水利工程钻孔灌注桩及桩基混凝土浇筑施工工艺探析

宋 哲

(新疆伊犁河流域开发建设管理局,新疆 乌鲁木齐 830000)

0 引言

随着水利工程建设的不断发展，地基处理使用钻孔灌注桩技术越来越广泛。钻孔灌注桩是采用导管法灌注水下混凝土施工方法，钻孔、灌注混凝土都是在水下作业，工程质量只能通过严谨的过程控制和后期的仪器检测来查验。因而对施工人员的操作熟练度、工艺水平都有很高的要求。如何能有效地避免掉钻、断桩等现象,杜绝混凝土夹碴、不均匀的质量弊病,发生质量问题后如何正确处理等是行业内一直在研究而又未能彻底解决的问题,因此必须要正确掌握钻孔灌注桩各工序施工工艺。

1 钻孔灌注桩施工前准备

1.1 施工场地平整

首先用机械平整场地，消除杂物，夯填细土，以防钻机在钻进过程中发生沉降，同时对施工用水、泥浆池位置做统一的规划部署。测量工程师编写桩基测量放样方案经监理工程师签认，经实地放样与监理工程师复检后才可开始埋设护筒。

1.2 机械及材料保障

根据拟定的施工进度计划，准备充足的合格原材料，调试好机械设备。

1.3 开展试验，确定各项指标

混凝土的配合比、坍落度、强度、和易性及凝固时间等指标及钻进速度、提钻速度等指标都需试验来获得；同时通过试验获取最佳灌注时间、灌注速度和安放钢筋笼工序结合时间等。

2 钻孔灌注桩施工工艺流程

钻孔灌注桩施工工艺流程见图1。

2.1 测量放样及埋设桩位

2.1.1休整施工便道及墩中线定位

工程施工前应先行休整施工便道，要求必须能确保施工所用机具的顺利运转，且保证钻机在施工中的稳定性。便道休整完成后需根据经导线复测闭合后的导线点及水准点开始墩中线定位工作，定位时必须保证墩中线在轴线方向上的位置中，误差控制在±15 cm之内，成排成列放样。

2.1.2桩位控制点的布设

桩位用沿桩中心呈“十”字型引出八个桩位点控制，作为单桩护桩，单桩护桩采用3 cm×3 cm木桩，桩顶钉钉，高度80 cm，埋入地下45 cm，并用砂浆保护(见图2)。

2.1.3护桩的复核

现场技术员需每天对桩位护桩复核一次，经检查无误后报请监理复核，监理工程师复核无误后进行护筒埋设。

2.2 钻孔

2.2.1埋设护筒

护筒需在顶部焊加强筋和吊耳，护筒高度应高出地面0.3 m，内径应比桩径大200 mm。护筒埋设深度根据设计给定指标，采用挖坑埋设的方式，要求用粘质土填充护筒底部和周围的空隙，填充时要分层夯实，必须达到护筒底口处无漏浆的情况发生。护筒顶部要求高出地面30 cm，埋设时要求护筒保持垂直，位置要精确，护筒中心垂直线必须与事先放样的桩中心线重合(水平面允许误差50 mm之内，垂直线倾斜小于1%)，钻进过程中要定时检查是否发生下沉和偏移的状况，如存在需及时纠偏。

2.2.2钻机保持稳定

钻机在既定位置安装完成后，需保证钻机的导向架与桩位中心准确对应，并且利于开展护桩的复核工作。钻机的稳定性是保证钻孔桩倾斜度的重要控制要素，故钻机底座必须稳定。

2.2.3泥浆指标确定与泥浆制备

钻孔前需根据设计给定的参数开展泥浆各项参数的试验工作，如泥浆的相对密度、粘度、含砂率、胶体率及失水率等参数，以保证钻孔的成孔质量，同时能够在钻孔完成时保证施工场地的干净(见表1)。

表1 泥浆性能指标

2.2.4钻孔钻进过程控制

钻孔施工必须保证能够连续作业，施工记录必须认真详细钻进过程中的各项参数指标，钻孔所用泥浆需定期进行试验检测，指标异常需及时修正，在钻孔钻进过程中，要采取措施以确保泥浆的损失量在可控范围内，始终保持200 cm左右水头，有效防止埋掉钻头、孔壁坍塌等现象的发生。在钻进过程中应专人记录钻机仪表，如仪表数值显示度有变化，应及时调整。同时过程中应注意排除钻渣并添加粘土造浆。钻头升降时需平稳，防止碰撞护筒、孔壁和钩挂护筒底部。钻孔达到设计要求后，使用检孔器检测满足要求并经监理单位审查合格后方可转入下道工序。如因特殊原因停钻时，钻头严禁留在孔内，必须提钻处理，孔口加盖防护。

2.3 水泥搅拌桩技术的参数设计

施工过程中水泥搅拌桩掺入比应大于17%，配合比设计时要求强度必须达到7 d无侧限抗压强度的要求，同时保证qu>0.73 MPa，在28 d无侧限抗压强度的要求下，应满足qu>1.25 MPa，90 d时满足qu≥1.69 MPa。现场的检验中使28 d取芯强度满足R28>1.28 MPa，90 d取芯强度满足R90≥1.69 MPa，并保证单桩承受力大于80 kN，复合地基满足大于150 kN的要求。

