水利工程建设中的钻孔灌注桩施工技术

梁孝海 广东建工对外建设有限公司

1.工程概况

某泵站设计用到的是湿室泵房结构，从地质情况来看，泵室底板持力层的土壤性质呈现粉质，承载力是100kPa，其不符合设计要求。此时利用钻孔灌注桩进行处理，单桩的承载力极限值设计为3000kN、柱径是80cm。主泵室桩纵横之间的距离保持在2.5m，而柱深保持在15.3m。泵站灌注桩基的数量是112根，其中包括了进水池两节扶彼挡墙柱基，桩基的数量比较多，其对于工程质量、工程进展发挥了重要作用。

2.钻孔灌注桩的施工技术

2.1 钻机就位

完成护筒的埋设作业后，根据要求将钻机转移至指定施工位置。冲击钻机为主要施工设备，可选型号主要为CZ-30型冲击钻机。保证底座具有稳定性，可设置适量枕木以作为支垫而使用，再利用平尺测量，保证底座各处都处于相同水平线上，从而给钻机的运行提供良好的基础条件。

2.2 成孔

钻架在钻孔过程中应将钻头瞄准桩位中心且保持平稳，钻机及其他相关设备施工前应确保其性能完好，检查无误后，在保证护筒顺利埋没且泥浆分量足够的情况下，钻机即可开展作业。首先，需要将泥浆倒进桩孔内，借助冲击锥以小冲程的形式多次冲打。防护筒顶部0.3m再往下的位置是孔内水位，其在该环节中应比防护筒边缘脚和地下水位高1.5～2.0m。

地层冲击作业的类型发生变化，冲程和泥浆控制指标也应随之改变。钻孔进尺的速度应≤2m/h，孔壁用钻头固定。抛填片石在各别软而疏松的地层上，如淤泥质地层。

排渣时，可借助泵吸反循环进行。打孔时，向前钻进4～5m就应进行一次排渣。通常在覆岩正常钻孔时，一班出渣一次。钻到岩层中去后，平均0.5～1m的进尺就可出渣一次。排渣时孔中的水头高度维持不变。确保绿色生产，争取净化并重复利用好污泥分离器排出的污泥。

以设计柱直径为基准，在此基础上增加12～22mm并将其作为钢护筒的直径控制标准。保证钢护筒埋设过程中始终维持稳定状态，检验钢护筒和桩位两者的中心，产生的偏差必须在50mm内，以现场土质条件为参考合理控制埋深，粘土地层通常需超过1m，砂土地层则要将埋深提升到1.5m或更多。

2.3 钻孔

护筒上可附着适量粘土，对于地表土较为松散的情况，还可增加适量片石。通过钻头的自重作用使石块和泥膏受到挤压作用并向孔壁处聚集。施工期间的干扰因素较多，易出现地坪标高变化的现象，为避免钻孔深度偏差，必须保证桩架具有足够的稳定性，要求底梁的高度以及桩的长度都足够合理，做好标记以便掌握实际施工状况。考虑地质条件对钻进效果的影响，合理调整钻机的速度，做好信息记录工作。

2.4 护壁泥浆

清孔是顺利开展泥浆护壁作业的重要前提，保证孔底不堆积大量沉渣，使泥浆的密度和含渣量都维持在合理范围内。高性能的泥浆可以保证孔壁的稳定性，也具有固定地层的作用，泥浆在渗透作用下将会持续进入孔壁四周，全面阻止渗漏。为确保泥浆使用效果，其黏度应在22～25s内，孔内泥浆需高于地下1m。

2.5 钢筋笼的安装

钢筋笼安装遵循以下步骤：（1）以孔顶高度为准，可确定钢筋笼顶端的吊筋；（2）起吊点应螺栓紧固，按直径方向设置，吊运时避免钢笼发生变形，吊运后使钢笼处于自然直线状态；（3）钢筋笼吊起时应与孔位对应整齐，缓慢下放；（4）孔内水位在下放时可能发生变化，应随时监测。若有异常，立即停放并查看是否存在坍孔；（5）将满足保护层厚度要求的混凝土垫块垫在钢筋笼骨架外。竖向距离2m，横向则围绕圆均匀地放置6个垫块。设“十”形内撑在钢筋笼的所有加劲筋中，即将抵达孔口将其拆除，此举能有效防止钢筋笼变形。

