钻孔灌注桩技术在公路桥梁施工中的应用研究

摘 要：公路桥梁建设施工中，对钻孔灌注桩技术的应用提升是行业重点研究项目。为了保证桥梁承载力，文章对钻孔灌注桩相关施工工艺和设计流程展开分析，通过对桩基单桩的桩长、桩径进行改进设计并开展测试实验。实验结果表明，A2最佳桩长、桩径分别为29.987 m和1.399 m，建议值为30 m和1.4 m;B2最佳桩长、桩径分别为21.845 m和1.399 m，建议值为22 m和1.35 m；其最佳试桩体积分别为46.15 m3和31.18 m3，分别减少了3.55%和6.89%。由此说明，文章研究的钻孔灌注桩技术对公路桥梁建设施工中的钻孔桩单桩的承载能力和成本节约都有着较为明显的作用。

关键词：公路桥梁;钻孔灌注桩;桩基;荷载实验;沉降曲线;施工应用;

作者简介：杨凤银（1976—）,女,本科,高级工程师,研究方向：道路桥梁。;

在公路桥梁建设施工中，钻孔灌注桩施工技术具有操作性强、施工简便以及高效等突出优势，能较好地改善施工场地的土体构造，将工程区域地质不稳定、气候变化等外部因素的不利影响降至最低。钻孔灌注桩基础能适应于不同地质条件，抗震能力强，因此成了公路桥梁的主要基础形式[1]。学者姚明鑫围绕高速公路桥梁建设中钻孔灌注桩的泥浆性能与机械效率展开了分析，针对不同条件下的泥浆调配进行研究，对施工过程中由于泥浆各指标不足可能引起的风险进行了研判，为提升高速公路桥梁钻孔灌注桩施工质量提供了借鉴[2]。该文对公路桥梁建设施工中的灌装柱技术应用、施工工艺以及操作流程展开研究并进行了试验测试分析，通过在施工过程中不断测试灌装柱的单桩性能，得出了实际桩径和桩长合理数值，结果表明，钻孔灌注桩技术的应用能够满足公路桥梁的承载力要求，取得了较好的施工效果。

钻孔灌注桩施工技术是指在工程地基上进行钻孔作业，再通过压力将水泥砂浆注入缝隙当中，有效地改善了地基的强度，为公路桥梁工程施工奠定坚实基础。在实际的施工过程中，桩基的作用是将受到的上部荷载传递到地基，由此提高了承受建筑自身荷载的能力，也保证了结构的安全稳定。此次研究针对大直径的钻孔灌装柱的承载特性、稳定性和安全性进行研究，对桥梁施工钻孔灌注桩施工技术展开分析。

钻孔灌注桩施工工艺的具体流程：首先在桩位进行放线、埋设护筒，然后定位桩机并冲击成孔，再对钻孔深度进行测定并处理孔洞，将制作的钢筋笼安装进孔，再安装导管，此时需要对孔进行二次清洗，使冗余的泥浆循环使用后即进行冲击成孔。根据不同的施工过程，有几个要点和原则需要注意。在护筒的外部需要焊接加装加强筋，在挖护筒坑时，需要深入至地下的原土大概25 cm左右，坑深度应大于1.5 m，护筒坑的直径应该大于护筒外径大概50 cm。埋设护筒时，护筒的内直径应大于冲孔桩桩径的15 cm。安装护筒之后，还应该将护筒外壁的三维孔隙用黏土填充紧实。冲孔之前，要科学制定泥浆的配合比，由于采用的是膨润土进行泥浆的制备，要求其塑性指数应大于25 mm，泥沙含量需大于50 kg/m3。为了保证桩机的稳定运行，冲孔过程中应根据施工现场的土质勘察情况，按照实际情况放置枕木，应避开钢护筒。冲孔作业时，采用0.5 m左右的低扬锤进行冲击，适量添加黏土和鹅卵石可以使土体和粒料之间互相碾压，防止孔壁脱落，还应注意孔位和桩位的偏差情况，如有偏差要采用片石等材料回填孔洞[3]。

