浅析混凝土钻孔灌注桩技术在南水北调工程河南段中的应用

周海滨

（河南水利与环境职业学院，河南　郑州　450000）

浅析混凝土钻孔灌注桩技术在南水北调工程河南段中的应用

周海滨

（河南水利与环境职业学院，河南郑州450000）

南水北调工程是惠及我国人民的一项重大事件，其中河南段又对整个工程质量及效果会造成巨大的影响，基于此笔者浅析混凝土钻孔灌注桩技术在南水北调工程河南段中的应用，首先介绍了南水北调工程河南段工程总体概况，之后分析了混凝土钻孔灌注桩技术技术要点，接着结合河南段工程施工实际，对工程实际开展中遇见的问题进行归纳并针对每项工程提出了解决办法，最后对全文进行总结。

南水北调工程河南段；混凝土钻孔灌注桩技术；施工；解决办法

在统筹考虑21世纪我国社会经济的发展需求，并统筹考虑全面协调实现人与自然之间可持续发展的需求，我国政府做出建设南水北调工程的战略决策，这一战略性基础设施对我国水资源配置有着巨大的优化作用和意义。一旦南水北调工程投入使用，将有效缓解我国北方地区所面临的水资源短缺的现状，大大加快经济结构战略性调整的步伐，有利于生态环境的改善、和谐社会的构建以及全面建设小康社会目标的实现。

南水北调总长达1277公里的中线一期工程多半位于河南境内，蔓延长度达730多公里。作为南水北调中线工程的水源提供地，河南省同时也是中线工程最大的受水区。由于占据着最长的干线长度和最多的投资、拥有着最复杂的工程地质因素、担负着最重的征地和安置移民任务，河南省在中线工程所涉及的各省份中最为突出，对建设南水北调一线工程起着至关重要的作用。

1　南水北调河南段工程概况

2005年南水北调中线工程正式投入建设，中央国务院给予了精心指导，各级有关部门也给予了大力支持，在工程沿线省份人民的积极配合以及各个参与建设单位的协调合作下，以省委和省政府为领头人，以服从国家大局为前提，以加快河南发展为动力，以实现群众利益为原则，以“三种精神”战天斗地的红旗渠精神，锲而不舍的愚公移山精神，鞠躬尽瘁的焦裕禄精神）为榜样，以“五个工程”（一流工程、廉政工程、生态工程、利民工程、和谐工程）和“三个一流”（建设一流工程，提供一流服务，营造一流环境）为目标，河南省始终秉承科学发展观的指导理念，逐步营造了和谐的社会政治氛围、为工程的建设提供了良好的环境，有利于工程建设的顺利进行以及快速有序的征地移民工作的展开。

经国务院南水北调工程建委会与省委、省政府统一部署，河南省切实遵循“2013年主体完工，2014年汛后通水”这个整体建设目标，以干线的工程建设为中心展开行动，调动河南省所有的社会力量，通过创新机制、科学统筹和强化监督等方式和手段，彻底解决了如何处理膨胀土、高达二十米的高填方段、如何在煤矿采空区穿越等诸多连土木界都束手难策的重大技术难题，创造了首次穿越沉积河床的穿黄工程、被誉为亚洲第一顶的平顶山西暗渠双层涵洞顶进工程、整体规模占据世界首位的沙河渡槽等多个工程界的重大奇迹。近十年艰苦卓越的奋斗，历经从2005年9月启动的穿黄工程到今天近十年艰苦卓越的奋斗，河南省在2013年12月25日实现了建设干线主体工程的竣工，完成国务院南水北调工程建委会预期的建设目标，在建设南水北调工程上获得了关键性的胜利。自2014开始，河南省开始着眼于建设总干渠管理设施、安装35千伏永久供电线路、安装调试金结机电及道路的运行维护等一系列占据附属地位的项目，并已全面实现完工，符合通水验收规则并达通水条件设计单元工程有36个。成功完成了5.2亿立方米土石方的开挖，2.1亿立方米土石方的填筑，1872万立方米混凝土的浇筑，479亿元的施工投资。

2014年6月5日，河南省黄河北总干渠进行充水试验，最深水位接近7米；7月3日，南总干渠开展充水试验，在9 月20日16点，完成向平顶山应急调水，南总干渠充水试验全面展开。陶岔渠首最高下泄流量每秒可达100立方米，9月21 日23点30分，丹江水头成功流入郑州界内，前期一系列充水试验结果表明，南水北调中线工程质量达标，目前已正式通水。

