浅谈水利工程灌注桩施工技术与质量控制

摘　要：随着灌注桩技术在水利工程中的应用越来越广泛，对其施工工艺以及施工质量的要求也越来越高。本文重点分析了灌注桩施工技术，探讨了灌注桩施工质量控制方法。

关键词：水利工程； 灌注桩施工； 技术； 质量控制
钻孔灌注桩是水利工程中较常见的一种基础形式。它是在泥浆护壁的条件下，利用机械钻进形成桩孔，并采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。因其工量小、省工、省料、施工比较方便，在工程施工中得到了广泛的应用。但是灌注桩属于隐蔽工程，由于影响灌注桩施工质量的因素很多，所以施工过程每一环节都必须要严格要求，对各种影响因素都必须有详细的考虑，如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严，就会在灌注中产生质量事故，小到塌孔松散、缩颈，大到断桩报废，给国家财产造成重大损失，直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。
一、灌注桩施工技术分析
　　1、钻机就位
　　在准备阶段对工程施工场地进行平整和压实，如在施工现场遇到深水区或淤泥层很厚时，则需要进行工作平台的搭设。建立子控制网，确保其能够符合建筑物施工工程的整体测量。对拟建的施工桩位进行放样，同时在其他观测站进行观测和复核。桩位的控制是水利工程灌注桩技术施工中的一项重要内容，只有桩位准确才能确保施工顺利进行。
　　2、护筒的埋设
　　桩位的固定措施主要是埋设护筒，通过埋设护筒，对钻头的钻进方向进行有效引导。进行护筒埋设时，护筒的直径应比桩孔大10cm 左右，可以使钻头在孔内顺利提升。在安装护筒时，应确保其中心线与桩位中心线的偏差保持在50mm 以内。护筒埋设的入土深度应根据土质不同进行调整，如在砂石土质中其深度应当大于1.5m，如在粘土土质中其深度应不小于1m，同时确保孔内的泥浆比地下水位高出1m 左右。护筒埋设应牢固和密实，为防止出现渗水现象，护筒与孔壁之间使用粘土进行夯实。
　　3、钻头和孔口管施工
　　钻孔桩的设计孔径为1.5m 以上时，选择钻头时对其钢材质量有较高的强度要求，确保钻头的质量、角度以及钻头切削内刃的强度。如钻头在施工过程中发生断裂，则会造成孔内事故，不仅延误工期而且将造成经济损失。埋设孔口管时，为确保孔口不会发生坍塌，孔口管采用厚度δ=5mm以上的钢板卷制，直径为1800mm。
　　4、护壁泥浆
　　泥浆的主要作用是支撑孔壁、稳定底层、对悬浮的钻渣进行清理，同时通过泥浆渗透到孔壁周围的底层，阻断渗漏通道，因此，泥浆对孔壁具有十分重要的保护作用。泥浆比重控制在1.2～1.3，粘度22～25s，胶体率>97%，内泥浆面控制在离孔口50cm以内。
　　5、混凝土浇筑
　　混凝土的强度等级必须满足水利工程施工设计需要，所选用的材料应符合国家行业标准，使用的商品混凝土需经过严格检查才能进入施工现场。混凝土浇筑前应着重检查混凝土灌注桩桩底，确定其沉淀厚度和泥浆指标，如不符合浇筑标准则重新进行清理。
　　浇筑前必须对第一次浇筑的混凝土需求量进行详细计算，一般容量应至少是导管容量与漏斗总容量之和的2 倍，才能够确保混凝土从漏斗导管处顺利翻出，并且可以将导管端置于被混凝土掩埋的2.5m 之内。
　　浇筑时混凝土的上升速度保持3m/h以内，浇筑后期应适当提高漏洞高度，使导管内外压力差逐渐增大，并不断提升导管，每次提升的幅度保持在0.5m 左右，才能使混凝土顺利灌入，直到混凝土高度达到空口面，同时把灌注桩内所有钢筋彻底清洁。
　　浇筑完成后，当上部混凝土开始初凝时，清除其钢筋笼的固定措施，确保钢筋笼能够随着混凝土的凝固而自身发生收缩，防止造成粘结力的损失。
　　6、钢筋笼的制作与安装
　　用来制作钢筋笼的钢筋种类及型号等都根据设计需求以及相关的规范来确定。首先根据施工图纸的要求，进行调直、去锈、焊接。钢筋笼的主体应当使用整根的钢筋，如需对接，则尽量使用搭接、焊接头，搭接处的末端不设置弯钩。其次，为保证钢筋笼外混凝土保护层的厚度符合设计要求，在其上下端及中间每隔4m 在一横截面上设置混凝土块。钢筋笼吊装之前，先对钻孔进行检测。主要检测钻孔内有无坍塌和孔壁有无影响钢筋安装的障碍物，如突出尖石、树根等，以确保钢筋笼的安装。钢筋笼吊装时对准孔位，尽量竖直轻放、慢放，遇障碍物可慢起慢落和正反旋转使之下落。无效时立即停止下落，查明原因后再安装。禁止高起猛落、强行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。
二、灌注桩施工的质量控制
