浅析水利施工中的钻孔灌注桩技术应用

2012-03-04贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局

河南水利与南水北调 2012年10期

□孙剑（贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局）

1.钻孔灌注桩常见问题分析

目前，在世界范围内得到了广泛的应用。尤其是在桥梁、水工建筑物等工程施工中优点突出。但同时，有利就有弊，随着经济发展的需要以及大型工程建设的需要，钻孔灌注桩技术在不断走向成熟的同时，也面临很多难题，例如其施工场所主要在地下、在水中，施工工序尤为复杂，成孔方法各异，地质条件千变万化，导致其质量控制存在很多的限制。而且，从施工人员素质来看，由于经验水平有限，对钻孔灌注桩技术出现的问题不能及时修复，直接导致很多质量事故的发生。据某地调查显示，钻孔灌注桩施工问题主要体现在以下几个方面，见表1：

表1 钻孔灌注桩缺陷统计表

2.水利施工中的钻孔灌注桩技术应用

钻孔灌注桩施工过程主要可分为成孔阶段、清孔阶段、水下混凝土灌注阶段等3大阶段。

2.1 钻孔

钻孔分为正循环和反循环两种方式，下面主要对正反循环回转钻进成孔方法进行介绍。正循环施工法钻机小，重量轻，狭窄地段也适用。正循环钻进时，泥浆运行方向是从泥浆泵输进钻杆内腔，泥浆在泥浆泵、钻杆、钻孔和泥浆池之间反复循环运行，因此，其冲洗液向上返的速度不高,远远不如反循环钻孔施工。据测算，反循环冲洗液至少比正循环加速30倍上。从实践来看，这种成孔方法故障少,简单易学，费用较低，值得推广。如图1。

图1 正循环回转钻进成孔原理示意图

反循环钻进施工方法，应用范围较广，不仅仅适用于填土、粘土、粉土，而且对于淤泥或者砂砾等都有很好的作用，工艺流程是在桩顶处设置护筒，具体施工过程中泥浆在孔壁上形成一层膜。值得注意的是，施工对泥浆比重要求很高，一般而言，泥浆比重可取1.02～1.04。作业时要确保孔壁的任何部分均保持0.02MPa以上的静水压力，护筒内的水位要高出自然地下水位2m以上，钻机工作时，旋转盘带动钻杆端部的钻头钻挖内土，冲洗液从钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔底，由钻杆内腔返回地面，反循环钻进成孔不适用于自重湿陷性黄土层，成孔时，可添加膨润土等来增大比重。如图2。

2.2 清孔

图2 泵吸反循环施工法图

当前施工工艺日益先进，很多水利工程都采用大直径钻孔桩方式，这就对清除孔底沉淀土具有更高的要求，只有提高承载力，才能为清孔施工工艺创造良好的条件，确保施工质量。否则，很容易造成一些断桩等事故的发生。另外，清孔的目的是降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率，终孔结束后，清空时不能耽搁太久时间，不然待泥浆沉淀过多，不仅使得清孔工作难以继续进行，而且会造成坍孔等事故的发生。根据施工经验，常用的清孔方法有以下几种：抽浆法清孔，采用抽吸的方法将孔内含有钻渣的浆液抽出，通过钻杆以中速向孔底压入含砂率＜4%的泥浆，该方法适用于各种钻孔方法形成的桩孔，不需另加机具，且孔内维持泥浆护壁，不易坍孔。这种方法通过向孔底通入密度1.15左右的泥浆，不需其他机具，把多余泥浆替换出来。这种办法简单易行，而且稳定，不易坍孔。但缺点也是存在的，就是有的大颗粒钻渣很难清除干净，而且作业时间很长。用砂浆置换钻渣法清孔，该方法先用掏渣筒尽量清除钻渣然后以活底箱在孔底灌注60cm厚的特殊砂浆。这里的特殊泥浆是用炉灰与水泥按照一定比例加工而成，再加入水搅拌，密度不大，砂浆大部分浮托在水下混凝土的顶面以上，砂浆中可以加入缓凝剂，确保砂浆不被硬化。清孔工艺流程见图3。

图3 砂浆置换钻渣清孔图

2.3 混凝土的灌注

混凝土的灌注是钻孔灌注桩施工过程中另一重要环节，常见的有高位灌注和低位灌注两种方法。如图4、图5所示。

图4 低位灌注示意图

图5 高位灌注示意图

其中，高位灌注混凝土的含气量较大，施工场地面积相对于其他灌注方法要大很多，而且由于是高位灌注，需要施工人员到高位作业，危险系数很大，另外，由于需要支架操作，要用到吊车，操作难度大，灌注速度慢。低位灌注由于在地面作业，因此导管不长，混凝土的含气量较小，操作起来相对安全一些，而且没有吊车等设备，成本也大大降低，速度也比较快，因此，低位灌注应用较广，一些大型水利工程施工中都用到这种施工方法。操作时也比较简单，只要对准导管口就可以了，导管的组装方式主要有：整节式、套筒式和活节式3种，见图6。