钻孔灌注桩在水利工程中的应用

李 渊

（1.山西省水利水电勘察设计研究院，太原 030024；2.太原理工大学，太原030024）

1.1.4 第④层

钻孔灌注桩在水利工程中的应用

李 渊1，2

（1.山西省水利水电勘察设计研究院，太原 030024；2.太原理工大学，太原030024）

钻孔灌注桩具有单桩承载力高、工业化程度高、施工工艺成熟等优点，在水利工程中应用较为广泛。结合山西省辛安泉供水改扩建工程北耽车泵站副厂房桩基础，介绍了钻孔灌注桩在水利工程中的应用。

钻孔灌注桩；地基处理；水利工程应用

1 工程概述

山西省辛安泉供水改扩建工程地处山西省长治市，工程包括取水工程和供水工程。取水工程由库内及库尾集水池、两岸侧向入渗集水廊道、引水箱涵和汇水池组成。其中取水工程中的北耽车泵站副厂房地基处理采用钻孔灌注桩。

北耽车泵站副厂房位于北耽车村西南浊漳河右岸坡脚处，紧临主河槽，距主河槽20m。因拟建副厂房位置的地形较陡，地面高程594.3～606.1m，不能满足设计要求，因此已采用人工半填半挖方式，坡跟处削坡开挖，临河区取土回填，筑成目前高程603m的平台。

1.1 地质

1.1.1 第①层

杂填土，主要以低液限黏土、卵砾石及碎块石为主，局部含漂石，结构较松散，有架空现象，厚8.4m。动力触探试验锤击数3～18击，平均值12.3击，修正后2.9～17.3击，平均值11.7击。

1.1.2 第②层

卵石混合土，结构较松散，含泥量较大，局部以泥砾为主，厚度3.4～7.5m，动力触探试验锤击数 7～20击，平均值11.3击，修正后5.4～19.1击，平均值9.6击。

1.1.3 第③层

低液限黏土，灰褐色，结构较松散，呈软塑～可塑状态，局部含砾，厚度1.0～5.2m；其修正后天然密度1.74～1.83g/cm3，平均值1.79g/cm3；修正后干密度1.36～1.49g/cm3，平均值1.44g/cm3；孔隙比0.613～0.763；天然压缩系数0.18～0.31MPa-1，中等压缩性；饱和快剪凝聚力16.0～22.5kPa，摩擦角φ18.0°～20.5°。

1.1.4 第④层

卵石混合土，结构较密实，卵砾石成分以灰岩为主，呈次棱角～次圆状，分选差，局部有架空现象，厚3.1～14.9m；漂卵石含量18.35%～57.35%，砾粒27.4%～62.6%，砂粒8.10%～44.90%，粉黏粒0.81%～15.40%，不均匀系数Cu=13.8～643.0，曲率系数Cc=0.1～26.0。动力触探试验锤击数6～20击，平均值13.0击，修正后4.3～13.6击，平均值9.2击。

1.1.5 第⑤层

寒武系中统张夏组厚～巨厚层鲕状夹薄层灰岩，泥质条带灰岩，岩性坚硬，强风化层厚度1～3m，弱风化层厚度5～15m，层厚170m。

在勘察期间地下水位埋深11.7～13.2m，高程590.39～591.55m，受水库蓄水位影响。

1.2 地基处理方案对比及选择

依据副厂房的基础底高程602.35m，天然地基持力层为杂填土，成分杂乱，结构较松散，属欠压密土，有架空现象，该层承载力低，不能满足工程要求，其下第②层卵石混合土和第③层低液限黏土，结构较松散，也不能满足承载力要求。因此必须进行地基处理。

将几种当地常用的地基处理方案进行对比，如表1。

表1 地基处理方案对比

最终，经过方案评审后决定采用钻孔灌注桩对地基进行处理。

2 钻孔灌注桩的设计

北耽车泵站副厂房平面尺寸30m×16.2m （长×宽，最大轴线距离），结构形式为局部三层、局部二层的钢筋混凝土框架结构，围护结构墙体采用烧结多孔砖。经PKPM结构计算软件计算，荷载效应标准组合工况下柱最大轴向力848kN。

2.1 设计参数

2.1.1 桩径d

宜取600～1200mm，本工程中取桩径d=700mm。

2.1.2 桩长L

钻孔灌注桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层，本工程中将④层土作为桩端持力层，桩长进入第④层1.75m，桩的有效平均长度17.5m。

2.1.3 布桩

采用一柱一桩，桩数24根。

2.2 承载力验算

以ZK15-6地质土层分布为例，如图1。

图1 ZK 15-6地质土层分布

按JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》进行计算，得到单桩竖向承载力极限值。

式中 Quk为单桩竖向极限承载力标准值（kN）；Qsk，Qpk分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值（kN）；u为桩身周长（m）；qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（kPa），如无当地经验时，可按JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》取值；li为桩周第i层土的厚度（m）；qpk为极限端阻力标准值（kPa），如无当地经验时，可按JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》取值；Ap为桩端面积（m2）。