2.6 灌注混凝土

混凝土坍落度、导管的埋深及混凝土搅拌时间都是影响混凝土灌注的重要因素。如果控制不好，堵管、夹泥等诸多问题就会频发。其中，18～20cm是混凝土坍落度的最佳范围，埋深最好介于2～6m。此外，导管最下面也应高于混凝土面最顶端。混凝土应具有良好的抗压强度，为提高其强度可以在灌注混凝土时快要靠近柱顶的8m处对坍落度做一定调整。

3.施工注意事项分析

3.1 冲击钻孔

冲击钻进阶段要严格控制好成孔速度，为达到良好的钻进效果，需确保钻头可以产生足够的冲击力，即钻头在孔内下落时必须维持最大加速度的运动状态。为此，要保证钻头重量的合理性，并调整好悬吊距离、冲击行程以及冲击频率三项参数。通常而言，钻头重量的选择要充分考虑到冲孔直径，采取的是每1000mm取100～140kg的方式，具体视土层地质情况而定，硬岩土层则取该区间的最大值，反之则选择最小值。最优悬吊距离指的是钻头可以形成最大切入深度并且不存在任何的钢丝绳剩余量，通常状况下以0.5～0.8m为宜，若悬距超出该区间，将导致钢丝绳异常抖动。关于冲击行程的选择，通常以0.78～1.5m较为合适，频率控制在40～80次/min。地层情况是钻机钻进成孔必须考虑的要素，也是调整钻进技术参数的重要依据，开孔过程中要做到低锤勤击，此阶段的锤高以0.4～1.0m为宜，不可发生偏斜现象。以孔深的实际情况为准，当其达到护筒下3～4m时，即可在前一节段的基础上加快速度，实现正常且连续的冲击作业。检查钻头的位置，若触底则必须收绳，此时要避免钢丝绳缠卷钻具的现象，并注重对钢丝绳状况的检查，明确其磨损情况，若异常则要及时采取维修或是换新等处理方式。

3.2 掏渣排渣

现阶段较常见的排渣方法有两种，即泥浆循环法和抽渣筒法。若选择的是泥浆循环法，则以输浆管为主要工具，将其插入到孔底后，在充足压力的作用下则会给浆液的向上流动提供通道，使残渣可连同浆液排出孔外，但此方法的局限之处在于必须保证压力和流量，某项指标存在差异均不利于排渣，因此在浅孔中具有可行性。关于抽渣筒法，其主要发生在钻探深度达到4～5m之后，后续钻进时以0.5～1.Om为间隔依次抽渣，此方法在稳定性不足的孔壁中具有可行性。若因特殊情况而停止钻进，恢复正常施工后需要由低冲程转换到正常冲程，否则易出现卡钻现象。大直径桩的施工量较大，应遵循分级扩孔的原则，根据相关规定，第一级扩孔量的控制标准为设计直径的0.6～0.8倍。为保证冲钻成圆孔，需要配备自动转向装置，将其安装到钻头锥顶和钢丝绳间。钻头自重较大时优先采用合金套，保证钢丝绳具有足够的强度，安全系数至少达到12，要求各卡扣均处于受力均匀的状态。吊环与钢丝绳连接所形成的弯曲处有必要设置槽形护铁，在其作用下减缓磨损。

3.3 泥浆护壁

对于黏性土层条件下的钻进作业，可充分发挥出黏性土自然造浆的优势，钻进期间向孔内注入适量清水，在经过钻头冲捣作用后形成泥浆；若在砂砾石层中钻进，以膨润土造浆的方式为宜，充分考虑孔壁稳定状况，可以向孔内投入适量黏土，挤入孔壁后增强其稳定性；若存在无填充物的小型溶洞，可行方式是向其中投入黏土与石块。

3.4 清孔

以冲孔深度满足要求为前提，全面检查孔的规格，满足要求后即可清孔。向孔内投入适量散碎黏土，保持低冲程的工作状态并利用冲击锤拌浆，确保存在于孔底的沉渣能够被有效掏出。泥浆密度偏大时，可使用水泵注入清水缓解，但桩孔内浆面不可发生变化，结束清孔后灌注水下混凝土。

4.结语

综上，作为水利工程施工中的重要技术，钻孔灌注桩施工能够有效控制地基的稳固程度。只有熟练掌握该项技术，对其进行合理地改进才能使得类似工程顺利进行，在安全和质量等方面有所保障，这也是本文结合实例进行分析的根本目的，期待能为同行带来更多思考或借鉴。