浅析南水北调中线主渠道2+450～3+970段膨胀土地区抗滑桩施工技术

□侯少华 □王国新 □张红娟

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院）

1.施工概述

南水北调中线一期工程总干渠陶岔渠首～沙河南淅川段，渠段起点桩号0+300，终点桩号8+400，总长8.1km。本标段为膨胀土分布区，主要建筑物包括明渠和建筑物两类。

淅川1标段工程地质条件：自上而下依次为粉质粘土、粘土岩和灰岩，粉质粘土具弱膨胀性。地下水位高于渠水位，存在施工排水问题，渠坡稳定性较差。渠道工程存在的主要问题是膨胀土问题、渠坡稳定问题。

淅川1标抗滑桩施工范围为主渠桩号2+450~3+970段，抗滑桩桩径1.2m，桩长18m。

2.工程布置

抗滑桩施工主要运输设备为混凝土罐车、平板车及汽车吊，道路为左右岸沿渠路与渠道内碎石铺的临时下渠道路，其中临时下渠道路左右岸共布置9处。

钢筋加工厂布置在主渠桩号2+550处渠道右岸施工路旁，占地面积400m2。地面采用C20混凝土硬化，硬化厚度20cm。

本标段混凝土拌和站布置在主渠桩号4+200处，共设置2座H ZS90型拌和站，单座理论生产能力为90m3/h，考虑设备利用率0.6，混凝土拌和系统总生产能力为45 m3/h，满足本施工段混凝土生产能力要求。

3.施工工序

施工工序见图1。

图1 施工工序简图

4.施工方法及施工工艺

4.1 成孔施工

4.1.1 测量控制

首先与甲方监理一块，检查设计所给测量控制点。利用全站仪精确定位桩基中心点位、桩位轴线。

4.1.2 护筒的埋设

护筒由厚度为6m m的钢板制成，高度为2.0m，内径为1.2m。护筒接头处保证内部无突出物，上口设置泥浆出口和吊环，耐拉、压，不漏水。

图2为抗滑桩施工工艺流程图，护筒采用挖孔埋设，埋置深度1.8m左右，坑底分层夯填粘土至护筒底0.5m以下。

图2 护筒埋设示意图

4.1.3 桩位复测

护筒埋设完成后，重新放样桩位中心点，校核护筒埋设位置；并测量护筒顶标高，计算孔深。

4.1.4 钻进施工

4.1.4.1 冲击钻机施工

钻机就位前，在设置抗滑桩的部位修建工作平台，平台高出桩顶高程约1.5~2.0m，宽约8m，采用山坯石填筑，厚度50cm。待抗滑桩施工完毕再进行拆除。

钻机就位后，利用护桩定出桩位中心点，调整钻机位置，使钻头中心与桩位中心重合。开孔：开钻时先在孔内回入清水，用于冲击钻冲击造浆。冲程：一般在通过坚硬密实岩层时，冲程4~5m。在通过卵石或岩层时，如表面不平整，先投入粘土和小片石将表面垫平，再用十字型钻进，注意防止发生斜孔、坍孔事故。

4.1.4.2 旋挖钻机施工

旋挖钻机的设置及调整:施钻时，首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，在钻孔作业之前需要对钻杆进行调垂。

钻孔作业:在作业过程中，操作人员可通过主界面的3个虚拟仪表的显示—动力头压力、加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。开孔时，以钻头自重并加压作为钻进动力，一次进尺深度和钻头的运动位置由仪器显示。施工过程中通过钻机本身的三向垂直控制系统反复检查成孔的垂直度，确保成孔质量。

钻孔进尺速度:由地层的软硬程度确定，在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径；对回填土层采用保护措施进行施工；对于深度较浅的卵石层可采取人工直接开挖的方法穿过该层后改用旋挖钻机钻进的方法。钻渣要及时运出工地，弃运到合适的地点以达到环境保护的要求。

4.1.5 清孔及成孔检查

孔底沉淀的厚度直接关系到成桩的质量，采取以下方法控制孔底沉淀的厚度。

4.1.5.1 清孔方法

采用正循环的方法进行清孔，清孔分两次进行。第一次是终孔后换浆，提升钻锥距孔底10～20cm，以相对密度较低(1.1～1.2)的泥浆压入，把钻孔内的悬浮钻渣和相对密度较大的泥浆换出。第二次是在安好钢筋笼并下导管后，泥浆泵通过导管以大泵量压入泥浆进行置换。

4.1.5.2 沉淀厚度控制

在钻进过程中做好钻进记录，终孔时通过钻进记录仔细计算孔底标高以及孔底到护筒顶面的长度。清孔过程中不断用长钢卷尺测量沉淀顶面到护筒顶面的长度，计算出孔底沉淀厚度。测量按多点进行，防止孔底局部沉淀过厚。孔底沉淀符合设计及技术规范的要求。

