水利工程中鉆孔灌注樁施工技術的應用

李 濤

（青州市水利建筑總公司，山東 青州 262500）

0 引言

水利工程的質量直接關乎人們的生產和生活，作為一項重要的基建工程，也受到了廣泛關注。施工過程中應該重視鉆孔灌注樁施工技術的應用，對其應用的范圍和應用的過程等進行全面分析。而鉆孔灌注樁施工技術涉及的施工要求較多，應用中如果沒有按照相關規范進行施工，將會留下安全隱患，給施工單位帶來較大的經濟損失[1]。因此，該文對該技術的應用和一些施工細節等進行了分析，為之后開展該技術的應用等提供保障。

1 水利工程中鉆孔灌注樁施工技術的優勢

鉆孔灌注樁主要是指運用機械鉆孔，現場澆筑混凝土而形成的圓柱形樁基。現階段，我國科學技術不斷進步，技術水平也得到了提升，鉆孔樁的技術和施工工藝都得到了全面的提升。鉆孔灌注樁質量也得到了提升，其廣泛地應用到工程建設中，尤其是樁基的施工中。鉆孔灌注樁的優勢主要體現在：1）無論是陸地的工程還是水域工程，都能夠適用于鉆孔灌注樁，其適用性較強。2）成樁過程中，樁徑的尺寸或者樁長的尺寸等，都可以根據實際的工程情況進行調整，提升樁基的承載能力。3）工程樁基施工過程中，鉆孔灌注并不需要使用木材，有效降低了施工的成本。4）易于操作，污染少，能夠對周邊的施工現場起到保護的作用。

2 鉆孔灌注樁技術在水利施工中的實例應用

2.1 項目的概況分析

該項目主要以某水利工程為案例進行分析，該項目主要采用泥漿護壁鉆孔的施工方法。其工藝流程:場地的平整-制備泥漿-埋設護筒-鋪設工作的平臺-安裝鉆機開展定位工作-鉆進成孔-對孔進行清除和檢查后提升孔的質量-下方鋼筋籠-灌注水下混凝土-對護筒拔出去-最后檢查質量。該項目主要采用正循環回轉鉆，其土層主要是粉砂、黏性土和土軟巖等，其孔徑為800mm～2500mm。孔深為30m～100m。

2.2 鉆孔施工

2.2.1 設備和機具的選擇

該文根據其地質的情況，鉆孔樁主要選用沖擊鉆成孔施工工藝，使用沖擊鉆機11臺，由于該工程的工期相對緊張，在遇到天氣不好的情況時，就會在中途增加2臺機具，其中鉆機性能的指標如表1所示。

表1 簡易沖擊鉆機的性能指標

2.2.2 沖擊鉆機成孔工藝

布置機具。機具布置時會根據鉆機類型而異，沖擊鉆機一般都會準備鉆架。在埋設護筒后，就能夠保證鉆機就位，立好鉆架，使得吊繩能夠與樁孔中心保持在一個垂直線上，其偏差不得大于2cm，并且只要拉好風攬繩就可以進行沖擊鉆進。其中護筒的埋設如下。材料主要使用鋼護筒，其直徑為2m，該護筒中還應該留出進出降口，即分別為200mm的漿口和400mm的漿口。護筒的頂端還應該設置專門的吊環，下端設置專門的刃腳。護筒的安裝還需要重視對樁的保護，即運用十字交叉的方法，對十字線到樁位附近的4個保護樁進行保護。

護筒埋設的深度主要表現如下。護筒主要采用挖孔埋設方式，旋鉆機護筒埋設深度分別為3.5m、4.0m、4.5m，反循環鉆機護筒埋設的深度主要是1.5m、1.7m、1.8m。樁位在進行重新復核時應保證鉆機就位和樁位恢復，并在其之前進行復核。護筒中心的偏差和樁位中心的偏差應該符合其標準范圍；切實保護護筒埋設的穩定性，相關數值進行檢查，以保證埋設位置的精準性。鋼護筒的傾斜度應該控制在1%以內，其注漿工藝流程圖如圖1所示。

