灌注桩施工工艺在海南红岭灌区工程渡槽基础中的应用

摘要：钻孔灌注桩因具有诸多优点而在工程上得到广泛应用，已成为一种重要的桩型。但其施工易发生质量事故，且发生事故后，处理难度大，费用高，因此，有必要对钻孔灌注桩的施工工艺及注意事项加以分析，熟悉施工工艺，重视注意事项，尽可能防止质量事故发生。

关键词：灌注桩;工艺;海南;渡槽;应用

一、工程概述

海南红岭灌区工程37#渡槽位于东干渠桩号111+584～112+199，全长615米，其中进口渐变段长20米，出口渐变段30米，渡槽身长565米（12.5+15*36+12.5）。槽墩为方形柱排架结构，灌注桩基础，2#～38#墩共74根桩基。灌注桩桩径1.0米，桩长7.6米～15.6米。地质情况上层基本是粉质粘土层，下层为强风化玄武岩和弱风化玄武岩，灌注桩底要求嵌入弱风化玄武岩0.5m。桩基总长866.84米，钢筋笼制做安装68吨。

二、准备工作

1、场地准备

施工前应将场地平整好，以便安装钻架进行钻孔。当墩台位于无水岸滩时钻架位置处应整平夯实，清除杂物、挖换软土。

2、测放桩位

桩位测放的准确与否关系重大，对桩中心点的测放应多次校核确保无误。

3、埋置护筒

（1）护筒的作用：固定桩位，并作钻孔导向;保护孔口，防止孔口土层坍塌;隔离孔内、外表层水，并保持钻孔内水位高处施工水位，以稳固孔壁。因此埋置护筒要求稳固、准确。

（2）埋置护筒时应注意的事项：护筒平面位置应埋设正确，偏差不宜大于50㎜;在无水地层钻孔时，因护壁顶部没有溢浆口，因此筒顶要高出地面0.2～0.3m;埋置护筒挖坑不宜太大，一般比护筒直径大0.6～1.0m。护筒应埋置在稳定的粘土层中，否则也应换填粘土并夯密实，其厚度一般为0.5m。

（3）护筒在灌浆结束，混凝土初凝前拔出。

4、制备泥浆

（1）泥浆在钻孔中的作用：在孔内产生较大的悬浮液压力，可防止坍孔;泥浆向孔外土层渗漏，在钻进过程中由于钻头活动孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用;泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排除。

（2）泥浆的配置：在钻孔过程中，孔内应保持一定稠度的泥浆，一般比重以1.1～1.3为宜，在冲击钻进大卵石层时可用1.4以上，粘度为10～25s，含砂率小于6%。如在较好的粘土层中钻孔，可灌入清水使钻孔时孔内自造泥浆，达到固壁效果。调制泥浆的粘土塑性指数不宜小于15。

5、安装钻机或钻架

钻架是钻孔、吊放钢筋笼的支架，在钻孔过程中，成孔中心须对准桩径中心，一般桩的中心位置误差不宜超过50mm。钻机必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。对于成孔中心的对中一般用垂球来定位。钻盘水平度和钻架的垂直度一般用水平尺来确定，并在钻孔过程中经常检查。

三、钻孔

1、钻孔方法和钻具

旋轉钻进成孔是利用钻具的旋转切削土体钻进，并在钻进的同时常采用循环泥浆的方法护壁排渣，继续钻进成孔。旋转钻机按泥浆循环的程度不同分为正循环和反循环两种。所谓正循环即在钻进的同时，泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣在此沉淀而泥浆仍进入泥浆池循环使用。

反循环与上述正循环程序相反，将泥浆用泥浆泵送至钻孔内，然后从钻头的钻杆下口吸进，通过钻杆中心排出到沉淀池，泥浆沉淀后在循环使用。反循环钻机的钻进及排渣效率高，但在接长钻杆是装卸较麻烦。

我国定型生产的旋转钻机在转盘、钻架、动力设备等均配置定型，正循环旋转机当用的钻头有鱼尾锥、圆筒型钻头、刺猬钻头;常用的反循环钻头有三翼空心钻。

由于旋转钻进成孔的施工方法受到机具和动力的限制，一般适用于较细、软的土层，对于坚硬土层或岩石，目前也有采用牙轮旋转钻头。

2、钻孔的注意事项

在钻孔过程中应防止坍孔、孔型扭歪或孔偏斜，甚至把钻头埋住或掉进孔内等事故。因此，在钻孔时应注意下列个点：

（1）在钻孔过程中，始终要保持钻孔护筒内水位高出筒外1～1.5m的水位差，护壁泥浆要达到要求，以起到护壁、固壁作用，防止坍孔;

（2）钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以避免坍孔，若坍孔严重应回填重钻;

（3）钻孔过程中应加强对桩位成孔情况的检查工作，终孔时应对桩径、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底土质等情况进行检测，其中倾斜度偏差要小于1%。

四、清孔及装吊钢筋骨架

1、清孔

（1）清孔的目的：其目的就是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆，以保证灌注的混凝土质量，保证桩的承载力。