清孔是冲孔作业中的重要操作流程，施工中应及时清理所产生的残渣，避免重复产生破碎而影响冲孔的效率。在清理残渣过程中，如果存在呈漂浮状态的残渣，则需要进行二次或者多次清理，还应注意检查孔口返浆的比重问题，应观察孔底的沉渣厚度是否符合标准后才能继续施工[4]。钢筋笼的制作安装，要严格按照设计图纸制作，确保钢筋笼的尺寸、外形符合要求，焊接加强筋时应采取双面焊的方式进行，其搭接的长度应大于5 d。钢筋笼吊运过程中要避免变形或损坏，安装后应及时对其进行加固处理，避免发生位移。公路桥梁施工中钻孔灌注桩成孔质量标准如表1所示。

以某公路桥梁工程为例，该桥梁跨越河谷，施工区域地势东南低，西北高，整体地形连接相对平缓。建设施工开始前，首先要对施工场地进行清理，设置泥浆区域、沉淀区域、机械设备放置区域。施工设备主要包括ZK8000冲桩机、吊机、水下导管等，应及时设置防护围栏。其次，要对施工场地进行勘测，设立横向轴线与纵向轴线的标记点，再进行组装桩基和护筒埋设作业。

表1 钻孔灌注桩成孔质量标准数值表 下载原图

护筒内直径应大于冲孔桩桩径15 cm，钢护筒壁厚6～12 mm，高1.5 mm，安装完成后要用黏土进行回填并按压紧实。再采用孔中的土体制备泥浆，合理添加黏土及外加剂，泥浆池容积不得小于单桩孔容积的1.5倍[5]。泥浆性能指标初始配置中，泥浆的相对密度应保持在1.05～1.10 g/cm，黏度为17.0～19.0 s，含沙率小于3%。在冲进过程中，相对密度保持在1.04～1.09 g/cm，黏度为17.0～22.0 s，含沙率小于3%。冲孔作业施工要采用0.4～0.6 m左右的低扬锤进行冲击操作，护筒放入刃腿以下2 m左右，操作中应设置1 m左右的冲程，在黏土层设置2 m的冲程，操作中应适时清洗钻孔头上的泥块[6]。在粉砂层应设置2～3 m的冲程，要加大冲击的频率，泥浆的密度保持在12～15 g/cm左右。在沙土或者鹅卵石层要设置3～4 m的冲程，要及时清理产生的沉渣，泥浆密度应控制在13 g/cm；在塌孔回填的过程中，要采用较小的冲程进行循环反复冲击，泥浆密度控制在13～15 g/cm左右。

采用吊车对钢筋笼实施安装，操作中应采取分段加工、垂直入孔的方式，要控制位置使其受力均匀。焊接时要连接严密，无焊渣出现，要求同一截面的钢筋数量不超过总量的一半，完成后检查连接的紧密性和牢固程度，再检查沉淀层厚度。安装导管过程中，首先要对导管的承受度进行测试，防止爆裂，导管的孔径一般要求在40 cm左右。灌注施工前要清理和检查混凝土搅拌物，灌注施工中要控制灌注的速度和量，要求时长不超过8 h，避免孔壁不稳定而造成塌孔。为了防止桥柱出现缝隙，灌注开始之后不能随意中断，要注意控制高度，导管的埋置深度要控制在2～6 m之间。冲孔过程中，应结合土壤结构并适当调整泥浆比例，以防止孔壁出现不稳定、坍塌或控制孔位置产生偏差等问题。清孔过程中，要控制底部矿渣和浮渣，防止过量矿渣对成桩产生影响。钢筋笼的制作和组装应符合设计和规范，确保钢筋笼的尺寸和垂直度符合必要的标准。浇筑混凝土时，需要适当控制初始灌注量和速度，防止钢筋笼受到损坏和钢筋笼偏移或上浮。在各施工环节，严格遵循施工规范、了解工艺施工要点，确保取得高质量的成果，全面提高公路桥梁的工程综合效益。

