水利工程旋挖钻孔灌注桩施工技术及质量控制分析

李 聪

(惠州市水电建筑工程有限公司，广东 惠州 516000)

1 工程概况

洛塘渠小流域和水环境综合整治工程位于惠州市惠城区，综合整治工程长度为11.48km，起点为龙湖大道与规划四环交汇处，终点为临江排涝站。本工程河道水利工程部分主要工程建设内容包括：河道整治、河道建(构)筑物建设以及补水工程三大项。本次共新建垂直岸墙4.43km，新建堤防2.36km，新建节制闸1座，新建排水闸1座，新建排水涵6座，改建排水涵5座，新建桥涵2座，拆除重建2座阻水渡槽，新建农用桥3座，新建人行桥5座。新建补水泵站1座，设计流量2.0m3//s，装机2×115kW，一用一备；改造现状灌溉渠道1.57km为补水灌溉两用渠道，新建1.3m×0.95m(宽×高)混凝土方涵0.41km，敷设DN1350HDPE中空壁缠绕管0.40km，修建明渠长0.48km。本工程钻孔灌注桩部位为：右岸洛4+113.64-洛4+278.44，左岸洛4+113.64-5+418.87.桩端支持为黏土，桩径为D800mm(桩长5m)、D1200mm(桩长12m和15m)。

2 施工工艺流程

河道水利工程旋挖钻孔灌注桩施工流程图见图1。

图1 河道水利工程旋挖钻孔灌注桩施工流程图

3 施工方法及技术措施

3.1 施工顺序选择

由于围护桩为排桩，桩间距为1.4-4.0m，排桩顺序由一边起始依次打桩，不可跳打。

3.2 测量放线

对建设单位提供的测量控制点进行复核，待监理工程师确定无误后，对桩基的位置进行确认，校验钻头的中心线与桩位中心重合[1]。

3.3 埋设护筒

钢护筒用8mm厚的钢板加工制成，内径>桩径200mm，为保证其刚度，防止变形，在护筒上、下端和中部外侧各焊一道加劲肋。钢护筒顶部开设溢浆口，埋设时护筒口高出地面0.2-0.3 m。钢护筒中心与桩中心重合，偏差≤50mm。护筒有定位、保护孔口和维持液(水)位高差等重要作用，采用挖埋设置。护筒埋设深度控制在1.5m左右，护筒与坑壁之间用黏土填实。

3.4 机械就位、对孔位

对孔位时，在测量人员控制下进行，操作人员应注意仪表盘上的读数以保证其垂直度。旋挖机机按指定位置就位，并须在技术人员指导下，调整钻杆的垂直度。对孔位时，圆桩采用十字交叉法对中孔位。对中孔位后，旋挖机不得移位，液压臂也不得随意起降[2]。

3.5 成孔施工

第一根桩施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。成孔施工时应注意随时补充孔内泥浆，防止因挖孔而大量流失泥浆造成孔壁坍塌。

3.6 清孔及二次清孔

1)第一次清孔：

挖至设计标高及入岩土嵌固满足要求，并经监理验收后，进行清孔工作。清孔要求：由于钻孔灌注桩桩一般采用干作业成孔，但由于地下水位较高，一般而言在成孔施工过程中由于桩机对孔内土体的搅动，在孔内会形成密度在1.1-1.3左右的泥浆，对支护桩而言，能够保证成桩质量，因此无需做泥浆置换。由于有泥浆的存在，因此会产生一定比例的微细颗粒,对旋挖桩质量产生影响，因此在挖到设计终孔深度后需进行清孔作业，首先将桩机捞渣斗下入孔底进行反复捞渣，至直捞出来无明显沉渣为止。清孔后的孔底沉碴厚度，≤设计规定值200mm。

2)第二次清孔：

在灌注水下混凝土前复测沉碴厚度，沉碴超过规定者重新按一次清孔步骤清孔，合格后灌注水下混凝土。

3.7 安装钢筋骨架

钢筋骨架采用现场加工制作，加工尺寸严格按设计图纸制作，原则上加工成若干段，连接时上下两节错缝搭接焊，安装时采用设计图纸要求工艺或规范要求工艺进行单面焊焊接长。在旋挖机最后一次清理沉渣完成后，及时吊放钢筋骨架，吊装过程中，应防止钢筋骨架扭转、弯曲，做到缓慢下放。

