水利施工鉆孔灌注樁施工技術方法

唐尊剛

（鄆城縣蘇閣引黃灌區(qū)服務中心，山東菏澤 274700）

1 引言

隨著社會的不斷進步，人們對水利工程項目的施工規(guī)模、數(shù)量與質(zhì)量提出了更高的要求。為推動水利工程施工有序、安全進行，需注重鉆孔灌注樁施工技術的合理、靈活運用，并做到對各施工細節(jié)的全面把控，以此獲得理想的技術應用效果，促進水利事業(yè)健康發(fā)展。

2 鉆孔灌注樁施工技術優(yōu)勢研究

鉆孔灌注樁施工技術操作原理是借助機械鉆孔或采取人工挖掘作業(yè)方式對地基進行鉆孔，并將鋼筋籠設置在樁孔內(nèi)部，緊接著執(zhí)行混凝土灌注作業(yè)，最終構建出具有強大支撐力的基礎結(jié)構。與以往使用的地基施工技術相比，該技術的應用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下方面：（1）鉆孔、灌漿等施工環(huán)節(jié)中，應用到的各類施工設備產(chǎn)生的噪聲較小，規(guī)避了噪聲污染的出現(xiàn)；（2）技術操作過程中，可滿足預制樁對樁徑的要求，有利于樁體結(jié)構整體穩(wěn)定性的進一步提高；（3）即使是建設于地質(zhì)環(huán)境較為復雜的水利項目，也可使用該種技術，并獲得理想的鉆孔、灌注施工效果[1]。

但該技術也存在較多的不足，比如，完成施工后，無法動態(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)護難度，這就需要施工人員在應用技術的過程中嚴格把控施工質(zhì)量，并針對鉆孔偏斜、收縮、塌孔等技術性問題采取相對應的預防、補救措施。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以及地質(zhì)環(huán)境，對泥漿各項指標進行全面管控，確保灌注泥漿達到施工標準。施工過程中，若工程建設位置的地質(zhì)較為松軟，應對鉆孔速度以及力度進行嚴格把控，防范因鉆孔速度過快使地質(zhì)結(jié)構整體穩(wěn)定性受到影響。處理收縮問題時，盡可能選用直徑較大的鉆頭設備，既能保證設備滿足孔徑要求，又能確保設備操作性能，確保鉆孔設備連續(xù)作業(yè)。在此期間，若伴隨收縮問題的產(chǎn)生，則需在第一時間關停設備，并做好修復處理工作。針對鉆孔偏斜問題，應做好施工區(qū)域內(nèi)的平整工作，規(guī)避鉆機運行時出現(xiàn)較大程度的晃動，若偏斜問題嚴重，需適當調(diào)低鉆孔速度，并重新掃描已鉆好的孔洞，實現(xiàn)鉆孔偏斜糾正目的。

3 鉆孔灌注樁施工技術在水利工程中的運用方法

某水利施工期間采用泥漿護壁鉆孔方法開展施工。工程建設區(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 前期準備

項目施工前，結(jié)合當?shù)氐刭|(zhì)條件，確定施工設備與工藝。采取沖擊鉆成孔施工工藝，為工程投放11臺機沖擊鉆機，鉆機性能指標見表1。

表1 沖擊鉆機性能指標

由于鉆機類型不同，為保證鉆機的適用性，通常會為沖擊鉆機準備專門鉆架。完成護筒埋設工作后，需將鉆機放置指定施工位置，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。埋設護筒時，選用的護筒為剛性材料，直徑為2 m，并在護筒兩端分別預留20 cm和40 cm的注漿口。此外，還需將吊環(huán)設置于護筒頂端，并在其下端安置刃腳。安裝護筒期間應采用十字交叉方法實現(xiàn)對樁體的有效保護。合理控制護筒埋設深度，若為挖孔埋設，反循環(huán)鉆機護筒埋設深度應為1.5 m、1.7 m、1.8 m；旋鉆機護筒埋設深度分別為3.5 m、4.0 m、4.5 m。復核樁體位置時，需將鉆機移動到初始施工位置，與此同時，還需全面檢查護筒埋設整體穩(wěn)定性，準確記錄相關數(shù)值，與施工圖紙進行比對，確保位置準確[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孔壁，避免鉆頭鉆進對工程結(jié)構整體穩(wěn)定性的不良影響。制備水泥漿時，盡量選擇施工現(xiàn)場已有的原材料，既可以減少材料采購與運輸成本，還可防范運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、化學混合劑執(zhí)行水泥漿制備工作，并在作業(yè)過程中實時檢測水泥漿性能，依托檢測結(jié)果以及技術具體要求，優(yōu)化調(diào)整水泥漿配比。與此同時，使用反循環(huán)工藝，即借助泥漿循環(huán)凈化系統(tǒng)帶動鉆孔上升，當向外噴發(fā)的泥漿抵達至孔口后，泥漿泵會自動抽出帶渣的泥漿，實現(xiàn)對泥漿循環(huán)凈化處理。泥漿各項指標要求見表2。

