水利施工鉆孔灌注樁施工技術(shù)方法

唐尊剛

（鄆城縣蘇閣引黃灌區(qū)服務(wù)中心，山東菏澤 274700）

1 引言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)水利工程項(xiàng)目的施工規(guī)模、數(shù)量與質(zhì)量提出了更高的要求。為推動(dòng)水利工程施工有序、安全進(jìn)行，需注重鉆孔灌注樁施工技術(shù)的合理、靈活運(yùn)用，并做到對(duì)各施工細(xì)節(jié)的全面把控，以此獲得理想的技術(shù)應(yīng)用效果，促進(jìn)水利事業(yè)健康發(fā)展。

2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)研究

鉆孔灌注樁施工技術(shù)操作原理是借助機(jī)械鉆孔或采取人工挖掘作業(yè)方式對(duì)地基進(jìn)行鉆孔，并將鋼筋籠設(shè)置在樁孔內(nèi)部，緊接著執(zhí)行混凝土灌注作業(yè)，最終構(gòu)建出具有強(qiáng)大支撐力的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。與以往使用的地基施工技術(shù)相比，該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下方面：（1）鉆孔、灌漿等施工環(huán)節(jié)中，應(yīng)用到的各類施工設(shè)備產(chǎn)生的噪聲較小，規(guī)避了噪聲污染的出現(xiàn)；（2）技術(shù)操作過程中，可滿足預(yù)制樁對(duì)樁徑的要求，有利于樁體結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高；（3）即使是建設(shè)于地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜的水利項(xiàng)目，也可使用該種技術(shù)，并獲得理想的鉆孔、灌注施工效果[1]。

但該技術(shù)也存在較多的不足，比如，完成施工后，無法動(dòng)態(tài)化地監(jiān)管混凝土施工質(zhì)量，增大工程后期混凝土的養(yǎng)護(hù)難度，這就需要施工人員在應(yīng)用技術(shù)的過程中嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，并針對(duì)鉆孔偏斜、收縮、塌孔等技術(shù)性問題采取相對(duì)應(yīng)的預(yù)防、補(bǔ)救措施。比如，為防范塌孔問題的產(chǎn)生，要求施工人員根據(jù)工程所處的地層特點(diǎn)以及地質(zhì)環(huán)境，對(duì)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全面管控，確保灌注泥漿達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。施工過程中，若工程建設(shè)位置的地質(zhì)較為松軟，應(yīng)對(duì)鉆孔速度以及力度進(jìn)行嚴(yán)格把控，防范因鉆孔速度過快使地質(zhì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性受到影響。處理收縮問題時(shí)，盡可能選用直徑較大的鉆頭設(shè)備，既能保證設(shè)備滿足孔徑要求，又能確保設(shè)備操作性能，確保鉆孔設(shè)備連續(xù)作業(yè)。在此期間，若伴隨收縮問題的產(chǎn)生，則需在第一時(shí)間關(guān)停設(shè)備，并做好修復(fù)處理工作。針對(duì)鉆孔偏斜問題，應(yīng)做好施工區(qū)域內(nèi)的平整工作，規(guī)避鉆機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)較大程度的晃動(dòng)，若偏斜問題嚴(yán)重，需適當(dāng)調(diào)低鉆孔速度，并重新掃描已鉆好的孔洞，實(shí)現(xiàn)鉆孔偏斜糾正目的。

3 鉆孔灌注樁施工技術(shù)在水利工程中的運(yùn)用方法

某水利施工期間采用泥漿護(hù)壁鉆孔方法開展施工。工程建設(shè)區(qū)域的土層為土軟巖、黏性土和粉砂，孔深為30~100 m，孔徑為80~250 cm。

3.1 前期準(zhǔn)備

項(xiàng)目施工前，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，確定施工設(shè)備與工藝。采取沖擊鉆成孔施工工藝，為工程投放11臺(tái)機(jī)沖擊鉆機(jī)，鉆機(jī)性能指標(biāo)見表1。

表1 沖擊鉆機(jī)性能指標(biāo)