3 水泥搅拌桩技术的施工控制

3.1 混凝土拌和及运输控制

3.1.1混凝土拌和要求

拌和站设立在施工现场附近，拌和第一盘混凝土时，胶凝材料数量适当增加。混凝土的拌和时间为90 s～120 s。浇筑时坍落度超标或已初凝的混凝土不可再使用；待搅拌筒内废弃料全部清理干净后，再装入下盘材料。拌和设备停用超过30 min时，要将搅拌筒彻底清洗后才能拌和新混凝土。

3.1.2混凝土运输要求

混凝土运输采用混凝土搅拌罐车，加水搅拌到入模最长时间由实验室根据水泥初凝时间及施工季节气温确定。

3.2 混凝土浇筑

1)桩基混凝土在灌注前必须要利用钢制导管对成孔进行第二次清理。并测得孔口返浆比重、沉渣厚度等指标均符合规范及设计要求时，才可实施水下混凝土灌注这一工序。混凝土由专业运输罐车运至混凝土浇筑现场。

2)钻孔灌注桩桩基浇筑一般采用常规导管法浇筑而成，导管用无缝钢管加工而成(直径0.3 m)，导管接头连接采用螺纹加密封圈的方式以确保密封性能。灌注所采用的导管在使用前和过程中都要进行拼接、过球、水密、承压和接头抗拉等试验。混凝土料斗和储料斗的加工需要满足封底的要求，同时最好导管在首批混凝土的浇筑高度大于1.0 m为宜。

3)桩基混凝土浇筑所使用的器具、设备准备妥当后，无缝钢制导管口距离成孔底部的高度必须保证在允许范围内(25 cm～40 cm之间)，采用装填的沙袋作为隔水装置，堵塞导管上口后吊起，将料斗和储料斗装满混凝土，随后提升装满混凝土的料斗至储料斗正上方，松开钢丝，开始第一批混凝土的浇筑。

4)完成第一批混凝土浇筑后，需立即对钢制导管的埋深进行量测，确定导管底部处于密闭状态，同时保证一次性封底混凝土埋深满足设计及规范要求(一般在1.0 m以上)。浇筑过程中要随时使用测绳量测导管埋深保证其在控制范围之内(2 m～6 m之间)。若发现异常情况(如钢筋笼上浮等)，应及时采取调整混凝土浇筑速度等方法保证处于质量可控状态。

5)单个桩基混凝土浇筑应连续灌注，一气呵成，每次灌注间歇时间一般控制在15 min之内，最多不得超过30 min，每根桩灌注过程应控制在4 h～6 h以内完成。钢制导管拆除的时间尽可能缩短，避免由于混凝土的埋深过大而导致导管难以提升。拆除过程中禁止斜吊歪拉、野蛮拆除，同时要防止螺栓、橡胶垫和工器具等掉入孔中。钢制导管管节拆下后要立即进行冲洗，冲洗干净后堆放整齐并覆盖防锈蚀。

混凝土：灌注时要保持孔内混凝土面均匀上升，且保持上升速度不小于2 m/h。导管的提升速度应与混凝土上升速度相适应。

6)为保证混凝土的强度要求，灌注桩桩基混凝土灌注面需高出设计桩顶1 m以上，超出部分在进行接桩工作前需清理干净，桩头位置保证无松散层。单桩浇筑工作结束后，在混凝土初凝前及时拆除孔口护筒装置，钻机才可移位至下一桩基位置。

7)为确保桩基混凝土浇筑质量满足要求，水下混凝土灌注作业必须连续不得中断，桩基混凝土浇筑完成后24 h内，已浇筑桩基周围一定范围内(半径10 m之内)，其他孔位不得再进行钻孔作业。

3.3 混凝土浇筑强度检测

混凝土强度达到70%后才可以做桩基无破损检测，采用基桩动测仪和笔记本电脑，传感器用橡皮泥粘破桩头后桩顶清理干净位置，用重锤在桩顶砸5下，声波图象在电脑中显示，如振幅无异常说明浇筑桩基无问题。

4 结语

钻孔灌注桩在水利工程中得到了普遍应用,但因其是隐蔽工程，钻孔及桩基混凝土浇筑中任何一道工序出现问题都会影响质量和进度，给工程造成不必要的损失。因此,参与施工的四方作业人员要加强过程管理,提前拟定应对措施,过程中对每一个环节实施密切监测,将潜在的隐患消除在灌注桩桩基成桩前。另技术人员要提前熟悉设计图纸及有关施工、验收规范等资料，同时注重各项指标的试验对比，针对工程特性特别是地层特点对在施工过程中可能会发生的质量问题，认真分析、强化试验后制定出安全可靠地施工质量标准和验收方案，过程中完善施工记录,以便有效地对钻孔灌注桩桩基施工质量加以控制。