表2 泥漿性能指標

3.3 鉆孔施工

開展鉆孔施工時，要求作業(yè)人員嚴格把控孔壁結(jié)構穩(wěn)定性，還需跟蹤監(jiān)管、測量鉆機與孔洞垂直程度，避免鉆孔傾斜。一般來說，每完成5 m的鉆進深度便需安排施工人員檢查孔徑以及孔洞偏斜情況，確保孔洞偏斜問題出現(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，應立即停止鉆進行為，并做好糾正工作，詳細記錄鉆孔期間的各項數(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，工作人員應采取隨機抽檢原則對孔洞的合格率進行檢查，若無孔洞偏斜或其他問題，應在第一時間全面清理空洞內(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，應加入適量黏土泥漿或片石，從而達到保護孔壁的目的，確保孔壁擠壓密實，并充分發(fā)揮其自身的導向作用。當孔深達護筒底以下3 m后，可適當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。敲打過程中應實時檢測泥漿比重，適時、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，還應檢測鉆頭轉(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

3.4.1 材料選擇

試驗選用的施工材料為普通硅酸鹽類水泥，將原材料強度等級控制在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，當混凝土規(guī)格未達到C50時，應選擇s95型礦粉渣規(guī)格。選擇粗、細骨料時，盡可能選用連續(xù)級配碎石和中粗砂，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

最終設計的水下混凝土配合比強度為25 MPa，而制備強度確定為33.2 MPa，在此期間，要求水下混凝土試配強度始終高于設計強度的32.8%。

通過對試驗數(shù)據(jù)進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度為33.6 MPa。

3.4.3 鋼筋籠技術

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

3.4.4 導管施工

使用厚度為0.5 cm的鋼板制作成導管，直徑為25 cm，導管中間各節(jié)長度控制在2.5 m左右，同時還需保證最下端一節(jié)長度不小于3.76 m。采取絲扣連接方法，實現(xiàn)對導管底端設置位置的有效把控，確保其與樁底間距始終維持在37 cm左右。完成施工后，應組織導管水密、承壓等實驗。

3.4.5 灌注施工

開展水下混凝土灌注工作前，應計算混凝土灌注量：

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

灌注過程中若清孔工作需徹底、深入執(zhí)行，則需將導管初次埋深設定為1.4 m，導管與孔底間距需控制在0.35~0.4 m。混凝土灌注技術操作方法如下：連接漏斗與導管，借助鋼索緊固鋼板墊，并將其置于底端出口位置，實現(xiàn)對孔口的密實封堵，若條件允許，需執(zhí)行密實程度試驗檢測，只有達到相關標準后才可開展水下混凝土灌注施工。嚴格按照相關規(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，還應科學合理地把控灌注時間，通常將8 h作為施工標準，并保證灌注高度控制在10 m左右，防范混凝土隨意流動。灌注時間控制見表3。

表3 混凝土灌注時間參考表

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁施工技術的應用可從根本上提高水利工程結(jié)構的承載性能，還可有效處理地下水或松軟地質(zhì)對工程穩(wěn)定性的不良影響。為實現(xiàn)技術應用優(yōu)勢與價值的充分發(fā)揮，需掌握技術應用方法，做好施工材料與設備選擇工作，嚴格把控混凝土制備與灌注質(zhì)量，依托于先進施工技術提高水利工程的施工成效。