水利工程钻孔灌注桩施工技术探讨

张盼

（安徽三洲水利建设有限公司，安徽宿州 234000）

1 引言

桩基施工是重大水利工程建设的重要一环。相较于锤击沉入桩而言，钻孔灌注桩具有施工噪声小、干扰小的特点，可以满足大直径桩基施工要求。因此，基于工程实际情况，探讨钻孔灌注桩工艺操作要点具有非常重要的意义。

2 水利工程中钻孔灌注桩施工技术的应用原理

在水利工程中，钻孔灌注桩施工主要是在现场通过机械钻孔或人工挖孔成孔，在孔内放置钢筋笼并完成混凝土灌注，形成稳固的桩基础。根据地层土质的差异，成孔方式也具有一定差异。在地层土质条件较好且地下水位处于较低水平时，基于人工挖空、冲抓钻成孔、长螺旋钻孔的干作业成孔模式较为常用；而在地层土质条件较差且地下水位较高时，基于冲击钻、正反循环钻、旋挖钻的泥浆护壁+钢护筒成孔模式较为常用。成孔之后，需要吊放钢筋笼，吊放钢筋笼就位后经导管灌注水下混凝土。导管灌注水下混凝土的原理是：经导管内隔水球前进，在隔水球被顶送出导管的瞬间利用混凝土封堵填埋导管，后续经导管向桩孔内灌注混凝土。

3 水利工程中钻孔灌注桩施工技术的应用

3.1 测量定位

在钻孔灌注桩施工前期，可以根据业主方提供的平面大地定位测量控制点，利用全站仪确定轴线坐标定位点，并将轴线控制桩设置在构筑物外，同时设置红色三角旗保护轴线控制桩，为后期轴线控制、场地施工测量位置划定提供依据。在这个基础上，施工人员可以遵循先整体后局部的原则，结合现有红线测绘成果，利用全站仪、水准仪以及钢卷尺（50 m、5 m），进行其他轴线的测量、定位。

为了确保钻孔灌注桩的施工质量，测量人员应在重复测量业主方提供坐标基桩的前提下，选择可靠且稳定的位置进行三角网加密桩的增设。同时，沿着总平面布置图进行实地踏勘，明确全部工程控制坐标点，完成施工测量平面控制网的创建。一般相邻控制点之间的间隔为30.0～50.0 m，在后视点确定之后，利用全站仪测量方法，再次测量控制桩相对位置、中心线相对位置。在确认控制桩相对位置、中心线相对位置无超出标准要求的误差后，放设“十字”护桩，并在护桩表面浇筑混凝土，降低后期施工对控制桩的影响。在正式工艺操作阶段，测量操作者需要以星期为单位，进行轴线控制桩的多次复测，规避木桩位置移动对工艺操作精度的不利影响。

在平面控制网设置完毕后，测量人员可以在确认业主方提供水准点标高无误的情况下，选择恰当的路线，将永久水准点纳入闭合水准测量体系内，为后续质量控制提供依据。一般永久水准点沿线需要设置临时水准点，相邻临时水准点之间的距离为50.0 m，每一个临时水准点校核需要的永久水准点数量为2 个或2 个以上。在临时水准点校核无误后，测量人员可以在设置的桩位上进行水准桩、控制桩序号的排列，并简单阐述测量桩的方位、标高、作用、位置、方向等。

3.2 钻孔

在测量定位后，可以根据工艺要求，选定待钻进的桩位，完成钻机放置并进行钻机平衡度调整。一般需要利用吊垂球，进行钻杆、钻孔中心位置调整，确保钻杆、钻孔中心处于同一垂线。在确认无误后，进行钻机固定。利用固定后的钻机完成钻孔作业。在钻孔作业开始初期，可以贯彻慢进尺、小转速方针，进行自重钻进，并全程观测、调整钻杆垂直度。在钻进到设计深度后，应再次调低钻具行进速度，回转上拉，为清孔作业做好准备[1]。

如水利工程地质条件不佳，可以选择泥浆护壁成孔技术。成孔所用泥浆制备材料包括膨润土、黏土与水。其中，膨润土为蒙脱石组成的黏土性矿物，黏土则为颗粒直径小于0.005 mm黏粒含量超过50.0%且塑性指数超过17 的黏土。准备运转速度超出200 r/min 的膨润土搅拌机，先注入定量清水，边搅拌边投放膨润土，膨润土溶解后则先后投入羧甲基纤维素、分散剂、增大相对密度剂、渗水防止剂，最终制备成黏度超过17 Pa·s，pH 处于7.0～8.0 的泥浆。在钻孔操作过程中，注入孔口泥浆的相对密度小于1.10、黏度处于18.0～20.0 Pa·s。钢护筒内泥浆应超出地下水位，超出高度为不小于1.0 m。若水利工程受水位涨落影响，则保护钻孔壁的泥浆面应超出地下水位最高位置1.50 m。

3.3 清孔

在钻孔行进到设计深度后停止进尺，稍微提升钻具至距离孔底10.0～20.0 cm，整个过程中保持泥浆正常循环，每间隔一定时期进行钻盘空转，将孔底剩余泥块研磨成泥浆后排出，排出泥浆相对密度应在1.25 以下，黏度处于18.0～25.0 Pa·s，不断置换泥浆，持续30 min，完成第一次清孔[2]。

在第一次清孔作业完成后，进行孔深测量，确认无误后，及时完成钢筋笼、混凝土导管安放，准备第二次清孔，持续30～60 min。在清孔完成后，进行钻孔深度、孔底沉渣量的测量，确保钻孔深度与要求相符，孔底沉渣厚度小于或等于10.0 cm，沉渣黏度处于18.0～24.0 Pa·s，含砂量大于4.0%但小于8.0%。

