水利工程中钻孔灌注桩施工技术的应用

李 涛

（青州市水利建筑总公司，山东 青州 262500）

0 引言

水利工程的质量直接关乎人们的生产和生活，作为一项重要的基建工程，也受到了广泛关注。施工过程中应该重视钻孔灌注桩施工技术的应用，对其应用的范围和应用的过程等进行全面分析。而钻孔灌注桩施工技术涉及的施工要求较多，应用中如果没有按照相关规范进行施工，将会留下安全隐患，给施工单位带来较大的经济损失[1]。因此，该文对该技术的应用和一些施工细节等进行了分析，为之后开展该技术的应用等提供保障。

1 水利工程中钻孔灌注桩施工技术的优势

钻孔灌注桩主要是指运用机械钻孔，现场浇筑混凝土而形成的圆柱形桩基。现阶段，我国科学技术不断进步，技术水平也得到了提升，钻孔桩的技术和施工工艺都得到了全面的提升。钻孔灌注桩质量也得到了提升，其广泛地应用到工程建设中，尤其是桩基的施工中。钻孔灌注桩的优势主要体现在：1）无论是陆地的工程还是水域工程，都能够适用于钻孔灌注桩，其适用性较强。2）成桩过程中，桩径的尺寸或者桩长的尺寸等，都可以根据实际的工程情况进行调整，提升桩基的承载能力。3）工程桩基施工过程中，钻孔灌注并不需要使用木材，有效降低了施工的成本。4）易于操作，污染少，能够对周边的施工现场起到保护的作用。

2 钻孔灌注桩技术在水利施工中的实例应用

2.1 项目的概况分析

该项目主要以某水利工程为案例进行分析，该项目主要采用泥浆护壁钻孔的施工方法。其工艺流程:场地的平整-制备泥浆-埋设护筒-铺设工作的平台-安装钻机开展定位工作-钻进成孔-对孔进行清除和检查后提升孔的质量-下方钢筋笼-灌注水下混凝土-对护筒拔出去-最后检查质量。该项目主要采用正循环回转钻，其土层主要是粉砂、黏性土和土软岩等，其孔径为800mm～2500mm。孔深为30m～100m。

2.2 钻孔施工

2.2.1 设备和机具的选择

该文根据其地质的情况，钻孔桩主要选用冲击钻成孔施工工艺，使用冲击钻机11台，由于该工程的工期相对紧张，在遇到天气不好的情况时，就会在中途增加2台机具，其中钻机性能的指标如表1所示。

表1 简易冲击钻机的性能指标

2.2.2 冲击钻机成孔工艺

布置机具。机具布置时会根据钻机类型而异，冲击钻机一般都会准备钻架。在埋设护筒后，就能够保证钻机就位，立好钻架，使得吊绳能够与桩孔中心保持在一个垂直线上，其偏差不得大于2cm，并且只要拉好风揽绳就可以进行冲击钻进。其中护筒的埋设如下。材料主要使用钢护筒，其直径为2m，该护筒中还应该留出进出降口，即分别为200mm的浆口和400mm的浆口。护筒的顶端还应该设置专门的吊环，下端设置专门的刃脚。护筒的安装还需要重视对桩的保护，即运用十字交叉的方法，对十字线到桩位附近的4个保护桩进行保护。

护筒埋设的深度主要表现如下。护筒主要采用挖孔埋设方式，旋钻机护筒埋设深度分别为3.5m、4.0m、4.5m，反循环钻机护筒埋设的深度主要是1.5m、1.7m、1.8m。桩位在进行重新复核时应保证钻机就位和桩位恢复，并在其之前进行复核。护筒中心的偏差和桩位中心的偏差应该符合其标准范围；切实保护护筒埋设的稳定性，相关数值进行检查，以保证埋设位置的精准性。钢护筒的倾斜度应该控制在1%以内，其注浆工艺流程图如图1所示。

图1 注浆工艺流程图

2.2.3 泥浆的配制和循环

应用清水护臂：进入钻孔时，钻锥就会对黏土等产生较大冲击，在对其进行搅拌后，使黏土形成泥浆。泥浆的比重应在1.2～1.4。钻进时为了有效控制泥浆的比重，应该适当地投入清水或者黏土等。

反循环工艺的形成：利用泥浆循环净化系统带动钻孔上升，喷射的泥浆上升到孔口后，泥浆泵就会抽出带渣的泥浆，进而对泥浆进行循环和净化[2]。其泥浆各项指标要求如表2所示。

表2 钻孔泥浆的各项指标要求

2.2.4 钻进

在该工程施工中，采用小冲程开孔，低锤密击，锤高控制在0.4m～0.6m，及时加入片石或者黏土泥浆护壁，进而使得孔壁挤压密实或者竖直、圆顺，再发挥出导向作用。孔深达护筒底以下3m～4m后，这样才能加快速度，通过正常冲击，将锤高控制在1.5m～2.0m，冲击的频率在8次/min～10次/min。随时测定泥浆比重，及时加入黏土或者注入清水使得泥浆比重能够符合要求，经常检查钻头转向装置的灵活性，了解钻头的磨损程度，及时对转向装置进行调整，加焊钻头，以防止出现十字孔或者缩孔的情况。