2　混凝土钻孔灌注桩技术要点

2.1钻孔灌注桩施工中钻机对位的技术要点

钻机必须在钻孔的一侧安装稳定，其支撑垫木要和孔口的钢护筒壁保持一定的缝隙。水电供应实现接通时，配套钻头及应对钻孔事故配套机具的选择必须与所需钻孔的底层相适宜。及时对钻机进行调节，在滑轮组被钻机起吊的前提下，以保证钻头、桩孔和护筒三个中心点位于同一条铅垂线上的原则进行调整，把钻机与扒杆缆风绳固定结实，使钻机在使用过程中既稳固又稳定。

2.2钻孔灌注桩施工中钻进成孔的技术要点

2.2.1保持钻具的稳定

在钻孔灌注桩施工中，不可碰触到护筒，应对锤头和耐磨牙块及时进行修理和更新，锤头投入数目的增加，可增加有效冲击次数。

2.2.2注意孔内水压差

必须保证检查的随时跟进，及时发现并调整不符合要求的各项指标，可有效防止流沙的出现，并防止因泥浆浓度过高或过低引起的影响施工及塌孔的情况出现。

2.2.3及时填写钻孔施工记录

钻孔灌注桩施工过程中应当及时做好相关数据的记录工作，依据钻进程度、速度和对泥浆取样的分析为基础，进一步判断底层的变化情况。

2.3钻孔灌注桩施工中的钻孔检查要点

第一，需通过测绳进行测量，在钻进将要到达设计标高时，做好相应记录（钻孔施工人员应严格控制孔深，不得用超钻代替钻渣沉淀，更不能少钻），递交项目质检员进行检测，待合格后，再递交甲方检测工程师进行检查和验收。

第二，成孔孔径必须大于设计直径，保证倾斜度小于一个百分点（检孔规用φ22 钢筋笼制成，外径与设计桩径相等，长度为4-6m），采用合乎规定长度的检孔规进行上下两次检查来判断合格情况，清孔工作必须待合格结果出来后方可进行。

第三，在终孔后，首次采用掏渣筒完成清孔；在安好钢筋笼后开展第二次清孔，才能更好掌握沉渣厚度标准。不管哪次清孔完成后都要进行一次沉渣厚度的测量，以期符合设计要求，同时做好实测数据的记录工作。

2.4钻孔灌注桩施工中技术要点

2.4.1钢筋笼骨架的连接

第一，双面搭接焊主要用于主筋和主筋之间以及位于加强筋之上的两个端头上，双面四焊点点焊主要用于主筋与加强筋之间，钢丝全绑扎主要用于主筋与螺旋绕筋之间，单面搭接焊法主要用于主筋在井口接笼。第二，沿纵向，每间隔两到四米的距离，在钢筋笼四周配置混凝土保护层，其使用的形式是混凝土垫圈和箍筋之间进行连接。

2.4.2混凝土的灌注

第一，集中搅拌和泵送混凝土输送形式适用水下混凝土浇筑。采用砼运输车来运输较远位置的桩基砼。第二，在导管与漏斗之间安装阀门，保证在灌注水下混凝土的过程不出现中断，保证其连续性。第三，为保证混凝土的配合比拌制符合设计的要求，就需要身临现场的计量工人进行严格的计量，同时依照规范要求的频率，对混凝土的坍落度、和易性等指标进行全方面的检查，以防止进入漏斗灌注的混凝土不合格。第四，需向施工者交底，以确保桩顶砼强度达到设计要求。彻底完成浇筑后，采用掏渣桶将顶部的桩头砼掏出，清理完后，要保证砼顶面比桩顶标高高0.5m；启动墩身施工后，再对这高出的0.5m进行凿毛接顺工作。第五，桩基低应变超声波无破损检测率要求达到100%，一旦出现检验不合格的桩基，下面的施工将无从开始。

3　南水北调工程河南段施工过程中面临的问题

孔壁出现坍陷、缩径、钻孔偏斜、断桩、钢筋笼发生“上浮”、“烂桩头”等是南水北调工程进行灌注桩施工经常发生的不良状况。在分析产生这些状况的原因的基础上，给出了一些相应的防治方法。依照南水北调工程中的实际施工情况，剖析了其中常见的主要的质量通病，给出相应的防治办法。