圖1 注漿工藝流程圖

2.2.3 泥漿的配制和循環

應用清水護臂：進入鉆孔時，鉆錐就會對黏土等產生較大沖擊，在對其進行攪拌后，使黏土形成泥漿。泥漿的比重應在1.2～1.4。鉆進時為了有效控制泥漿的比重，應該適當地投入清水或者黏土等。

反循環工藝的形成：利用泥漿循環凈化系統帶動鉆孔上升，噴射的泥漿上升到孔口后，泥漿泵就會抽出帶渣的泥漿，進而對泥漿進行循環和凈化[2]。其泥漿各項指標要求如表2所示。

表2 鉆孔泥漿的各項指標要求

2.2.4 鉆進

在該工程施工中，采用小沖程開孔，低錘密擊，錘高控制在0.4m～0.6m，及時加入片石或者黏土泥漿護壁，進而使得孔壁擠壓密實或者豎直、圓順，再發揮出導向作用。孔深達護筒底以下3m～4m后，這樣才能加快速度，通過正常沖擊，將錘高控制在1.5m～2.0m，沖擊的頻率在8次/min～10次/min。隨時測定泥漿比重，及時加入黏土或者注入清水使得泥漿比重能夠符合要求，經常檢查鉆頭轉向裝置的靈活性，了解鉆頭的磨損程度，及時對轉向裝置進行調整，加焊鉆頭，以防止出現十字孔或者縮孔的情況。

2.3 水下混凝土配合比測試

2.3.1 材料的選擇

施工材料主要選用普通硅酸鹽類水泥，做好原材控制工作，驗證其實際強度等級，即強度最小值控制為42MPa。同時，在使用礦粉時，應盡可能磨細，使得混凝土拌合性能得到有效提升。在制定混凝土規格與礦粉渣規格時，其兩者存在較大聯系，即混凝土規格小于C50時，礦粉渣規格應選擇S95。在選擇粗骨細料時，應該做好以下準備：混凝土性能應符合標準要求；選擇細骨料時，選擇中粗砂；選擇粗骨料時，選擇連續級配，粗骨料粒徑不得超過導管內徑的1/4；選用緩凝功能強的堿水劑；選用飲用水進行拌合。

2.3.2 混凝土配合比

水下混凝土配合比設計強度為25MPa，配制的強度主要為33.2MPa，水下混凝土的試配強度須高于混凝土設計強度，并且其強度高于32.8%，其試驗結果見表3。

表3 水下混凝土配合比試驗

根據試驗的結果可知，配合比擬定為370（水泥）∶775（砂）∶321（碎石）∶749（碎石）∶1.850（JM-Ⅱ減水劑），重量比重為1∶2.095∶2.892∶0.5∶0.005。灌注的水下混凝土配合比中加入適量粉煤灰，配合比為水泥（361）∶砂（719）∶碎石5mm～16mm（337）。水灰比為0.54。坍落度的范圍值在18mm～22mm，檢測混凝土平均的強度，即33.6MPa[3]。

2.3.3 施工工藝

該工程的施工工藝為沖擊鉆成孔-采用鋼筋籠新技術-導管入位-檢查灌注混凝土的性能參數-清孔-計算水下灌注量-泥漿灌注。以下對此進行了一一概述。

利用沖擊鉆成孔，混凝土在進行攪拌時通過在攪拌站進行攪拌，采用凈漿裹石工藝，攪拌站中經常使用的攪拌機為2臺JS強制式的攪拌機；1臺JS1000拌合樓。在運用攪拌車將8m3的混凝土運送到施工現場，然后再將混凝土倒入導管漏斗中。鉆孔灌注樁主要利用沖擊鉆成孔，通過沖擊填充天然灌漿保護墻下的水下混凝土樁。沖擊完成后，泥漿重力下降至1.1g/cm3時泵孔，黏度需要保持在16Pa·s～17Pa·s，含砂率主要介于1.5%～2%，最后在借助壓風機進行清孔，借助高壓氣體將沉渣吹出孔外之后，提升清孔的效果，如圖2所示。