为了验证此次研究的钻孔灌注桩施工技术以及桩基础施工效果，开展试桩实验测试，其实验数据来源于某高速公路某大桥的钻孔灌注桩测量记录。通过试桩实验，对不同的桩长和桩径进行和荷载实验，进一步验证钻孔灌注桩施工技术应用于公路桥梁的具体效果，其中适应度结果采用实验数据的相关内容得出。实验分为A、B两组，分别对试桩增加荷载，相关的详细数据如表2所示。

表2 试桩具体信息以及实验加载与卸载设计 下载原图

该次实验过程中选取A2,B2进行方案对比，在原试验方案中计算出A2的桩径值为1.3 m，桩长为36 m，体积为47.85 m3,B2的桩径为1.3 m，桩长为25 m，体积为33.49 m3。此次研究优化的方案得出的结果与之进行对比。

对实验试桩的沉降量进行了相关记录，两组试桩的荷载-沉降曲线如图1。可以看出，A1的最大加载量为22 010 k N，最大沉降量为41.052 mm,A2的最大加载量为23 000 k N，最大沉降量为40.358 mm,B1、B2的最大加载量均为19 000 k N左右，B1的最大沉降量为40.51 mm,B2的最大沉降量为40.975 mm。

该次研究考虑了钻孔灌注桩在施工过程中的各个施工阶段，如图2为选取了A2,B2进行的相关实验，得出A2最佳桩长、桩径分别为1.399 m,29.987 m，建议值为1.4 m、30 m，由此得出最佳试桩体积为46.15 m3，减少的百分比为3.55%。得出B2最佳桩长、桩径分别为1.399 m、21.845 m，建议值为1.35 m、22 m，由此得出最佳试桩体积为31.18 m3，减少的百分比为6.89%。可见优化对混凝土的预算和体积都有减少。

图1 两组试桩的荷载—沉降曲线 下载原图

图2 A2、B2适应度值与桩长桩径 下载原图

为了保证公路桥梁的承载能力，此次研究对施工过程处理和原则进行分析，对灌注过程中的相关施工过程进行探讨，通过测试得出相应的单桩桩长和桩径。实验表明，A2最佳桩长、桩径分别为1.399 m、29.987 m，建议值为1.4 m、30 m，由此得出最佳试桩体积为46.15 m3，减少的百分比为3.55%。B2最佳桩长、桩径分别为1.399 m、21.845 m，建议值为1.35 m、22 m，由此得出最佳试桩体积为31.18 m3，减少的百分比为6.89%。可以看出，此次研究的钻孔灌注桩技术对公路桥梁施工具有良好的效用。在钻孔灌注桩技术具体操作过程中，结合施工现场情况，在确定灌注量及桩身尺寸的基础上，发挥技术优势，从而提高工程质量，既节约混凝土用量，又保证承载能力。但是此次研究仅对公路桥梁的单桩桩长、桩径进行了测试，只考虑了桩身的体积和材料，还需要考量更多的参数如经济成本，所以还有待进一步研究和改进。

[1] 薛振年,田叶青,董亚琴,等.考虑长径比影响的黄土地区钻孔灌注桩桩侧摩阻力取值研究[J].公路交通科技,2022(12):67-74.

[2] 姚明鑫,娄勇,周涛.不同地质下钻孔灌注桩泥浆性能及钻机效率的指标探究[J].公路,2020(6):33-36.

[3] 余地华,田野,赖国梁,等.不同工况倾斜钻孔灌注桩基坑支护施工技术[J].建筑技术,2021(11):1284-1287.

[4] 周浙红,杨晓东,王慧荣,等.基于CEL法的钻孔灌注桩后注浆加固数值模拟及承载力分析[J].地基处理,2023(4):305-311.

[5] 周红套,王建,漆仲刚.深部赋存溶蚀盆地地貌条件旋挖灌注桩施工技术分析[J].工程质量,2023(7):74-77.

[6] 罗涛,鄢科,杨若望,等.深厚软土地区超长钻孔灌注桩桩长优化工艺研究[J].中国高新科技,2023(12):61-62 68.

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