　　1、测量定位
　　首先在施工范围内，测量原始地形图，进行场地平整，修筑场内临时施工道路、排水沟搜集水井等，进行临时建设施、施工机具及水电气系统布置，如遇河边有水的地段，应先进行粘土回填和碾压，在迎水面回填级配块石护坡，均由起点向终点推进，然后按设计翻纸的要求，采用GPS 全站仪进行挖孔灌注桩轴线、桩号、高程测量放线，定桩位；在孔口外围采用木桩或小型预制混凝土桩做好桩位纵、横轴线和基准点标记，并做好桩位纵、横轴线和基准点位保护工作。
　　2、泥浆配置与拌制
　　钻孔泥浆由水、膨润土、纤维素、烧碱配制而成。在钻孔中，由于泥浆的相对密度大于水的相对密度，泥浆的静水压比水大，泥浆可作用于井钻孔壁形成一层泥皮，阻隔钻孔内外渗流，保护钻孔壁免于坍塌，同时，泥浆还有悬浮钻渣的作用。对于正循环钻机既要求有一定的悬浮钻渣能力，又要求它能很容易流动产生上升流速，所以，泥浆的配比必须满足各项指标。根据我们的实际经验，泥浆的配置建议如下：质量比：水：膨润土：纤维素：烧碱=100：7：0.007：0.003。膨润土泥浆具有相对密度低，粘度好，含砂量小，泥皮薄，稳定性强，固壁能力高，钻具回旋阻力小，钻进率高等优点；纤维素可使地基土表面形成薄膜和降低失水率的作用；烧碱增加水化膜的厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水率。泥浆在钻进成孔过程中冷却钻头、清孔排渣和保护孔壁，在水下混凝土灌注时维护孔壁稳定和悬浮钻屑。泥浆过稠，钻进速度慢，孔壁泥皮过厚；泥浆过稀，护壁易塌孔，孔底沉渣难以冲洗出来；泥浆含砂量过大，泥皮疏松，孔壁摩阻小，孔底沉渣厚。桩基工程为降低成本，多采用自然造浆，如不注意泥浆及性能的合理调配和使用，则会影响成孔、成桩的质量，并污染环境。在一些软土地层，原土造浆能 力不强，为增加泥浆黏结力，护壁泥浆可以膨润土为主要原料，加纯碱、CMC 等外掺剂，用水混合拌制而成，使孔内漏水现象减少，保持孔内的水压，泥浆密度具有静切力和能变性，产生液柱压力平衡地下水压力，并对孔壁有一定的侧面压力使孔壁有一种液压支撑，其胶制颗粒分子在泥浆压力作用下渗入孔壁起到防止塌孔、保护孔壁。
　　3、开钻成孔
　　首先安装钻机时底架要平稳，钻头和钻杆中心对准护简项面中心，偏差不得大于50 毫米。其次钻孔时钻杆（吊绳）要保持垂直，施工期间随时用线锤检查，避免钻孔倾斜。最后，建议在钻孔时采用低档、慢速均匀钻进，特别在护筒出口处避免失稳和渗漏。在地层变化处控制钻速和钻压，以防孔斜。对易缩径土层配合必要的复钻。在硬塑的黏土层中钻进时采用中高档钻速，在淤泥和粉砂层钻进中采用低档钻速，从硬层到软层时可适当加快钻进速度，当从软层到硬层时少加压慢速钻进。
　　4、桩位偏差与垂直度偏差
　　桩位偏差是指桩孔中心与原设计中心之间的偏差，检查的方式有两种，即基坑开挖前量护筒中心，基坑开挖后量桩中心，它属于主控项目。垂直度偏差是指钻孔水平面的垂线与钻孔轴心线的夹角，它是一般项目。如果它们出现误差将造成施工精度不准，桩位对接不上，给后期施工带来相当大的麻烦。那么在控制桩位偏差和桩孔垂直度方面要注重一些方面。首先开工前要根据设计桩位平面图及场地有关测量资料，校测场地基准线和基准点，测量桩位线，测定桩的位置和桩位地面标高，可以根据需要适当补充测量控制点。当桩点测定后要打人铁质标志桩，防止人为挪动或破坏。其次是埋设护筒前，先用十字定位法在实测桩点外引成四个控制点并加以标志，护筒材料的选用和结构设计要考虑其反复回收使用的特点而必须具有一定的强度和刚度，且便于运输、安装、埋设和起拔拆卸。再次钻机安装时，桩点已经虚拟化，要保证地基牢固，钻机水平、周正、可靠，确保游动滑轮中心、回转器中心、桩点在同一条铅垂线上。在钻进过程中，还应随时检查钻机是否水平、周正、可靠。必要时加以纠正。同时在钻进初期需轻压慢转，钻头不能碰撞和挤磨护筒，待钻头通过护筒底脚后才能逐渐增加转速和钻压，转入正常钻进后，应合理掌握钻进技术参数，不得随便提动钻具和盲目加大钻压，以免发生孔斜和人为的孔内事故。
　　5、钢筋笼孔内安装
　　先在孔口、孔底布设定位支架并对主筋的位置进行编号，主筋在加工厂或施工现场焊接，对号进行点焊或绑扎，外箍筋在现场先做定型，然后套在主筋外侧从底部向孔口方向依次绑扎，在适当位置再加定位支架。该办法制安一次到位，避免在孔内焊接主筋和利用起吊设备安装。钢筋笼安装定位后，应在周边梅花形布设预制混凝土保护层垫块。钢筋笼安装完毕，再次消除孔底浮土或沉碴，排除积水，进行验收，作好桩身灌注前的准备工作。
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