插花船闸除险加固工程钻孔灌注桩施工技术探讨

张 梁

(安徽三洲水利建设有限公司，安徽 宿州 234000)

1 引言

桩基础是一种常见的基础型式，在房建、市政、交通、水利工程中使用较多[1-3]。混凝土灌注桩由于适应性强，在较多的工程桩得到了使用。影响这种桩基础施工质量的因素主要包括：成孔质量、钢筋笼安装质量、混凝土灌注质量等[4-6]。同时，在临时河流地区，水下混凝土灌注施工难度较高，因此，研究水下混凝土灌注施工工艺是十分必要的[7-9]。结插花枢纽加固工程，对其钻孔灌注桩施工方案进行分析。

2 工程概况

插花枢纽工程位于茨淮新河，由于多年运行，部分部位老化，需要加固处理。插花枢纽加固工程内容为上下闸首及闸室段砼磨损及老化部位进行防碳化处理；更换上下闸首人字门及启闭机、上下闸首输水洞门及启闭机，同时拆除重建上闸首启闭机房；护坡维修加固、新建靠船墩等。

新建上下游靠船墩基础采用钻孔灌注桩，桩径1.4 m，钻孔灌注桩基础采用旋挖钻、冲击钻或循环钻机成孔，桩基钢筋笼由钢筋加工厂集中制作，运至现场下放；混凝土由拌合站集中搅拌后运输至现场，采用导管法灌注。

3 灌注桩施工方案

3.1 施工准备

泥浆采用粘土或膨润土制备，体积应为2倍桩基混凝土体积。浆液要求见表1。施工中随时检测泥浆各项指标，避免发生事故。

表1 浆液要求表

钻孔护筒选用厚度为1 cm的钢板护筒，护筒内径比钻孔孔径大约20 cm，根据地勘报告，护筒高度设置为3.5 m。为防止护筒受地应力影响发生变形，在钢板护筒的上下端部以及护筒中部设置加筋肋，护筒埋设位置需测量准确，护筒需要保持稳固。