4.1.5.3 泥浆指标

灌注前泥浆比重控制在1.03～1.1，含砂率＜1%，粘度控制在 18～22s。

4.1.5.4 清孔后，对孔径、孔深和倾斜度等进行检查。

4.2 成桩施工

4.2.1 钢筋笼制作及安装

4.2.1.1 场地处理

钢筋笼制作场地须平整、硬化，在场地上铺设垫木进行钢筋笼的制作。

4.2.2.2 钢筋的下料与制作

钢筋笼的加工应符合设计及规范要求，严格控制钢筋的搭接方法、搭接长度、焊缝质量及所用焊条的种类。用卡板成型法控制钢筋笼直径和主筋间距，根据钢筋笼设计长度下料制作。同时，为控制钢筋笼的保护层厚度，在钢筋笼周围设置轮型混凝土垫块,自上而下每2m设置1道，每道4个。

4.2.2.3 钢筋笼的运输和吊装

采用吊车吊装，为防止骨架弯曲变形，采用“十字”吊架多点吊装。吊装过程应竖直、缓慢。尽量避免钢筋笼倾斜或摆动，防止碰及孔壁。钢筋笼就位后，用钢管固定于孔口，防止发生移位或浇筑混凝土时上浮。

4.2.2 混凝土灌注

混凝土坍落度宜控制在180～220m m。

4.2.2.1 施工准备

导管：直径为280m m的无缝钢管，每节导管长度为1m、1.5m、2m和3m不等，以适应灌注需要。导管采用丝扣连接。导管连接要直，密封性要好，不漏气，不漏水。导管使用前应进行水压密封试验。漏斗：漏斗用3m m左右的薄钢板卷成，下端为圆锥形，下口焊接1节短管，短管用丝扣和导管连接。安装导管时，底口距孔底距离控制在20~50cm之内。分节上紧，逐一编号并做好详细记录，防止在拔管过程中拔错，导致导管埋深过小或断桩。

4.2.2.2 灌注步骤

计算首次连续灌注混凝土的方量，向漏斗内灌入混凝土，保证首次灌注要满足导管埋深(≥1m)。紧凑、连续不断的进行灌注，观察管内混凝土下降和孔口的返水情况。统计灌入的混凝土量，填写灌注记录表。导管埋深一般控制在2~6m之间。

注意事项：严格控制混凝土的质量，防止混凝土中混入异物造成导管堵塞。一旦堵塞，及时组织力量进行检查和疏通，以确保灌注的连续性。若耽搁的时间较长要上下抖动导管，防止导管活动困难影响灌注。随时用测锤多点测量混凝土面的高度，以提供拆除导管的依据。提升导管时要保持导管轴线竖直和位置居中。拆、装导管要快，导管的接头要清洗，漏斗和导管要上紧。混凝土面到达钢筋笼下端时，为避免钢筋笼上浮，可用钢管垂直地卡压住钢筋笼，钢管点焊在孔口上，也可用短钢筋焊在护筒上。当混凝土面接近钢筋笼时，放慢灌注速度，进入钢筋笼2~3m后，适当提升导管，减小埋深（但不小于2m）。桩顶超出设计标高0.8m以上，保证桩头部位混凝土的质量。

4.3 截桩头及打磨

4.3.1 确定桩位，首先清运基槽内土方，将槽底整平，根据桩图重新核实每根桩的位置，确定无误后方可进行下道工序的施工。

4.3.2 一次截桩，对桩头进行一次截断，截断点为桩顶设计高程上返5cm处。

4.3.3 机械开挖，桩间土的开挖采用1台小型挖掘机自西向东进行开挖，一次性挖至图纸设计标高。开挖时沿两排桩的中心线开挖，每边留250m m土方采用人工开挖，以免机械扰动桩基。

4.3.4 人工配合，在挖掘机开挖的同时，用人工进行配合，将离桩较近的土方用人工清理。槽底预留的100m m厚的土方采用人工开挖。

4.3.5 人工清理、整平，用水准仪控制槽底标高随时抄平，清理至设计标高。

4.3.6 桩头打磨，打磨前要检查打磨面下是否松动，打磨面要平整光滑，不得出现孔洞，以便桩检。

4.4 桩身低应变法检测

检测过程中，同一批试桩的试验操作宜保持同等条件，根据桩径大小，桩身对称布置2~4个检测点。

5.结论

通过上述施工方法，共完成抗滑桩737根，保证了渠坡的稳定性。通过桩身低应变法检测，一类桩730根，二类桩7根，优良率99.1%，合格率100%。

该方法对今后同类工程施工具有指导意义。