3.8 灌注及拔管

钻孔完成之后，开始灌注混凝土。灌注工作由长螺旋钻机直接泵送入孔，先将钻机的导管插入钻好的桩孔底部，再灌注混凝土，当钻杆的管芯中充满混凝土后开始提钻，始终保持钻杆的导管没入混凝土1m左右。提钻的速率控制在2.0-3.0m/min，保持均匀的拔管速度直至桩顶，桩顶要超过设计标高50cm以上的位置以保护桩身，成桩之后要加以覆盖保护。桩身灌料的量不能低于设定值，在灌料过程中不能停泵待料[3]。

3.9 桩间清理

成桩28d之后，首先要清理桩间土，从横向开始，利用小型的辅助工具进行清土，靠近桩头部分采用人工清除桩间土，然后采用切割机进行切桩至设计标高。

3.10 质量检测

抽样试块检测：对施工过程中的抽样试块进行检测，一根桩基做三块，试块尺寸为150mm×150mm×150mm，测定28d的抗压强度值。混凝土的28d龄期标准试块抗压强度≥10MPa。

桩身完整性检测：河道水利工程旋挖钻孔灌注桩建成7d之后，运用低应变动力检测技术，对桩身完整性进行检测。

单桩承载力检测：成桩28d之后，对桩身的承载力进行测验。

取芯检测:完成桩身检测之后，若发现问题，需要提取不同深度的桩芯试样进行桩芯强度检测，取芯检测后空洞的桩芯用水泥砂浆进行灌注密封。

4 施工中出现的质量问题及控制措施

4.1 堵管

在本河道水利工程项目施工的过程中，某个桩基位出现了堵管现象，分析其原因可能如下:①混凝土比例不符合设计要求，混凝土中的骨料和水灰比用量不达标，坍塌度不符合要求。②施工操作不规范。当钻机钻孔达到设计标高之后，要开始进行灌注工作，当钻杆的芯管内还留有一部分原料时拔管，如果提钻花费时间较长，就会造成泵里的原料喷出，这样很容易造成管路堵截。③冬季施工保护措施不到位。冬季气温偏低，施工过程中要做好混合原料输送管道的防护措施，如果防冻措施不到位，会造成管道中的混合原料结块，导致管路堵截。④原料输送管道设计不合理，存在缺陷，也容易造成原料积压管道堵塞。

因此，针对河道水利工程旋挖钻孔灌注桩出现堵管的情况，应该做好混凝土比例的设计、确保施工操作规范，做好冬季施工保护措施、确保混凝土输送管道设计的合理性。

4.2 穿孔

在河道水利工程旋挖钻孔灌注桩发生穿孔的原因如下：加固的土层中含有大量的散砂；钻机的钻杆在钻进过程中叶片剪切作用力过大，使周围其他土层松动；土层收受到剪切作用力，土体发生变化，形态不稳定。

穿孔的控制措施如下：打桩过程中采用隔断跳打的方式，减小打桩过程中造成的应力集中现象；对容易发生钻孔区域的，要控制打桩的排数，防止个桩孔之间产生干扰；控制钻机钻孔过程中的速度，使土层稳定[4]。

4.3 缩径、夹泥

在河道水利工程旋挖钻孔灌注桩出现缩径、夹泥的现象，主要是由于黏土遇水后分子联结力出现下降，体积出现膨胀，在钻进的过程中，泥浆密度变小，造成井壁上径向应力大于井内液柱压力，从而出现井眼比钻头直径小的情况。

为了有效避免缩径、夹泥现象的出现，需要控制钻进过程中钻机的提钻速率，防止提钻速率过快造成周围土体向孔内坍塌现象的发生，使得桩孔直径缩小，并且要严格控制灌注料管没入的深度。

4.4 空芯

造成空芯现象问题主要是因为在河道水利工程旋挖钻孔灌注桩施工中，排气阀工作性能不佳，使得钻机工作过程中，管内留有大量的空气，在输送混合原料时，排气阀不能有效将空气排出，导致混合原料输送管道内存有大量的空气，使得桩身在原料填充过程中因存在大量空气出现不饱满的现象[5]。

为了有效避免旋挖钻孔灌注桩出现空芯现象，应该时刻注意排气阀的状况，做好原料的正常输送，避免原料输送管道内出现大量空气。

5 总 结

河道水利工程采用旋挖钻孔灌注桩，对环境的影响更小，其加固效果好，工艺技术简便，设备简单，施工方便快速，造价较低。因此，我们更要抓好施工的各个环节，严把质量关，才能确保河道水利工程的施工质量。