2.3 水下混凝土配合比测试

2.3.1 材料的选择

施工材料主要选用普通硅酸盐类水泥，做好原材控制工作，验证其实际强度等级，即强度最小值控制为42MPa。同时，在使用矿粉时，应尽可能磨细，使得混凝土拌合性能得到有效提升。在制定混凝土规格与矿粉渣规格时，其两者存在较大联系，即混凝土规格小于C50时，矿粉渣规格应选择S95。在选择粗骨细料时，应该做好以下准备：混凝土性能应符合标准要求；选择细骨料时，选择中粗砂；选择粗骨料时，选择连续级配，粗骨料粒径不得超过导管内径的1/4；选用缓凝功能强的碱水剂；选用饮用水进行拌合。

2.3.2 混凝土配合比

水下混凝土配合比设计强度为25MPa，配制的强度主要为33.2MPa，水下混凝土的试配强度须高于混凝土设计强度，并且其强度高于32.8%，其试验结果见表3。

表3 水下混凝土配合比试验

根据试验的结果可知，配合比拟定为370（水泥）∶775（砂）∶321（碎石）∶749（碎石）∶1.850（JM-Ⅱ减水剂），重量比重为1∶2.095∶2.892∶0.5∶0.005。灌注的水下混凝土配合比中加入适量粉煤灰，配合比为水泥（361）∶砂（719）∶碎石5mm～16mm（337）。水灰比为0.54。坍落度的范围值在18mm～22mm，检测混凝土平均的强度，即33.6MPa[3]。

2.3.3 施工工艺

该工程的施工工艺为冲击钻成孔-采用钢筋笼新技术-导管入位-检查灌注混凝土的性能参数-清孔-计算水下灌注量-泥浆灌注。以下对此进行了一一概述。

利用冲击钻成孔，混凝土在进行搅拌时通过在搅拌站进行搅拌，采用净浆裹石工艺，搅拌站中经常使用的搅拌机为2台JS强制式的搅拌机；1台JS1000拌合楼。在运用搅拌车将8m3的混凝土运送到施工现场，然后再将混凝土倒入导管漏斗中。钻孔灌注桩主要利用冲击钻成孔，通过冲击填充天然灌浆保护墙下的水下混凝土桩。冲击完成后，泥浆重力下降至1.1g/cm3时泵孔，黏度需要保持在16Pa·s～17Pa·s，含砂率主要介于1.5%～2%，最后在借助压风机进行清孔，借助高压气体将沉渣吹出孔外之后，提升清孔的效果，如图2所示。

图2 灌注桩清孔做法

采用钢筋笼新技术：①制作钢筋笼时，钢筋笼的主筋接头需要交错，各段接头数量不得超过50%。根据相关设计要求，布置钢筋位置和箍筋位置。当箍筋和主筋相互连接时，箍筋点可以焊接在主筋上。②加强筋位于主钢筋内部，第一个加强筋可以布置在桩顶部，下一道加强筋距离钢筋地面10cm。③中间部分每2m设置一次，不应超过2.5m。④连接主杆和箍筋的电弧焊需要严格控制电流。厚度也需要在规范值内；在成型之后钢筋笼需要进行报备和加强检验。

导管入位：导管主要采用5mm厚的钢板卷制作而成，其直径为250mm，中间每节的长度在2.5m左右，并且最下面的一节长度为3.76m，上面一节的米数在1m左右，主要采用丝扣连接的方式，导管底端的位置距离桩底需控制在35cm～40cm。导管在使用之前进行承压或者水密等试验。

检查好水下混凝土的性能参数：①砼原料。粗骨料主要采用卵石，石子含泥量不得小于2%，这样才能防止出现堵管的情况，使砼的流动性得到提升。②砼初凝的时间。一般砼初凝的时间仅在3h～5h，待到钢筋笼吊放到位后和导管入位之后，需要完成清孔，采用侧身深锤检查清孔，在当清孔彻底后，深桩灌注的时间在5h～7h，需要增加缓凝剂，砼初凝的时间需要大于8h。③选择适合的搅拌方法和搅拌时间，一般加水到出料其时间可以控制在60s～90s[4]。

灌注过程：灌注水下混凝土之前，需要对混凝土灌注量进行计算，当出现清孔比较彻底，清孔后水容重取1.1g/cm3，导管埋深取1.4m，导管离孔底的距离在0.35m～0.4m。灌注混凝土操作技术：导管在与漏斗连接好之后，为了能够将底口的位置封住，需要采用钢板垫，钢板垫也使用钢索紧紧地系住之后，灌注水下混凝土。混凝土灌注的速度需要按照一定的规范和标准，即灌注水下的混凝土时其需要保持较快的速度，这样才能防止出现坍孔或者泥浆发生沉淀的情况。施工人员应该对灌注的时间等进行有效控制，将其控制在合理时间内，即8h为标准。灌注高度为10m左右，这样做的目的就是能够防止混凝土出现较大的流动。表4对灌注的时间进行了分析。