圖2 灌注樁清孔做法

采用鋼筋籠新技術：①制作鋼筋籠時，鋼筋籠的主筋接頭需要交錯，各段接頭數量不得超過50%。根據相關設計要求，布置鋼筋位置和箍筋位置。當箍筋和主筋相互連接時，箍筋點可以焊接在主筋上。②加強筋位于主鋼筋內部，第一個加強筋可以布置在樁頂部，下一道加強筋距離鋼筋地面10cm。③中間部分每2m設置一次，不應超過2.5m。④連接主桿和箍筋的電弧焊需要嚴格控制電流。厚度也需要在規范值內；在成型之后鋼筋籠需要進行報備和加強檢驗。

導管入位：導管主要采用5mm厚的鋼板卷制作而成，其直徑為250mm，中間每節的長度在2.5m左右，并且最下面的一節長度為3.76m，上面一節的米數在1m左右，主要采用絲扣連接的方式，導管底端的位置距離樁底需控制在35cm～40cm。導管在使用之前進行承壓或者水密等試驗。

檢查好水下混凝土的性能參數：①砼原料。粗骨料主要采用卵石，石子含泥量不得小于2%，這樣才能防止出現堵管的情況，使砼的流動性得到提升。②砼初凝的時間。一般砼初凝的時間僅在3h～5h，待到鋼筋籠吊放到位后和導管入位之后，需要完成清孔，采用側身深錘檢查清孔，在當清孔徹底后，深樁灌注的時間在5h～7h，需要增加緩凝劑，砼初凝的時間需要大于8h。③選擇適合的攪拌方法和攪拌時間，一般加水到出料其時間可以控制在60s～90s[4]。

灌注過程：灌注水下混凝土之前，需要對混凝土灌注量進行計算，當出現清孔比較徹底，清孔后水容重取1.1g/cm3，導管埋深取1.4m，導管離孔底的距離在0.35m～0.4m。灌注混凝土操作技術：導管在與漏斗連接好之后，為了能夠將底口的位置封住，需要采用鋼板墊，鋼板墊也使用鋼索緊緊地系住之后，灌注水下混凝土。混凝土灌注的速度需要按照一定的規范和標準，即灌注水下的混凝土時其需要保持較快的速度，這樣才能防止出現坍孔或者泥漿發生沉淀的情況。施工人員應該對灌注的時間等進行有效控制，將其控制在合理時間內，即8h為標準。灌注高度為10m左右，這樣做的目的就是能夠防止混凝土出現較大的流動。表4對灌注的時間進行了分析。

表4 灌注的時間參照

漏斗：在裝滿混凝土后，沖擊鉆通過提升鋼索，孔口發生返水的情況，導管內部與外部之間形成了隔絕的現象，這樣就可以連續地進行混凝土的灌注。灌注時還應該提升測量的水平，在對混凝土灌注進行計算時，測算出混凝土量，比較折算值，通過比值的對比和分析，能夠幫助施工人員了解坍孔的風險。導管埋深的深度為2m～6m，在拆6m管時，其時間控制在18min。導管外壁也需要設置羽翼防止出現掛鋼筋籠。為了能夠使樁頂質量得到提升，其樁頂在設計時，其標高以上需要加灌一定的高度，即在0.8m以上，這樣有助于灌注在結束之后及時對樁頂部的浮漿或者沉渣等進行清除，在灌注結束之后，需要對岸上的鉆孔樁，在混凝土初凝之前將鋼護筒拔出，樁機移位后重新進行開孔和施工。由于該工程的樁位在水中，需要在保證混凝土的強度后，運用切割機對水上部分的鋼護筒進行切除。鑿樁的長度應該為0.8m，在應用空壓機搭配風鎬鑿樁時，其樁頭的混凝土進行測試，保證其密實度符合規范，鋼筋外混凝土厚度為10cm，保護層厚度為6cm，包括圓順的尺寸和外圍尺寸等都需要在規范內，預留的搭接鋼筋長度為1.4m。