（2）清孔的方法：正、反循环旋转机可在钻孔完成后不停钻、不进尺，继续循环换浆清渣，直至达到清理泥浆的要求。它适用于各类土层的摩擦桩。

（3）清孔要求：浇注混凝土前孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s。

2、装吊钢筋骨架

钻孔桩的钢筋应按设计要求预先焊成钢筋笼骨架，整体或分段就位，吊入钻孔。在起吊骨架时采用两点吊，第一点设在骨架下部，第二点设在中点到三分点之间，以保证骨架不变形。

钢筋笼骨架吊放前应检查孔底深度是否符合要求;孔架有无妨碍骨架吊放 的情况。现在大多数用起重机进行吊装，吊放时应避免骨架碰撞孔壁，并保证骨架外混凝土保护层厚度，应随时校正骨架位置。钢筋骨架安置完毕后，须再次进行孔底检查，有时须进行二次清孔，达到要求后可灌注水下混凝土。

五、灌注水下混凝土

目前我国多采用直升导管法灌注水下混凝土。

1、灌注方法

将导管居中插入到离孔底0.3～0.4m处，不能插入孔底沉淀的泥浆中，导管上口接漏斗，在接口处设隔水栓，以隔绝混凝土与导管内水的接触。在漏斗内存备足够数量的混凝土后断开隔水栓，使漏斗中存备的混凝土连同隔水栓向孔底坠落，将导管内的水挤出，混凝土从导管下落至孔底堆积，并使导管埋在混凝土内。此后，向导管连续灌注混凝土，导管下口埋入孔内混凝土1～1.5m，保证钻孔内的水不可能重新流入导管，随着混凝土不断由漏斗导管灌入钻孔，钻孔内初期灌注的混凝土及其上面的水或泥浆不断被顶托升高，相应的不断提升导管和拆除导管，直至钻孔灌注混凝土完毕。

2、有关设备

导管是内经0.2～0.4m的钢管，壁厚3～4mm，每节长度1～2m，最下面一节导管应较长，一般为2.5～4m。导管两端用法兰盘及螺栓连接，并垫橡皮圈以保证接头不漏水。

隔水栓常用直径较导管内径小20～30mm的木球，以粗铁丝悬挂在导管上口或近导管内水面处，要求隔水栓能在导管内滑动自如不致卡管。目前也有采用在漏斗与导管接头处设置活门来代替隔水球，它是利用混凝土下落排出导管内的水，施工较简单，但需有丰富的操作经验。

3、首批灌注的混凝土数量

首批灌注的混凝土数量要保证将导管内的水全部压出，并能将导管初次埋入1～1.5m深。按照这个要求计算第一斗连续浇灌混凝土的最小用量，从而确定漏斗的尺寸大小及储料罐的大小。漏斗和储料罐的最小容量为

V=h1×πd²/4+Hc×πD²/4

Hc——导管初次埋深加开始时导管离孔底的间距（m）

h1——孔内混凝土高度Hc时，导管内混凝土柱与导管外水压平衡所需高度（m）

h1= Hwrw/rc

其中：Hw——孔内水面到混凝土面的水柱高（m）

rw、rc——孔内水及混凝土的容重

d、D——导管及桩孔直径

4、对混凝土材料的要求

为保证水下混凝土的质量，设计混凝土配合比时，要将混凝土标号提高20%，混凝土应有的流动性，以坍落度表示，坍落度宜在180～220mm范圍内;每m³混凝土水泥用量不少于360Kg;水灰比宜用0.5～0.6，并可适当提高砂率，宜采用40%～50%，使混凝土有较好的和易性。为防止卡管，石料尽可能用卵石，适宜直径为5～30mm，最大粒径不应超过40mm。

5、灌注水下混凝土注意事项

（1）灌注前应对孔底沉淀厚度进行测定，如厚度超过规定，采用喷射法向孔底喷射3～5分钟，使沉渣悬浮;

（2）混凝土拌合必须均匀，尽可能缩短运输距离和减小颠簸，防止混凝土离析而发生卡管事故;

（3）导管提升保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，拆除导管时动作要快，一般不超过15min;

（4）灌注混凝土必须连续作业，避免任何原因的中断灌注。如果中断，不能超过45min。因此，混凝土的搅拌和运输设备应满足连续作业的要求。孔内混凝土上升到接近钢筋骨架底处时应放缓灌注速度，防止钢筋骨架被混凝土顶起;

（5）在灌注过程中，要随时测量和记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，提管时控制和保证导管埋入混凝土面内2～6m深度，防止导管提升过快，管底提离混凝土面或埋入过浅，而使导管内进水造成断桩夹泥。另一方面，也要防止导管埋入过深，而造成导管内混凝土压不出或导管被混凝土埋住凝结不能提升，导致中止浇灌而成断桩;

（6）灌注的桩标高度应比设计值预加一定的高度，此范围的浮浆和混凝土应凿除，以确保桩顶混凝土的质量，预加高度一般为0.5m，深桩应酌量增加。

六、结论

钻孔灌注桩在具体的施工过程中各个环节都有可能出现事故，需要控制的要点和注意的事项比较多。因此，在打桩之前要做好充分的准备工作，认真审查地质勘测资料，做好技术交底，重视施工过程中的钻孔、清孔、吊装钢筋笼和灌注水下混凝土的细节问题，这样才可能避免质量事故的发生。

作者简介：

彭荣华（1976～）男，四川省都江堰人，工程师，从事水利水电技术及管理工作。

（作者单位：中国水利水电第十工程局三分局）