3.4 钢筋笼的制作与安装

钢筋笼制作应选择空间较大、运输便捷的场所，根据钢筋直径、型号、长度差异，分类别堆放。根据钢筋笼设计图纸，利用专门的调直平台完成主筋调直。在钢筋骨架成形之后，将架立筋平稳安放到钢骨架上，并依据相邻主筋之间距离相等的原则完成主筋布置，同时利用电弧焊固定主筋、架立筋。若需要接长主筋，制作者应选择搭接焊、对焊、绑条焊的方式，在同一个截面内进行主筋的对称连接，并控制钢筋接头数量在主筋总体数量的一半以下，且相互毗邻的两个钢筋接头之间相距长度超过500 mm（或主筋直径的35 倍）。进而依据主筋直径的10～15 倍进行钢筋焊接。在完成主筋与架立筋固定之后，将钢骨架平稳安放到外箍筋滚动焊接器，依据相邻箍筋之间距离相等的原则，进行箍筋缠绕。并依据箍筋长度的8～10 倍的焊接长度标准，利用电弧焊完成箍筋、主筋固定。同时，制作者应将宽度50.0 mm、长度400 mm 的钢板制作而成的钢筋定位器设置在主筋外侧，控制钢筋笼直径偏差在±10.0 mm 以内、长度偏差在±50.0 mm 以内。

在钢筋笼安装阶段，可以选择扁担起吊方法，在钢筋笼上部箍筋、主筋相连位置对称设置吊点，共3 个吊点，在专人指挥下，两人对称手扶钢筋笼，垂直对着孔位缓慢下放。在钢筋笼徐徐下放到孔底的过程中，若遇阻力，则可以适当转向提起，或者起笼扫孔后重新下放，避免强制下放。

3.5 灌桩

在灌注桩操作前，操作者应沿着拼装、试水、试压、密封圈增设、紧丝扣安放紧固等顺序完成导管下放。在导管下放完毕后，操作者可以结合二次清孔安放底部具隔水塞的漏斗，确保灌注持续性。若导管内混凝土含有空气，则后续混凝土井溜槽缓慢灌入导管、漏斗[3]。同时，操作者应进行混凝土灌注面标准高度的计量，规避混凝土溢出导管现象。

4 应用水利工程钻孔灌注桩施工技术的注意事项

4.1 成孔注意事项

在钻孔前期，应进行钻机的平稳调整，确保钻机与带钻孔面呈90°且处于稳定牢固状态。开钻时，应使钻头接触地面，将进尺深度调整至0 位，进而在原地顺时针旋转，以钻杆自重、钻斗自重、液体压力作为钻进动力，控制初次钻进压力在90 kPa 左右。先以缓慢的速度钻进随后逐步加快。

当钻杆内密布钻渣时，首先，应停止下压，回旋钻进。其次，调整参数，促使动力头转动方向为逆时针，且朝着下方送行。再次，关闭钻头，回转底盖。最后，以一个缓慢的速度向上方提拉钻头，在提拉期间应避免钻头与孔壁接触。在将钻头脱离孔口后，应控制钻机旋转到自卸车位置[4]。在动力头的帮助下，由上部给予顶杆一个压力，在压力传导过程中开启底盖，完成钻孔阶段渣土外卸。在完成渣土外卸作业后，将底盖关闭并重新旋转到钻孔位置，精准对照钻孔位置，以一个缓慢的速度，启动钻斗至钻底，往复多次开展，直至钻孔至设计深度。若在钻进阶段发生钻机摇晃、钻杆跳动、进尺阻力加剧等异常情况，应第一时间关停钻机，提拉钻头检查原因，消除故障后再次钻进。

4.2 灌桩注意事项

在安设导管后，应利用8 号铁丝将滑阀（或隔水塞）悬挂在导管内水面，促使导管与滑阀紧密贴合。在灌注混凝土之前，配置0.1～0.3 m3水泥砂浆，将配置完毕的等量砂浆放入滑阀上方导管、漏斗内[5]。然后灌注混凝土，在初次灌注混凝土量达到设计标准（导管埋入混凝土内深度超过1.2 m）后，将铁丝剪断，并借助混凝土自重完成导管内多余水分排放，促使滑阀牢固停留在孔底。

在首批混凝土灌注完毕且无异常表现后，应进行混凝土的连续灌注。混凝土灌注上升速度在2.0 m/h 以内，灌注期间导管内混凝土应具有流动性，一般从混凝土搅拌初期到灌注完毕持续时间应少于1.5 h[6]。同时操作者应利用测锤定期测量混凝土面上升高度，逐节拆卸或提升导管（拆卸时间低于15 min），促使导管最大埋深低于最下端一节导管长度（最小埋管深度超过1.5 m、最大埋管深度小于8.0 m），确保桩身混凝土灌注均匀度。最终桩顶应超出混凝土灌注高度800.0～1000.0 mm。

此外，为避免钢筋笼在混凝土灌注期间上浮，除了在孔口固定钢筋笼上端外，还可以适当缩短混凝土灌注时间，并在钻孔内混凝土接近钢筋笼时放慢灌注速度[7]。同时，在孔内混凝土进入钢筋笼1.0～2.0 m 时，应适当进行导管提升，缩短导管，增加钢筋笼在下层混凝土内的埋置深度。

5 结语

综上所述，钻孔灌注桩是水利工程基础施工中优势较为显著的工艺，需要利用特定的钻孔机械、灌注设备完成桩基打设。为了获得高抗震性能、低噪声、高承载力、高强度、高适应度的桩基成品，应从测量定位环节入手，进行全面质量把控。并以钻孔、清孔、钢筋笼制作安装、灌注桩为重点，进行细节问题的分析、处理，确保钻孔灌注桩的施工质量。