水利施工钻孔灌注桩施工技术方法

2023-03-12唐尊刚

工程建设与设计 2023年3期

关键词：护筒钻机灌注桩

唐尊刚

（郓城县苏阁引黄灌区服务中心，山东菏泽 274700）

1 引言

随着社会的不断进步，人们对水利工程项目的施工规模、数量与质量提出了更高的要求。为推动水利工程施工有序、安全进行，需注重钻孔灌注桩施工技术的合理、灵活运用，并做到对各施工细节的全面把控，以此获得理想的技术应用效果，促进水利事业健康发展。

2 钻孔灌注桩施工技术优势研究

钻孔灌注桩施工技术操作原理是借助机械钻孔或采取人工挖掘作业方式对地基进行钻孔，并将钢筋笼设置在桩孔内部，紧接着执行混凝土灌注作业，最终构建出具有强大支撑力的基础结构。与以往使用的地基施工技术相比，该技术的应用优势主要表现在以下方面：（1）钻孔、灌浆等施工环节中，应用到的各类施工设备产生的噪声较小，规避了噪声污染的出现；（2）技术操作过程中，可满足预制桩对桩径的要求，有利于桩体结构整体稳定性的进一步提高；（3）即使是建设于地质环境较为复杂的水利项目，也可使用该种技术，并获得理想的钻孔、灌注施工效果[1]。

但该技术也存在较多的不足，比如，完成施工后，无法动态化地监管混凝土施工质量，增大工程后期混凝土的养护难度，这就需要施工人员在应用技术的过程中严格把控施工质量，并针对钻孔偏斜、收缩、塌孔等技术性问题采取相对应的预防、补救措施。比如，为防范塌孔问题的产生，要求施工人员根据工程所处的地层特点以及地质环境，对泥浆各项指标进行全面管控，确保灌注泥浆达到施工标准。施工过程中，若工程建设位置的地质较为松软，应对钻孔速度以及力度进行严格把控，防范因钻孔速度过快使地质结构整体稳定性受到影响。处理收缩问题时，尽可能选用直径较大的钻头设备，既能保证设备满足孔径要求，又能确保设备操作性能，确保钻孔设备连续作业。在此期间，若伴随收缩问题的产生，则需在第一时间关停设备，并做好修复处理工作。针对钻孔偏斜问题，应做好施工区域内的平整工作，规避钻机运行时出现较大程度的晃动，若偏斜问题严重，需适当调低钻孔速度，并重新扫描已钻好的孔洞，实现钻孔偏斜纠正目的。

3 钻孔灌注桩施工技术在水利工程中的运用方法

某水利施工期间采用泥浆护壁钻孔方法开展施工。工程建设区域的土层为土软岩、黏性土和粉砂，孔深为30~100 m，孔径为80~250 cm。

3.1 前期准备

项目施工前，结合当地地质条件，确定施工设备与工艺。采取冲击钻成孔施工工艺，为工程投放11台机冲击钻机，钻机性能指标见表1。

表1 冲击钻机性能指标

由于钻机类型不同，为保证钻机的适用性，通常会为冲击钻机准备专门钻架。完成护筒埋设工作后，需将钻机放置指定施工位置，并稳固钻架，确保桩孔中心与吊绳始终处于同一垂直线上，控制其偏差在2 cm以下。埋设护筒时，选用的护筒为刚性材料，直径为2 m，并在护筒两端分别预留20 cm和40 cm的注浆口。此外，还需将吊环设置于护筒顶端，并在其下端安置刃脚。安装护筒期间应采用十字交叉方法实现对桩体的有效保护。合理控制护筒埋设深度，若为挖孔埋设，反循环钻机护筒埋设深度应为1.5 m、1.7 m、1.8 m；旋钻机护筒埋设深度分别为3.5 m、4.0 m、4.5 m。复核桩体位置时，需将钻机移动到初始施工位置，与此同时，还需全面检查护筒埋设整体稳定性，准确记录相关数值，与施工图纸进行比对，确保位置准确[2]。

3.2 泥浆制备

钻孔施工期间，水泥浆灌注的主要目的是保护孔壁，避免钻头钻进对工程结构整体稳定性的不良影响。制备水泥浆时，尽量选择施工现场已有的原材料，既可以减少材料采购与运输成本，还可防范运输过程中受外界因素的影响使材料性能发生变化。本工程使用黏土、膨胀土、化学混合剂执行水泥浆制备工作，并在作业过程中实时检测水泥浆性能，依托检测结果以及技术具体要求，优化调整水泥浆配比。与此同时，使用反循环工艺，即借助泥浆循环净化系统带动钻孔上升，当向外喷发的泥浆抵达至孔口后，泥浆泵会自动抽出带渣的泥浆，实现对泥浆循环净化处理。泥浆各项指标要求见表2。

