气举反循环成槽法在汾河二坝拦河闸改造项目板桩施工中的应用

李润清

(山西省水利建筑工程局，太原 030006)



气举反循环成槽法在汾河二坝拦河闸改造项目板桩施工中的应用

李润清

推广应用

(山西省水利建筑工程局，太原 030006)

地下混凝土板桩是一项质量要求严格,施工工序繁多,并且需要在较短的时间内不间断完成一个墙段的地下隐蔽工程，文章结合汾河二坝拦河闸改造施工现场的实际情况，对成功运用气举反循环法成槽工艺施工地下混凝土板桩的经验进行总结，发现不足，提高水平，改善工艺，以便指导今后类似工程的施工，提高工程质量，加快工程进度。

气举反循环；成槽；钢筋混凝土板桩；工艺特点；施工方法

0 引 言

汾河二坝拦河闸是一座以灌溉为主的大(2)型水闸工程。该闸建于20世纪60年代末，目前工程整体老化、年久失修，损坏十分严重，防洪安全隐患问题突出。本次改造的主要内容由旧闸加固改造、新扩建4孔水闸等组成。新扩建水闸的地基处理是工程的关键任务，本工程新增4孔水闸地基处理设计为碎石桩。鉴于汾河河道地质条件的特殊性，钢筋混凝土板桩施工成为了难点，而地下混凝土板桩的关键在于成槽，经过研究讨论、现场试验以及施工经验，决定采用气举反循环法作为成槽工艺，该成槽工艺与以往抓斗成槽、冲击钻成槽、及回转式成槽技术相比即保证了工程质量，又降低了施工成本，还缩短了工期[1]。

1 工艺特点及适用范围

1.1 工艺特点

近几年气举反循环法成槽工艺日渐普及，与以往抓斗成槽、冲击钻成槽及回转式成槽技术相比，该施工工艺有以下特点：

1)集成槽、制浆、清渣、洗槽于一体，成槽工效高，成本低，效益较显著。

2)设备简单轻巧，行走灵活方便。能保证成槽的垂直度且设备对槽壁的扰动少，扩孔系数较小，完成的槽壁光滑而且稳定，可顺利地吊放钢筋笼，混凝土超量少[2]。

1.2 适用范围

适用于软黏土、粉质黏土、粉砂及小颗粒砂砾层等地质条件。特别在周边建筑物密集、施工场地狭窄，或邻近重要建筑物处皆能安全而高效率地进行施工，或在河道、山区、码头等地形比较险峻的地方更能体现出它的优点。本工程的地下混凝土板桩施工地处河道、地质条件复杂、紧邻旧闸、施工场地狭小，采用气举反循环法成槽工艺不失为一种很好的选择[3]。

2 主要施工方法

2.1 施工准备

1)根据施工需要，投入的成槽、灌注等机具设备必须经过调试且处于完好状态。

2)工程开工前，施工技术人员必须认真熟悉图纸，进行图纸会审和工程技术交底，认真作好施工组织设计。

3)成槽前应先进行导墙施工，导墙开挖用机械开挖，人工修边，导墙混凝土为C30。

4)废弃泥浆需用污泥泵抽排到施工现场外，污泥泵抽排能力需满足正常施工需要。

2.2 施工原理

1)工艺：采用导管气举反循环钻机成槽工艺，该法又称“气举反循环”法[4]。

2)工艺流程及现场施工图如图1～图3所示：

图1 地下混凝土板桩施工流程图

图2 成槽示意图

图3 成槽施工图

2.3 施工顺序

根据本工程的规模及进度要求，投入1台成槽机进行施工，槽段划分控制在5～6m，槽段过长对混凝土接头连接不密实，易出现夹渣渗水现象。具体施工顺序如图4所示：

图4 成槽施工顺序图

3 质量控制

3.1 关键过程质量控制

3.1.1 成槽控制

1)为了确保槽壁稳定，在成槽过程中槽内的泥浆液面距离槽口顶面高度<30cm。

2)轨道铺设应平整，以确保成槽、成孔台车的稳定性、垂直度。轨道用24/m轻轨，距地下混凝土板桩中心线两边1.25m铺设两道，轨道安装质量标准见表1，导墙及轨道安装如图5所示。

