行细致的地质勘查，了解地下情况和地质特征，以选择合适的桩基类型和施工方法。在设计阶段，需要合理确定桩的直径、长度和材料，确保其能够满足设计要求和工程承载需求。在施工过程中，应该加强对桩体的质量监测，防止施工中产生如气泡、杂质等缺陷，以提高桩体的强度和韧性。

3 桥梁钻孔灌注桩施工技术的应用

铁伊项目解放5 号特大桥，桥梁总长度为299.41m，共9 孔31.5m 简支箱梁，钻孔桩桩径1m，最长桩长37m。该桥址范围内主要为人工填土、松软土和多年冻土。

首先，人工填土种植土人为随意性大，均匀性差，多为欠压密土，结构疏松，强度较低，压缩性高，对工程施工有一定影响。其次，场地内分布的松软土为粉质黏土，具体为软塑状，承载力低，压缩变形大。最后，该地区岛状多年冻土属高温极不稳定区多年冻土，极易受到外界环境影响而融沉。

该项目桩基施工采用钻孔灌注桩技术，以有效降低施工过程对土地和周边的影响。在松软土层中进行桩基施工时需要特别注意土层的稳定性和承载力，以确保桩基的安全性和可靠性。

3.1 做好施工前的准备工作

在桥梁钻孔灌注桩施工中，做好施工前的准备工作至关重要，包括对桥梁工程结构情况和承载力的全面分析，以及对桩施工参数的严格规定。

首先，需要进行详尽的结构分析，深入了解桥梁的设计要求、地质条件以及预期的承载压力。通过分析，确定合适的水灰比，因为其直接关系到灌注桩混凝土的强度和耐久性。同时，进行水下施工时，特别关注水灰比控制，以保证混凝土的质量和桩体的稳定性。

其次，施工人员在准备阶段需要仔细进行施工现场勘查，详细了解地质条件、地下水位、周边环境等因素，这有助于制订合理的施工计划，选择适当的施工技术。特别是对于软弱土层地质，需要谨慎评估地层稳定性，从而为后续施工提供可靠的基础数据[2]。

最后，进行钻孔工作前，施工人员需要提前规划和组织好钻孔过程，包括选择合适的钻机设备、设置钻孔参数（如直径和深度）、制订安全操作规程等。

3.2 护筒埋设及泥浆制作

在桥梁钻孔灌注桩施工中，埋设护筒和制备泥浆是至关重要的步骤，对于确保桩孔的稳定和灌注桩质量有关键作用。埋设护筒是为了防止孔壁塌方，确保桩孔的形状和尺寸符合要求，提高施工效率。为此，要根据桥梁设计要求，确定合适的护筒直径和长度。在施工现场根据设计要求进行准确布置，确保护筒的位置和方向与设计一致。埋设护筒时，需注意防止护筒偏斜或变形，以保证后续工序的正常进行。

在桥梁钻孔灌注桩施工中，泥浆制作是一个复杂且关键的步骤，其关系到施工能否顺利进行和工程质量的稳定性。首先，泥浆的主要成分包括优质膨润土，宜添加纯碱、CMC、重晶石以及防渗剂等能够改善泥浆性能的添加剂。其次，泥浆的配比非常关键，需要根据地层特征、工程要求和设计规范进行调整，泥浆性能指标如表1 所示。再次，搅拌的充分性对泥浆的均匀性和稳定性有重要影响，通常采用专业搅拌设备来确保各成分均匀混合，搅拌的时间和速度也需要根据泥浆成分和施工要求合理控制。最后，要注意泥浆的质量监测。通过取样、试验室检测等手段，检测泥浆的流变性、黏度、密度等性能指标，以确保泥浆符合设计要求[3]。此外，要及时调整泥浆配比，以适应地层和施工环境的变化。

表1 泥浆性能指标

3.3 钻孔与清理工作

桥梁钻孔灌注桩施工中的钻孔和清理工作关系到孔洞的准确度、土层的稳定性以及后续灌注桩的质量。

钻孔过程：选择合适的钻机设备，其规格和性能应根据桥梁工程的要求和地质情况来确定。在进行钻孔前，应根据设计深度和直径来设置钻孔参数，如转速、进给速度等。施工人员应仔细核对钻机设备的运转状态，确保各项参数的准确性。进行孔洞钻进时，需要持续监测孔深、孔径，以确保施工符合设计要求。特别是在软弱土层中，钻进过程中要及时处理地层塌方问题，并采取合适的支护措施，保持孔洞的稳定性。

清理工作：钻孔完成后，进行清理工作是保障后续灌注桩质量的关键步骤。第一，使用吹扫和抽水设备对孔洞进行清理，清除孔底的泥浆、岩屑等杂物。第二，根据需要进行孔底的清底工作，确保孔底的土质符合设计要求。在清理过程中需要注意保持孔洞的垂直度和直径，避免过度清理导致孔洞尺寸超标。清理过程中还要防止水土流失，以免影响孔壁的稳定性[4]。

清理设备和安全措施：清理工作完成后，需要对清理设备进行维护和检查，确保下一次施工时设备正常运转。此外，施工现场的安全措施不可忽视，要保证作业人员戴好防护装备，设置合适的警示标识，并对施工现场可能发生的安全风险做好防范工作。