泥浆比例按照设计要求配比进行配置，泥浆配置过程中，膨润土搅拌时间以3 min左右为宜，为保证护壁治理，泥浆配置各材料质量误差不能大于5%。

制浆主要材料选择如下：①膨润土，选用优质的膨润土；②水，用新鲜洁净的淡水；③分散剂，选用工业用纯碱；④絮凝剂，选用聚丙烯酰胺。

在使用之前，应当将泥浆处理剂配置成水溶液。其中：纯碱、CMC、聚丙烯酰胺溶液浓度分别为20%、1.5%、1.5%。

膨润土浆需存放12 h后方能使用。在施工过程中，泥浆受到岩土体碎屑等的影响，其性能将逐渐恶化，须进行处理后方可再次利用。

泥浆检测和控制要求见表2。

表2 新制膨润土泥浆性能现场检测指标表

3.2 钢筋笼制作及吊装

(1)钢筋制作与焊接

1)钢筋笼制作采用整体制作或者分段制作均可。采用分段制作钢筋笼时，各个钢筋笼之间的连接质量需要满足相关技术规范要求。

2)钢筋笼应在专用台架上制造。加强筋与主筋之间需要采用焊接方式连接。

3)钢筋笼吊装时，需要均匀布设钢筋笼的吊点位置，吊点设置需具有一定的强度、刚度，保证钢筋笼吊装过程中不发生变形。

4)钢筋笼外侧应对称设置保护层垫块(与桩体同等级混凝土材料)。钢筋笼检验允许偏差见表3。

表3 钢筋笼检验允许偏差表

(2)钢筋笼运输与安装

钻孔完成且第一次清孔后，即可进行钢筋笼吊装作业。钢筋笼起吊、运输、安装过程中应保证骨架的整体性。

起吊钢筋笼时，吊点的安装位置需精确。钢筋笼设置吊点两处，其中：第一吊点位于钢筋笼顶部的加强箍筋或者吊环处；第二吊点位于距钢筋笼底部约1/3钢筋笼长度处。

(3)钢筋笼的拼装焊接

在进行钢筋笼拼装焊接作业前，需要仔细检查钢筋笼每根主筋的焊接成果。在钢筋笼拼接过程中，使用楔形卡固定焊接位置以避免钢筋笼局部出现变形。

(4)声测管制造和安装

管内应光滑不漏浆，高度应基本一致，采用绑扎方式固定。

(5)钢筋笼固定

钢筋笼拼装焊接完成后，将其吊放至设计标高。之后再一次校正钢筋笼中心位置，并在护筒两侧放置枕木，防止偏位和上浮。钢筋笼安装检查项目见表4。

表4 钢筋笼安装检查项目

3.3 水下混凝土灌注

(1)准备工作

钻孔灌注桩水下混凝土采用导管法进行灌注。导管选用Φ300 mm卡口接头导管。在灌注作业之前，需对导管进行编号并检测每根导管的水密承压性、接头抗拉成果。

再实施混凝土灌注前，需再一次复核钢筋笼情况，检测合格后，方可开始混凝土灌注作业。

钻孔灌注桩混凝土灌注作业需要在第二次清孔作业完成后进行。开始时间距离沉渣厚度检测合格时间间隔不应超过30 min。桩身混凝土灌注需乱序进行，采用水下灌注方式，混凝土选用为C30。

(2)首批封底砼的灌注量计算

初灌量应超过导管底部1.0 m以上，采用下式计算：

V≥(1/4)πD2(H1+H2)+(1/4)πd2h1

(1)

h1=Hwγw/γc

(2)

式中：V为初灌量；D为桩孔直径；H1为孔底至管底距；H2为导管初次埋深；D为导管内径；h1为管内混凝土平衡导管外压力所需高度；Hw为泥浆深度；γw泥浆重度；γc混凝土重度。

(3)灌注水下砼

导管法灌注水下混凝土施工工序，见图1。

1.安设导管，导管底部与孔底之间留出30～50 cm空隙；

2.料斗底用铁塞堵塞；

3.料斗及导管灌注首批封底砼；

4.吊车拔出料斗铁塞，砼下至孔底，封埋导管；

5.连续灌注混凝土，上提导管；

6.混凝土灌注完毕，拔出护筒。

准备工作完成后，使用罐车将混凝土运送至井口，出料口应当正对导管漏斗，当混凝土开始下漏时，开始向漏斗内均、不断的放料。

首次混凝土浇筑采用投球法，在麻袋内装上混凝土，使用8#铁丝系在吊车上。开始灌注时，剪断铁丝，此时混凝土可排走导管内部的水，有利于提高水下混凝土灌注质量。之后，一次性灌入首批混凝土，达到设计高度。随后施工中，应当技术测量灌注高度和导管埋深，及时拆除导管。埋管深度需要控制在2.0 m～6.0 m之间。

水下混凝土灌注作业需要保持混凝土连续灌注，混凝土灌注速度应当尽量维持快速，以缩短混凝土灌注作业时间。此举是为了避免上一批次混凝土达到初凝状态，导致混凝土灌注作业的顺畅性，同时也降低了灌注桩断桩的可能性。灌注桩混凝土在灌注过程中，需要保证混凝土位于漏斗内，若导管内含有空气时，则需要降低混凝土灌注速度，以免在导管内形成高压气囊，从而挤出导管内的橡胶圈，造成导管出现漏水现象。

导管提升过程中应保证轴线竖直和位置居中。导管拆除应当快速进行，时间需控制在15 min内。已拆除部分应当立即清洗干净。

为防止钢筋笼上浮，需采取以下措施：①缩短混凝土灌注时间；②当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应降低灌注混凝土；③当混凝土顶面进入钢筋笼骨架4 m～5 m时，需要提升导管，减少导管埋深。为提高混凝土与钢筋笼骨架的粘结强度，应增大骨架在导管口下的埋深。

4 结论

结合插花船闸除险加固工程从施工准备、钢筋笼制作及吊装、水下混凝土灌注3个方面对钻孔灌注桩施工方案进行分析。在施工过程中应当严格按照施工工艺进行，以保证灌注桩施工质量。