表1 轨道安装质量标准

图5 导墙及轨道安装示意图

3)成槽、成孔结束后应进行清底置换泥浆工作，清底置换泥浆应认真彻底，必要时须进行二次清槽，置换后的泥浆比重应1.1～1.2。

4)槽底沉渣清除工作非常关键，在泥浆置换的同时，应利用喷导管沿槽底往返移动，将沉积在槽底的沉渣喷出，清槽工作结束后槽底沉渣应≤10cm。

3.1.2 钢筋笼制作安放、检验控制

1)施工所用钢材进场必须附有产品合格证及检验报告，钢材进场后并需复检，待试验结果合格后方可使用该批钢材[5]。

2)钢筋笼水平筋采用闪光对焊接头，主筋采用双面搭接焊连接，当接头数量达到规范送检要求时，及时将连接件送试验中心做抗拉、抗弯试验，待试验结果合格后，该批对焊及锥螺纹连接钢筋方可用于钢筋笼制作。

3)焊接接头应进行外观检查，外观检查应符合相关规范的质量标准。

4)钢筋骨架和网片的交叉部位采用点焊形式，焊接过程中不得出现咬肉现象，焊渣、焊瘤应清除干净。

5)钢筋笼制作完成验收合格后开始安放，安放过程中必须竖直，下放速度要缓慢，以免擦伤已经成型的槽壁，并严禁冲放钢筋笼，以免使钢筋笼变形[6]。

3.1.3 混凝土灌注

1)混凝土所用水泥、砂、石，必须送检，经试验合格后方可使用。

2)和易性、流动性是浇注水下混凝土的关键，混凝土坍落度控制在18～22cm。

3)混凝土应具有良好的流动性、和易性，砂率≥40%，扩散度在36～42cm，混凝土初凝时间应控制在4h左右。

4)混凝土灌注过程中保持连续灌注且混凝土面均匀上升，混凝土灌注过程中工程技术人员应经常用测绳检测灰面上升速度，通过计算(导管长度减混凝土面高度)确保埋管深度控制在1～6m。

3.1.4 锁口管安放及拔出

1)锁口管制作采用10mm壁厚、直径800mm螺旋钢管制作，长度14m。

2)锁口管安放时应垂直，本工程的锁口管分两节安装，采用插隼式连接[7]。

3)起拔锁口管应严格控制时间，第一次拔动时间是在混凝土灌注两小时后拔动，第一次拔出锁口管的长度为10～20cm，第一次拔锁口管时间过早，会使混凝土流到锁口管内，时间过晚，锁口管不宜拨出，锁口管有可能被埋在混凝土内，第一次拔动锁口管后，每各20分钟拔动一次锁口管，每次拨出锁扣管长度不宜过长，应控制在20cm左右，直至锁口管全部拔出。

3.2 特殊过程质量控制

3.2.1 施工泥浆

1)根据地质情况，该工程部位主要由粉土、砂土、粉质黏土组成，泥浆可用原土造浆法制造泥浆，所制泥浆质量标准如表2所示：

表2 泥浆质量标准

2)泥浆应满足成槽施工需要，比重控制在1.1～1.2。

3)现场应准备红土及水泥，配制高比重泥浆，防止在成槽过程中遇见流砂，如果出现流砂现象，应立即注入高比重泥浆，通过加大静水压力，防止因流砂塌槽现象。

3.2.2 地下混凝土板桩成槽

成槽施工是地下混凝土板桩施工的关键工序，成槽好坏将直接影响混凝土板桩的施工质量，所以，在施工过程中应严格控制各道工序。

1)轨道铺设：轨道铺设应严格控制，必须采用仪器定位、找平，只有保证轨道铺设的平整度，才能满足成槽台车的稳定和槽壁的垂直度。

2)成槽后的槽深和槽宽等均应满足规范要求，具体如表3所示。

表3 成槽质量标准

3)在施工过程中应当对钻头、钻具磨损情况仔细复核，如磨损严重或损伤应及时更换。

4)成槽过程中泥浆应该回收利用，通过渣斗沉淀后泥浆重复使用，待渣斗内装满沉淀泥渣后，应运往指定地点倾倒。

5)成槽完成后要及时清底置换泥浆，利用气举反循环法将槽底浆渣混合物由喷导管喷出，清孔换浆结束后槽内泥浆比重1.2～1.3之间，槽底沉淀物厚度需满足设计及规范要求。