表2 泥浆性能指标

3.3 钻孔施工

开展钻孔施工时，要求作业人员严格把控孔壁结构稳定性，还需跟踪监管、测量钻机与孔洞垂直程度，避免钻孔倾斜。一般来说，每完成5 m的钻进深度便需安排施工人员检查孔径以及孔洞偏斜情况，确保孔洞偏斜问题出现的概率始终控制在1%以下。若发现较为明显的偏斜现象，应立即停止钻进行为，并做好纠正工作，详细记录钻孔期间的各项数据，为交接的施工人员提供数据参考。完成钻孔施工后，工作人员应采取随机抽检原则对孔洞的合格率进行检查，若无孔洞偏斜或其他问题，应在第一时间全面清理空洞内部杂物。钻孔施工流程如下：借用小冲程设备打孔，遵循低垂密击开孔原则，合理控制每次击打高度约0.5 m。在此期间，应加入适量黏土泥浆或片石，从而达到保护孔壁的目的，确保孔壁挤压密实，并充分发挥其自身的导向作用。当孔深达护筒底以下3 m后，可适当提高锤击速度与高度，但需始终低于2.0 m，打击频率维持在8~10次／min。敲打过程中应实时检测泥浆比重，适时、适量加入清水或黏土，确保泥浆比重始终满足灌注施工要求。同时，还应检测钻头转向装置的灵活程度，并观察钻头磨损情况，做好装置调整与钻头更换等工作，规避缩孔或十字孔的出现。

3.4 混凝土配比试验

3.4.1 材料选择

试验选用的施工材料为普通硅酸盐类水泥，将原材料强度等级控制在42 MPa以上，混合的矿粉需先磨碎再加入混合料中，以保证混合土拌和性能。矿粉渣规格由所制定的混凝土规格所决定，当混凝土规格未达到C50时，应选择s95型矿粉渣规格。选择粗、细骨料时，尽可能选用连续级配碎石和中粗砂，还需合理控制粗骨料粒径，不得大于管道内径的20%。

3.4.2 混凝土配合比

最终设计的水下混凝土配合比强度为25 MPa，而制备强度确定为33.2 MPa，在此期间，要求水下混凝土试配强度始终高于设计强度的32.8%。

通过对试验数据进行分析能够得到以下结论：配合比拟定为370（水泥）∶775（砂）∶321（粗碎石）∶749（细碎石）∶1.850（JM-Ⅱ减水剂），质量比为1∶2.095∶2.892∶0.5∶0.005。将适量粉煤灰加入灌注的混凝土中，配合比为361（水泥）∶719（砂）∶337（5~26 mm碎石），水灰比为0.54。坍落度控制在18~22 mm，最终得到的混凝土平均强度为33.6 MPa。

3.4.3 钢筋笼技术

制作钢筋笼时，需交错放置钢筋笼主筋接头，各施工段的接头数量应少于总数量的50%，并做好钢筋与箍筋具体位置的布设工作。连接主筋与箍筋时，需在主筋上焊接箍筋点。在主钢筋内部设置加强筋，第一道钢筋应设置于桩体顶端，并在距离地面10 cm处设置第二道加强筋，确定两端钢筋位置后，以2~2.5 m的间距设置其余加强筋。开展箍筋电弧焊与主杆连接工作时，应全过程控制电流，并在成型后安排专业人员检验钢筋笼整体施工质量。

3.4.4 导管施工

使用厚度为0.5 cm的钢板制作成导管，直径为25 cm，导管中间各节长度控制在2.5 m左右，同时还需保证最下端一节长度不小于3.76 m。采取丝扣连接方法，实现对导管底端设置位置的有效把控，确保其与桩底间距始终维持在37 cm左右。完成施工后，应组织导管水密、承压等实验。

3.4.5 灌注施工

开展水下混凝土灌注工作前，应计算混凝土灌注量：

式中，V为混凝土灌注量，m3；D为桩孔直径，m；H1为桩孔底端与导管底端间距，m，通常为0.4 m；H2为导管初次埋设深度，m；d为导管内径，m；h1为桩孔内混凝土达到埋设深度H2时，导管外压力所需高度[3]，m。

灌注过程中若清孔工作需彻底、深入执行，则需将导管初次埋深设定为1.4 m，导管与孔底间距需控制在0.35~0.4 m。混凝土灌注技术操作方法如下：连接漏斗与导管，借助钢索紧固钢板垫，并将其置于底端出口位置，实现对孔口的密实封堵，若条件允许，需执行密实程度试验检测，只有达到相关标准后才可开展水下混凝土灌注施工。严格按照相关规范控制灌注速度，与水上工程混凝土灌注施工相比，尽可能提高水下灌注作业的速度，以此规避泥浆沉淀、塌孔等问题的发生。与此同时，还应科学合理地把控灌注时间，通常将8 h作为施工标准，并保证灌注高度控制在10 m左右，防范混凝土随意流动。灌注时间控制见表3。