由于鉆機(jī)類型不同，為保證鉆機(jī)的適用性，通常會(huì)為沖擊鉆機(jī)準(zhǔn)備專門鉆架。完成護(hù)筒埋設(shè)工作后，需將鉆機(jī)放置指定施工位置，并穩(wěn)固鉆架，確保樁孔中心與吊繩始終處于同一垂直線上，控制其偏差在2 cm以下。埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，選用的護(hù)筒為剛性材料，直徑為2 m，并在護(hù)筒兩端分別預(yù)留20 cm和40 cm的注漿口。此外，還需將吊環(huán)設(shè)置于護(hù)筒頂端，并在其下端安置刃腳。安裝護(hù)筒期間應(yīng)采用十字交叉方法實(shí)現(xiàn)對(duì)樁體的有效保護(hù)。合理控制護(hù)筒埋設(shè)深度，若為挖孔埋設(shè)，反循環(huán)鉆機(jī)護(hù)筒埋設(shè)深度應(yīng)為1.5 m、1.7 m、1.8 m；旋鉆機(jī)護(hù)筒埋設(shè)深度分別為3.5 m、4.0 m、4.5 m。復(fù)核樁體位置時(shí)，需將鉆機(jī)移動(dòng)到初始施工位置，與此同時(shí)，還需全面檢查護(hù)筒埋設(shè)整體穩(wěn)定性，準(zhǔn)確記錄相關(guān)數(shù)值，與施工圖紙進(jìn)行比對(duì)，確保位置準(zhǔn)確[2]。

3.2 泥漿制備

鉆孔施工期間，水泥漿灌注的主要目的是保護(hù)孔壁，避免鉆頭鉆進(jìn)對(duì)工程結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的不良影響。制備水泥漿時(shí)，盡量選擇施工現(xiàn)場(chǎng)已有的原材料，既可以減少材料采購(gòu)與運(yùn)輸成本，還可防范運(yùn)輸過程中受外界因素的影響使材料性能發(fā)生變化。本工程使用黏土、膨脹土、化學(xué)混合劑執(zhí)行水泥漿制備工作，并在作業(yè)過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)水泥漿性能，依托檢測(cè)結(jié)果以及技術(shù)具體要求，優(yōu)化調(diào)整水泥漿配比。與此同時(shí)，使用反循環(huán)工藝，即借助泥漿循環(huán)凈化系統(tǒng)帶動(dòng)鉆孔上升，當(dāng)向外噴發(fā)的泥漿抵達(dá)至孔口后，泥漿泵會(huì)自動(dòng)抽出帶渣的泥漿，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥漿循環(huán)凈化處理。泥漿各項(xiàng)指標(biāo)要求見表2。

表2 泥漿性能指標(biāo)

3.3 鉆孔施工

開展鉆孔施工時(shí)，要求作業(yè)人員嚴(yán)格把控孔壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還需跟蹤監(jiān)管、測(cè)量鉆機(jī)與孔洞垂直程度，避免鉆孔傾斜。一般來說，每完成5 m的鉆進(jìn)深度便需安排施工人員檢查孔徑以及孔洞偏斜情況，確?？锥雌眴栴}出現(xiàn)的概率始終控制在1%以下。若發(fā)現(xiàn)較為明顯的偏斜現(xiàn)象，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)行為，并做好糾正工作，詳細(xì)記錄鉆孔期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為交接的施工人員提供數(shù)據(jù)參考。完成鉆孔施工后，工作人員應(yīng)采取隨機(jī)抽檢原則對(duì)孔洞的合格率進(jìn)行檢查，若無孔洞偏斜或其他問題，應(yīng)在第一時(shí)間全面清理空洞內(nèi)部雜物。鉆孔施工流程如下：借用小沖程設(shè)備打孔，遵循低垂密擊開孔原則，合理控制每次擊打高度約0.5 m。在此期間，應(yīng)加入適量黏土泥漿或片石，從而達(dá)到保護(hù)孔壁的目的，確?？妆跀D壓密實(shí)，并充分發(fā)揮其自身的導(dǎo)向作用。當(dāng)孔深達(dá)護(hù)筒底以下3 m后，可適當(dāng)提高錘擊速度與高度，但需始終低于2.0 m，打擊頻率維持在8~10次／min。敲打過程中應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)泥漿比重，適時(shí)、適量加入清水或黏土，確保泥漿比重始終滿足灌注施工要求。同時(shí)，還應(yīng)檢測(cè)鉆頭轉(zhuǎn)向裝置的靈活程度，并觀察鉆頭磨損情況，做好裝置調(diào)整與鉆頭更換等工作，規(guī)避縮孔或十字孔的出現(xiàn)。

3.4 混凝土配比試驗(yàn)

3.4.1 材料選擇

試驗(yàn)選用的施工材料為普通硅酸鹽類水泥，將原材料強(qiáng)度等級(jí)控制在42 MPa以上，混合的礦粉需先磨碎再加入混合料中，以保證混合土拌和性能。礦粉渣規(guī)格由所制定的混凝土規(guī)格所決定，當(dāng)混凝土規(guī)格未達(dá)到C50時(shí)，應(yīng)選擇s95型礦粉渣規(guī)格。選擇粗、細(xì)骨料時(shí)，盡可能選用連續(xù)級(jí)配碎石和中粗砂，還需合理控制粗骨料粒徑，不得大于管道內(nèi)徑的20%。