单桩竖向承载力特征值按照JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》进行计算。

式中 Ra为单桩竖向承载力特征值（kN）；K为安全系数，取K=2。

将该值代入JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》中公式：

满足承载力要求。

2.3 桩身承载力计算

经PKPM结构软件计算，荷载效应基本组合工况下柱最大轴向力1113kN。桩身混凝土采用C30混凝土，fc=14.3N/mm2。按照JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》公式进行计算：

ψcfcAps=0.7×14.3×π×3502=3850346.5（N）

式中 ψc为基桩成桩工艺系数，按JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》规定取值，为0.7；fc为混凝土轴心抗压强度设计值（N/mm2）；Aps为桩身截面面积（mm2）。

桩身承载力满足要求。

3 施工

3.1 施工工艺

本工程选用泥浆护壁钻孔灌注桩。该工艺具有低噪音、振动小、对原土扰动少的优点。施工工艺流程如下：测量放线→钻机就位→钻孔→注泥浆→下套管→继续钻孔→排渣→清孔→吊放钢筋笼→清底→插入混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导管→插桩顶钢筋→成桩。

3.2 泥浆护壁钻孔灌注桩施工技术

（1）桩位在现场测量基准点施测，并用另一点校核，桩位允许偏差不应大于10cm。

（2）钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移。为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上做出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。

（3）钻孔时须达到一定深度时停钻，孔内注入事前调制好的相对密度有一定要求的泥浆，然后继续进钻。成孔施工垂直度偏差不应大于1%。

（4）工程中一般要2次清孔，即钻孔达到要求的深度后，测量沉渣厚度，进行第1次清孔，吊放钢筋笼之后，浇筑混凝土之前进行第2次清孔。

（5）为确保导管灌注的顺利进行，在浇筑混凝土之前，一定要保证二次清孔，用较稀的新泥浆置换孔内浓泥浆。混凝土浇筑过程中，导管应始终埋在混凝土内，严禁将导管提出混凝土面。

4 检测结果

施工结束28d后进行桩基检测。采用低应变动力检测法检测桩身的完整性。根据所测波形特性，结合桩的混凝土强度等级要求，桩身完成性划分为4类：一类为桩身完整、基本完整；二类为桩身存在轻微缺陷；三类为桩身存在明显缺陷；四类为桩身存在严重缺陷或断桩。本工程检测按总桩数的10%进行抽检且不少于10根桩，共检测了10根桩，实测纵波波形曲线规律性较好，未见明显的桩间反射波异常，表明桩身完整，未出现明显的桩身质量问题，均为一类桩，检测结果全部符合设计要求。

随机抽取3根桩做单桩静载实验，用p～s曲线表示，测得单桩承载力特征值均不小于939.5kN。采用高应变动力检测桩的承载力仍有一定富余，满足设计要求。

综合上述试验结果得出：该工程桩基承载力及桩身质量均达到设计要求，说明该工程采用钻孔灌注桩基础及设计中的取用是安全合理的。

5 结语

通过后续桩基检测及实际使用效果证明了采用钻孔灌注桩对水利工程的地基进行处理是切实可行的。钻孔灌注桩施工技术具有可靠性，承载力大，沉降量小，施工工艺成熟，适用于多种复杂地基等特点。

［1］GB 50007—2012，建筑地基基础设计规范［S］.［2］GB 50009—2012，建筑结构荷载规范［S］.

［3］GB 50010—2010，混凝土结构设计规范［S］.

［4］GB 50011—2010，建筑抗震设计规范［S］.

［5］JGJ 79—2008，建筑地基处理技术规范［S］.

［6］JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范［S］.

［7］JGJ 106—2014，建筑基桩检测技术规范［S］.

（责任编辑：王艳肖）

The application of bored piles in water conservancy projects

LIYuan1，2
（1.Shanxi ProvincialWater Conservancy and Hydropower Research and Design Institute，Taiyuan 030024，China；2.Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

The injection pile has the advantages of high bearing capacity，high industrialization and mature construction technology，and it is widely used in water conservancy projects.In this paper，the application of bored piles in water conservancy projects is introduced，which is based on the pile foundation of Beidanche station of Xinanquan water supply and expansion project in Shanxi Province.

bored piles；foundation treatment；water conservancy engineering application

TV5

：B

：1672-9900（2017）04-0066-03

2017-05-11

李 渊（1981-），男（汉族），山西永济人，工程师，主要从事水利工程建筑设计研究，（Tel）13303433232。