钻孔灌注桩在水闸工程基础处理中的应用

何文彬

（福建省惠安县惠女菱溪陈田库区事务所，福建 泉州362100）

钻孔灌注桩作为一种常见的地基处理方法在水闸等水利工程中得到广泛的应用，具有适应性强、工艺简单、承载力大、无污染、抗震性好及建造费用低的特点，但由于钻孔灌注桩属隐蔽工程，只有加强施工过程的质量控制和检测，才能确保工程的质量，发挥钻孔灌注桩的作用。

1 工程简介

田边水闸（又名团结水闸）建于20世纪50年代，位于螺阳镇田边村，具有蓄水、排洪、灌溉、交通等功能的中型水闸，存在防洪标准不足、交通桥和启闭房受力构件破坏、消能防冲能力不足、3#闸墩失稳、下游河床抛石防冲槽冲刷、闸门和启闭设备需要维修更换，电气设备老化，无观测设施，对工程正常使用影响较大，为确保工程安全运行，应当采取加固措施，对照《水闸安全鉴定规定》（SL 214-98）、《水闸安全鉴定管理办法》（水建管[2008]214）的规定，经综合评定水闸安全等级属三类闸。

原设计工程效益体现在排洪、蓄水、灌溉方面，其设计灌溉农田面积约3 200亩，防护对象重要性为一般，根据《防洪标准》（GB 50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）及《水闸设计规范》（SL 265-2001）经综合分析，新建水闸为中型，等别为Ⅲ等，按3级主要建筑物设计，4级次要建筑物设计，水闸按单向通水设计，设计孔口宽度40 m，共1孔，闸室段由底板及钢闸门组成，底板为C30钢筋混凝土结构，闸室结构型式采用平底开敞式的结构型式，闸门型式采用底轴驱动钢闸门，通过液压机启闭，且无闸墩，正常运行情况下，确保上游7.00 m的设计常水位，水流利用闸门顶溢流过水，形成瀑布景观效果，并且闸门可以根据需要进行调节开启角度，需要泄洪时，闸门可全开泄洪，确保行洪安全，水闸按防洪标准为20年一遇洪水设计，相应流量为535 m3/s，50年一遇洪水校核，相应流量为624 m3/s。

根据钻探和室内成果，场地揭露的岩土层具体为：①素填土：厚2.0～2.7 m；②粉质粘土：厚1.8～2.8 m；③淤泥质土，厚2.5～4.6 m；④中粗砂，厚2.3～3.6 m；⑤全风化混合花岗岩，厚度大于10 m，未揭穿。闸室基础坐落于淤泥质土上，其物理力学性质差，为高压缩性、低承载力土层，地基存在抗滑稳定和沉降变形问题，地基承载力不能满足要求。

2 地基处理方案

地基处理主要是通过置换法、密实法、水泥搅拌桩复合地基法、桩基等各种基础处理方法进行加固，从而满足地基承载力、消除沉降变形、提高闸室抗滑稳定和抗冲刷的安全系数等目的。本工程闸室坐落于淤泥层上，闸室沿基底面的各种工况稳定及应力计算结果，地基承载力不能满足基底应力要求，需要对基础进行加固处理。

通过采用换填置换法、水泥搅拌桩复合地基法及钻孔灌注桩法等的施工技术成熟度、工期进度安排等多方面因素的比选和投资计算分析，钻孔灌注桩法具有施工中不受地域条件限制，工艺简单、施工效率高、对周边无影响等特点，此外，投资也比较合理，因此为满足地基承载力要求，本工程闸室地基处理采用钻孔灌注桩，钻孔灌注桩直径800 mm，正方形布置，间距4.0 m，桩长7.5 m。详见图1和图2。

图1 钻孔灌注桩平面布置图

图2 工程剖面图（1∶100）

3 钻孔灌注桩主要施工方法

3.1 基本要求

1）钻孔灌注桩施工应符合有关规范和工程设计具体要求，施工时须编制施工作业指导书，精心组织施工。

2）施工必须严格工序控制，应及时进行中间质量检验和隐蔽工程验收。

3）成孔允许偏差及检测方法见表1。

表1 成孔允许偏差及检测方法

3.2 施工流程

钻孔灌注桩施工顺序为：桩位放样—→钻机就位—→护筒埋设—→冲钻孔—→清孔—→钢筋笼制作与安装—→混凝土灌注—→砍桩头—→成桩检测。

3.3 施工步骤

1）桩位放样：施工前先做好场地平整、排水、清除桩基位置的杂草和淤泥，换填坡土并刮平压实，使施工机具顺利进出，能保证钻机在施工中平稳进行。复核设计所提供的控制点，测量放样时每个桩位均标明桩号，用白灰和竹签标识桩中心点，每根桩的中心点控制在小于1 cm的误差范围内。