表4 灌注的时间参照

漏斗：在装满混凝土后，冲击钻通过提升钢索，孔口发生返水的情况，导管内部与外部之间形成了隔绝的现象，这样就可以连续地进行混凝土的灌注。灌注时还应该提升测量的水平，在对混凝土灌注进行计算时，测算出混凝土量，比较折算值，通过比值的对比和分析，能够帮助施工人员了解坍孔的风险。导管埋深的深度为2m～6m，在拆6m管时，其时间控制在18min。导管外壁也需要设置羽翼防止出现挂钢筋笼。为了能够使桩顶质量得到提升，其桩顶在设计时，其标高以上需要加灌一定的高度，即在0.8m以上，这样有助于灌注在结束之后及时对桩顶部的浮浆或者沉渣等进行清除，在灌注结束之后，需要对岸上的钻孔桩，在混凝土初凝之前将钢护筒拔出，桩机移位后重新进行开孔和施工。由于该工程的桩位在水中，需要在保证混凝土的强度后，运用切割机对水上部分的钢护筒进行切除。凿桩的长度应该为0.8m，在应用空压机搭配风镐凿桩时，其桩头的混凝土进行测试，保证其密实度符合规范，钢筋外混凝土厚度为10cm，保护层厚度为6cm，包括圆顺的尺寸和外围尺寸等都需要在规范内，预留的搭接钢筋长度为1.4m。

成孔：钻孔过程中应该对两孔的间距进行有效控制，当钻头深入到孔内之后，钻头距离孔底值为5cm～8cm，采用泥浆泵循环进行冲洗，持续冲洗3min～6min。在完成这些工作后，钻头应下沉，如护筒底部达到1m处，需要增强压力和钻机转速，从而形成钻进成孔；提升距离控制在8cm～10cm。浆液应该处于循环清洗状态，在将其时间控制在1min～2min，最后，将残渣进行排除，加接钻杆。待成孔之后，加强对孔的检测，保证水下混凝土符合标准，对泥浆指标的性能等进行检测。清理孔时，主要采用抽浆方法，提升钻孔灌注桩的质量；运用专业的探孔器进行检测，计算好导管埋深的深度后，将最浅距离控制在1m，并于15min内进行灌注处理[5]。

2.4 灌注桩施工技术中的冲孔技术分析

该工程在进行桩基的施工过程需要按照以上的施工操作进行施工，在施工后只出现了很少的成孔事故，如发生掉钻或者护筒漏水、钻孔偏心的情况。现场的施工人员需要及时进行处理。但是该文借助超声波方法对桩基完整性进行检测，结合相应的波形图分析砼离析或者基桩混凝土缺陷位置。以下针对于灌注桩施工技术中的冲孔技术进行了分析和补救。

2.4.1 钻挖结合

护筒直径与施工实际桩径相比，其在15cm～20cm，埋设时还需要沿着四周回填黄土和夯实黄土。这样在确保桩位准确后，使得孔口保持稳定。桩区地下水位应该采用人工风钻打眼的方式，地下水位采用泥浆护壁反循环工艺。

2.4.2 二次成孔

二次成孔时，选择1800mm的钻头，这一方式使得冲孔钻进的效率呈现下降的趋势。并且，很容易发生孔斜的情况，然后在将其改用1500mm的钻头后，在钢筋笼中冲小孔，然后再使用1800mm的钻头冲击扩孔，钻进的效率得到了明显提升，并且钻孔垂直度得到有效保障。

2.4.3 合理地选择好钻进的参数

施工中主要采用沿钻头4个凹部均匀加焊4根168mm×900mm的圆钢，这样做的目的就是提高质量。泥浆密度为1.3 t/m3～1.4 t/m3，黏度保持在23Pa·s～25Pa·s，其冲击的效果良好。

该文在对这些技术要求进行分析后，单桩冲击成孔的时间明显缩短，且成桩的质量较为良好，在检测后，桩位偏差在1.5cm之内。该工程桩基质量的难度相对较大，这就给灌注桩施工带来了较大的难度，因此，在施工过程中，技术人员需要按照操作的要点和规范，提醒施工人员把握重点和难点，定期的检查后，及时发展问题，提升工程施工的质量。

3 结语

随着我国经济的高速发展，越来越多的现代化技术应用到水利工程中，为增强施工质量，保证水利工程项目的安全性起到了重要的作用。该文在对某一水利工程项目中应用的钻孔灌注桩施工技术进行分析后，给予了技术人员更多的参考，在按照相关规范施工后，针对泥浆的配置、混凝土的配比、护筒的安装和新技术的应用等做好各项施工准备工作，从而在施工中不断规范自身的行为，保证水利工程的安全运行，使得水利工程发挥出价值，促进社会的发展和进步。