6)如遇到局部塌槽现象，应将泥浆的比重调大，从而使得静水压力增加，防止塌槽现象扩大；如果严重塌槽应采取回填黏土或土拌水泥，静置一段时间后再重新成槽。

3.2.3 钢筋笼制作与安放

1)钢筋笼现场制作。根据施工图纸要求下料、成型，水平筋采用闪光对焊，主筋采用双面搭接焊连接。制作前应先进行场地平整。

2)钢筋笼上应焊有足量的保护板，保护板应采用5mm厚的钢板,布设间距为水平0.8m，竖向1.8m。

3)钢筋笼制作过程中主筋与箍筋的间距控制应满足规范要求。

4)箍筋与主筋采用点焊连接，钢筋焊接质量必须满足施工规范要求。

5)本工程的钢筋笼长约9m，在运输及起吊过程易产生扭曲变形，所以钢筋笼应有足够的刚度，为避免在运输和起吊过程中发生不可恢复变形，钢筋笼采用吊车多点起吊，待钢筋笼完全竖直后再缓缓安放入槽。

6)钢筋笼安放入槽过程中为了避免擦伤槽壁，应徐徐下放，并保持钢筋笼竖直向下，安放过程中严禁强行下放钢筋笼。

3.2.4 混凝土拌制及灌注

1)灌注混凝土采用直升双导管法，根据钢筋笼的排间距，选择导管内径为φ250mm，为便于拆装导管以及确保连接牢固，导管接口采用丝扣连接。

2)导管底部距孔底的距离应≤25cm，切记应向管内放入排水胆。

3)混凝土灌注必须连续均匀，槽内混凝土面上升速度不宜过快，应控制在≥2m/h。混凝土板桩灌注顶高程应比设计高出50cm以上，以保证凿除混凝土板桩顶部浮浆后，墙顶混凝土质量仍然能够达到设计要求[8]。

4 经验与建议

1)在新回填区及易塌方地段，为确保槽壁稳定，泥浆比重适当增大，以防踏孔导致浇筑混凝土板桩的工程量加大。

2)由于每个水利工程都有它自身的特殊性，本工程位于河道上，砂层较厚，为防止砂子沉淀过快，导致槽壁塌方，混凝土浇注前应适当增大泥浆比重。

3)锁口管起拔时为防止拔管过程中出现机械故障，在拔管架安放前应对其机械性能进行检查。

5 结 论

气举反循环法成槽工艺浇筑混凝土板桩的工效高，在砂层较厚的河道上，具有质量有保障、施工成本低、墙体整体性能好等特点，槽段接头无夹泥现象，防渗效果十分理想。经对比分析并结合以往的施工经验，采用气举反循环法成槽比传统抓斗成槽、冲击钻成槽等技术降低成本35%，工期缩短约20%，具有明显的经济效益和社会效益。

[1]徐琛琛.堤坝除险加固的整浇切割混凝土面板护坡研究[D].长沙：长沙理工大学,2012.

[2]晁新秀.挡土墙和抗滑桩在边坡防护措施中的应用研究[D].济南：山东大学,2013.

[3]范红英.黄土边坡剥落病害机理及防治技术研究[D].西安：长安大学,2012.

[4]秦卫星,刘剑锋,徐琛琛.整浇切割混凝土面板堤坝护坡技术及应用[J].施工技术,2013(21):44-46.

[5]张志.浅谈水利工程混凝土施工的质量控制[J].水利技术监督，2015(05)：25-27.

[6]杨洋.水利工程施工现场危险源管理研究[J].水利规划与设计，2015(07):64-67.

[7]郑长海，陈友山，张样敏，关海龙.大坝混凝土护坡现浇施工新工艺[J].水利天地，2001(05)：39-40.

[8]曾国熙，等.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1996：66-68.

2016-09-02

李润清(1975-)，男，山西大同人，助理工程师，从事水利水电工程施工、管理等工作。

1007-7596(2016)09-0090-04

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