2）钻机就位：钻机就位前先用全站仪测量每根桩桩位，确认无误后钻机对准桩位，钻机平台处必需碾压密实，对底座和顶端进行加固，保证平稳、牢固，调试钻机转盘中心、钻孔中心及顶部的起吊滑轮缘处在同一铅垂线上，保持转盘水平，钻杆垂直。经检查符合要求后，开始施工。

3）护筒埋设：护筒用10 mm钢板卷制，并用2 cm宽30 cm的钢板加厚护筒的底部和外侧，用多道临时十字型剪刀撑加固在护筒内，防止变形，增加护筒的穿透力，设计护筒的直径比桩径大30 cm，埋设深度控制在1.5～2.0 m之间，利用90型振动锤振动将护筒下沉，陆上桩护筒要高出地面30 cm，水中桩护筒需高出水面1.0 m，根据护筒下沉速度取出筒内临时十字型剪刀撑，下沉完成后要再以十字线复测桩位和护筒中心应与桩基中心重合，偏差控制在2 cm之内。

4）钻孔：钻进施工采用增重减压施工，控制孔底承受的压力不得大于钻具重量之和的80%，钻进速度匀速钻孔，钻头和导向部位没有进入地层前，地层交界处要减缓速度，振动压力不能太大；全部进入地层后，适当加速钻进，保持进尺均匀，必须连续进行钻孔作业，并由专人对施工情况做好记录。

5）清孔：钻进到达设计标高后，把钻头提升距孔底10～20 cm，慢速空转钻机10～15 min，以较稀的泥浆置换出孔内较稠的泥浆，进行第一次清孔清除沉渣。连接安装好导管，每节导管连接处涂摸黄油止水，通过导管进行第二次清孔，清除孔底残渣和泥浆，确保孔底沉渣和泥浆各项指标均达到规范和设计要求。

6）钢筋笼制作与安装：①所有原材料进场均必须提供“产品合格证”或“产品质量检验证书”，并按设计及规范要求由监理单位见证取样送检，未经检验或检验不合格的原材料一律不准使用。②钢筋的表面必须洁净、无损伤，油渍、漆污和铁锈等在使用前应清除干净，严格按设计及施工规范要求的形状、尺寸加工制作钢筋笼。③钢筋接头严格按规范要求搭接焊，两根搭接钢筋的轴线位于同一直线上，焊缝表面平顺，无明显咬边，凹陷、气孔和裂缝。受力钢筋在同一构件内必须相互错开焊接。④钢筋笼四周垫与设计保护层相当的混凝土垫块，确保钢筋保护层>50 mm。⑤下放钢筋笼骨架采取正反旋转、试探性逐步下放，应防止碰撞孔壁，严禁快速提升快速下落和强行用力下压。

7）混凝土灌注：混凝土灌注采用水下导管顶托法灌注，并严格按规范和设计要求连续进行浇灌作业，导管埋入混凝土深度大于2 m，小于6 m。灌注过程中，采取合理下压、设置固定装置等措施防止和消除灌注中钢筋笼上浮，灌注到桩顶仍应继续加灌混凝土高度0.5 m，露出桩头的凿除工作应在桩承台浇筑混凝土之前完成，混凝土灌注完成后则采取吊机拔出护筒，在地面清理干净周转使用，进行下一桩工作。

4 钻孔灌注桩质量检验

钻孔灌注桩基础处理属于隐蔽工程，施工质量直接关系到水闸基础处理的效果，通过对桩体质量的检测，可以科学、直观地判定钻孔灌注桩施工质量是否满足设计及规范要求，根据《建筑桩基检测技术规范》（JGJ 106-2003），在成桩28天后，通过低应变法、静载试验和委托第三方钻芯法对施工质量进行检测。

1）低应变动力检测桩身完整性：共检测54根，均满足规范和设计要求，其中I类桩17根，占31.5%，II类桩37根，占68.5%，无III、IV类桩。

2）单桩竖向抗压静载试验检测单桩竖向抗压承载力及桩身完整性：共检测3根桩，均满足规范和设计要求。具体检验结果见表2。

表2 单桩竖向抗压静载试验成果汇总表

3）基桩钻孔取芯检测其桩长、桩身混凝土强度、桩身完整性、桩底沉渣及持力层情况，委托第三方钻孔取芯检测3根桩，均满足规范和设计要求。具体检验结果见表3。

表3 基桩钻孔取芯检测成果汇总表

5 结语

林辋溪田边水闸拆除重建工程通过使用钻孔灌注桩进行地基处理，针对工程淤泥地基存在稳定性差、承载力不足及沉降过大等问题，处理效果显著，质量检测均满足规范和设计要求，达到了提升地基的承载能力的目的。由于施工工艺成熟、效果好，相关施工方法、工艺，可供类似地质条件工程的施工借鉴及参考。