3.1孔壁坍陷

一旦在钻进过程中，看到排出的泥浆不停产生气泡，或者泥浆突然性的漏失现象，就预示着孔壁可能出现坍陷情况。

土质不够紧密，泥浆护壁较差，没有使用粘土紧密填封护筒周围，护筒内水位过低，钻进过程中速度太快、空钻、孔成后待灌和灌注等时间太长都会造成孔壁坍陷。

我们可通过以下方法对孔壁坍陷进行预防和治理：第一，掩埋护筒的深度必须适当，并在其四周用粘土密实填封。这样的护筒可以防止出现孔壁坍塌，并对地表水有隔离效果，而且对孔口所处的地面、固定桩孔的位置及钻头的导向作用都有保护效果。第二，孔内泥浆配合比应有所提高，保证并一直维持护筒内的泥浆水位比地下水位高1.0m以上，以实现孔内静水压力的增加。第三，钢筋笼的沉放时间应有所减短，保证和孔位绝对对准进行安装，防止碰撞到孔壁。灌注混凝土应该及时不拖拉，保证成孔后3小时以内完成混凝土的灌注。

3.2缩径

0～3岁是人生理发育的快速时期，也是心理发育的快速时期。人从生物人变成社会人与心理的快速发育有重要关系，而3岁前的发育又与人的一生有重要关系，是成长非常关键的奠基时期。

淤泥质粘土是南水北调工程的主要土质，具有流塑性和易膨胀性，之所以会产生缩径主要在于不够厚的保护层，由于失水造成孔壁失去稳定性并出现坍塌和因遇水膨胀的塑性土出现坍塌。

我们可通过以下方法对缩径进行预防和治理：第一，进行钻进参数的选择及泥浆比重调整，必须以不同的土层为基础，钻机泥浆比重在淤泥层中应当及时从1.2左右调整到1.3左右，以保障泥浆维持孔壁的平衡性。第二，进行钻孔时，泵量相应增加，成孔速度相应加快，提高泥浆的质量，使净水压力相应增加，同时孔壁上应有泥皮出现，孔内外渗流得到阻隔，从而防止孔壁出现渗水而引发膨胀。但既已发生的缩径，应该上下反复扫孔，使孔径进一步扩大。

3.3钻孔偏斜

由于施工地面的土质是滩涂的淤泥，软硬不够均匀，以及施工过程中，钻机安装的不够稳固或是钻杆出现弯曲是造成钻孔偏斜的主要原因。

我们可通过以下方法对钻孔偏斜进行预防和治理：第一，场地必须牢固，平整，并以轨道枕木作为铺设。第二，在对钻机进行安装时，必须遵循转盘中心和钻加上起吊滑轮位于同一轴线上的原则，保证钻杆位置的偏差小于20厘米。相应配备安装导正装置，一旦出现钻孔偏斜，应抬高钻头，从上之下反复进行扫钻，可去除其中的硬土。

3.4断桩

工程中出现断桩的形式可分为以下五种：

（1）灌注过程中，出现堵塞混凝土导管情况，而且未能得到及时处理；

（2）出现导管内进水情况，但未能及时作出良好解决，泥浆渣土夹在了灌注桩的截面上；

（3）因混凝土的拌合物出现离析而导致桩身发生断裂；

（4）过长的灌注时间，导致第一批混凝土处于初凝状态，但其后灌注的混凝土突破顶层和泥浆混为一体；

（5）灌注混凝土的过程中，提升导管时幅度偏大，致使混凝土从导管底部流出浇筑了液面，进一步使截面出现泥浆夹层。

我们可通过以下方法对断桩进行预防和治理：第一，做好开罐的所有前提工作，为的是保证混凝土灌注进程的连续性和紧凑性。进行砼的级配和搅拌时，在砼的和易性、水灰比例、坍落度和初凝时间都必须符合设计和规范的要求。灌注时所使用的导管必须平直，保证光滑且不漏水的内壁。位于导管最下端的导管长度要稍长，基本有4米，法兰盘不得出现在其底端。第二，导管掩埋的深度和拔管的幅度和速度都应得到确切掌握，导管埋入混凝土的深度不能过大或过小。在拔除导管时，要以精确的计算数据为前提，掌握好拔管后砼的埋深，同时对混凝土浇灌的深度进行实时测量，以防止拔空导管的情况出现。在到达桩顶的位置时，提升导管的幅度必须相应降低。第三，成孔时，对泥浆密度和空地沉淤要有确切掌握，保证首次清孔工作就使泥块得到完全清除。

4　结束语

南水北调中线工程中，由于灌注桩技术的快速发展及技术水平的不断提高，在施工过程中的应用范围更为广泛，其中的新技术也愈加凸显。灌注桩的质量与整体工程的关系越来越紧密，因而也要求施工人员的技术水平必须得到相应提高。不断加深对关键环节的掌控程度，以保证南水北调工程整体质量更高层次的提高，是对我国水利建设工作人员提出的新要求。

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周海滨（1957.8-），男，高级讲师，研究方向：水利工程施工及建筑工程施工。

U446.2

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1003-5168（2015）11-042-02