成孔：鉆孔過程中應該對兩孔的間距進行有效控制，當鉆頭深入到孔內之后，鉆頭距離孔底值為5cm～8cm，采用泥漿泵循環進行沖洗，持續沖洗3min～6min。在完成這些工作后，鉆頭應下沉，如護筒底部達到1m處，需要增強壓力和鉆機轉速，從而形成鉆進成孔；提升距離控制在8cm～10cm。漿液應該處于循環清洗狀態，在將其時間控制在1min～2min，最后，將殘渣進行排除，加接鉆桿。待成孔之后，加強對孔的檢測，保證水下混凝土符合標準，對泥漿指標的性能等進行檢測。清理孔時，主要采用抽漿方法，提升鉆孔灌注樁的質量；運用專業的探孔器進行檢測，計算好導管埋深的深度后，將最淺距離控制在1m，并于15min內進行灌注處理[5]。

2.4 灌注樁施工技術中的沖孔技術分析

該工程在進行樁基的施工過程需要按照以上的施工操作進行施工，在施工后只出現了很少的成孔事故，如發生掉鉆或者護筒漏水、鉆孔偏心的情況。現場的施工人員需要及時進行處理。但是該文借助超聲波方法對樁基完整性進行檢測，結合相應的波形圖分析砼離析或者基樁混凝土缺陷位置。以下針對于灌注樁施工技術中的沖孔技術進行了分析和補救。

2.4.1 鉆挖結合

護筒直徑與施工實際樁徑相比，其在15cm～20cm，埋設時還需要沿著四周回填黃土和夯實黃土。這樣在確保樁位準確后，使得孔口保持穩定。樁區地下水位應該采用人工風鉆打眼的方式，地下水位采用泥漿護壁反循環工藝。

2.4.2 二次成孔

二次成孔時，選擇1800mm的鉆頭，這一方式使得沖孔鉆進的效率呈現下降的趨勢。并且，很容易發生孔斜的情況，然后在將其改用1500mm的鉆頭后，在鋼筋籠中沖小孔，然后再使用1800mm的鉆頭沖擊擴孔，鉆進的效率得到了明顯提升，并且鉆孔垂直度得到有效保障。

2.4.3 合理地選擇好鉆進的參數

施工中主要采用沿鉆頭4個凹部均勻加焊4根168mm×900mm的圓鋼，這樣做的目的就是提高質量。泥漿密度為1.3 t/m3～1.4 t/m3，黏度保持在23Pa·s～25Pa·s，其沖擊的效果良好。

該文在對這些技術要求進行分析后，單樁沖擊成孔的時間明顯縮短，且成樁的質量較為良好，在檢測后，樁位偏差在1.5cm之內。該工程樁基質量的難度相對較大，這就給灌注樁施工帶來了較大的難度，因此，在施工過程中，技術人員需要按照操作的要點和規范，提醒施工人員把握重點和難點，定期的檢查后，及時發展問題，提升工程施工的質量。

3 結語

隨著我國經濟的高速發展，越來越多的現代化技術應用到水利工程中，為增強施工質量，保證水利工程項目的安全性起到了重要的作用。該文在對某一水利工程項目中應用的鉆孔灌注樁施工技術進行分析后，給予了技術人員更多的參考，在按照相關規范施工后，針對泥漿的配置、混凝土的配比、護筒的安裝和新技術的應用等做好各項施工準備工作，從而在施工中不斷規范自身的行為，保證水利工程的安全運行，使得水利工程發揮出價值，促進社會的發展和進步。