3.4.2 混凝土配合比

最終設(shè)計(jì)的水下混凝土配合比強(qiáng)度為25 MPa，而制備強(qiáng)度確定為33.2 MPa，在此期間，要求水下混凝土試配強(qiáng)度始終高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的32.8%。

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析能夠得到以下結(jié)論：配合比擬定為370（水泥）∶775（砂）∶321（粗碎石）∶749（細(xì)碎石）∶1.850（JM-Ⅱ減水劑），質(zhì)量比為1∶2.095∶2.892∶0.5∶0.005。將適量粉煤灰加入灌注的混凝土中，配合比為361（水泥）∶719（砂）∶337（5~26 mm碎石），水灰比為0.54。坍落度控制在18~22 mm，最終得到的混凝土平均強(qiáng)度為33.6 MPa。

3.4.3 鋼筋籠技術(shù)

制作鋼筋籠時(shí)，需交錯(cuò)放置鋼筋籠主筋接頭，各施工段的接頭數(shù)量應(yīng)少于總數(shù)量的50%，并做好鋼筋與箍筋具體位置的布設(shè)工作。連接主筋與箍筋時(shí)，需在主筋上焊接箍筋點(diǎn)。在主鋼筋內(nèi)部設(shè)置加強(qiáng)筋，第一道鋼筋應(yīng)設(shè)置于樁體頂端，并在距離地面10 cm處設(shè)置第二道加強(qiáng)筋，確定兩端鋼筋位置后，以2~2.5 m的間距設(shè)置其余加強(qiáng)筋。開展箍筋電弧焊與主桿連接工作時(shí)，應(yīng)全過程控制電流，并在成型后安排專業(yè)人員檢驗(yàn)鋼筋籠整體施工質(zhì)量。

3.4.4 導(dǎo)管施工

使用厚度為0.5 cm的鋼板制作成導(dǎo)管，直徑為25 cm，導(dǎo)管中間各節(jié)長(zhǎng)度控制在2.5 m左右，同時(shí)還需保證最下端一節(jié)長(zhǎng)度不小于3.76 m。采取絲扣連接方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)管底端設(shè)置位置的有效把控，確保其與樁底間距始終維持在37 cm左右。完成施工后，應(yīng)組織導(dǎo)管水密、承壓等實(shí)驗(yàn)。

3.4.5 灌注施工

開展水下混凝土灌注工作前，應(yīng)計(jì)算混凝土灌注量：

式中，V為混凝土灌注量，m3；D為樁孔直徑，m；H1為樁孔底端與導(dǎo)管底端間距，m，通常為0.4 m；H2為導(dǎo)管初次埋設(shè)深度，m；d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m；h1為樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋設(shè)深度H2時(shí)，導(dǎo)管外壓力所需高度[3]，m。

灌注過程中若清孔工作需徹底、深入執(zhí)行，則需將導(dǎo)管初次埋深設(shè)定為1.4 m，導(dǎo)管與孔底間距需控制在0.35~0.4 m。混凝土灌注技術(shù)操作方法如下：連接漏斗與導(dǎo)管，借助鋼索緊固鋼板墊，并將其置于底端出口位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)孔口的密實(shí)封堵，若條件允許，需執(zhí)行密實(shí)程度試驗(yàn)檢測(cè)，只有達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后才可開展水下混凝土灌注施工。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范控制灌注速度，與水上工程混凝土灌注施工相比，盡可能提高水下灌注作業(yè)的速度，以此規(guī)避泥漿沉淀、塌孔等問題的發(fā)生。與此同時(shí)，還應(yīng)科學(xué)合理地把控灌注時(shí)間，通常將8 h作為施工標(biāo)準(zhǔn)，并保證灌注高度控制在10 m左右，防范混凝土隨意流動(dòng)。灌注時(shí)間控制見表3。

表3 混凝土灌注時(shí)間參考表

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用可從根本上提高水利工程結(jié)構(gòu)的承載性能，還可有效處理地下水或松軟地質(zhì)對(duì)工程穩(wěn)定性的不良影響。為實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與價(jià)值的充分發(fā)揮，需掌握技術(shù)應(yīng)用方法，做好施工材料與設(shè)備選擇工作，嚴(yán)格把控混凝土制備與灌注質(zhì)量，依托于先進(jìn)施工技術(shù)提高水利工程的施工成效。