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钻孔灌注桩在水闸地基施工的应用探讨

2015-07-13 208 0

0 引言
　　钻孔灌注桩技术作为一种常见的地基处理措施在泵站、水闸等水利工程中有着广泛的应用。该技术具有适应性强、工艺简单、承载力大的优点，因此目前在国内的基础工程中的应用比较广泛。但由于钻孔灌注桩的施工过程是在不能直接观察的地下或水下进行，且成桩后不能开挖验收。因此，在水闸地基加固工程里，要做好施工前准备工作，加强施工过程的控制，这样才能确保工程的质量，让钻孔灌注桩技术发挥其应用的作用。
　　1 工程概况
　　1.1 设计及施工情况
　　某水闸，排涝标准为20年一遇，洪峰流量228m3/s，总共2孔，每孔净宽9.5m，设一块底板。垂直水流方向底板长23.2m，顺水流方向底板长16.0m，底板面高程-2.0m，厚1.5m，闸墩顶高程7.5m。闸室主体、空箱岸墙及上下游翼墙等部位采用灌注桩基础，桩总数为273根，混凝土标号为C25，桩基情况见下表1。
　　表1 桩基情况表
　　1.2 地质情况及评价
　　根据初设阶段的地质勘察报告，灌注桩桩基穿过4个土层：第一层为真空预压处理后的淤泥层，承载力特征值约60kPa；第二层为淤泥质粉质黏土，土质不均匀，土体性质差异性大，承载力特征值70kPa；第三层为黏土，具中等压缩性，承载力特征值220kPa，力学强度较高；第四层为前震旦系地层，分为3个岩土层。本工程地质情况共计6个岩土亚层，其中，全、强风化层承载力特征值300～500kPa，力学强度均较高，中等风化层力学强度高，桩基深入中风化层，符合规范及相关要求。
　　2 嵌岩灌注桩的施工概况
　　2.1 施工顺序
　　先施工闸底板桩基，然后打上下游翼墙及空箱岸墙部位的桩基，最后打检修平台部位的桩基。
　　2.2 机具选择
　　根据现场地质实际情况，配备5台冲击钻桩机同时施工，锤头重量根据桩径选择2.5～4.5t。
　　2.3 施工工艺
　　初步测量放线→平整场地→定位桩位中心→护筒埋设→校核桩位中心→开始钻孔→成孔检测→循环泥浆清孔→下钢筋笼→下导管→二次清孔检查→浇筑水下混凝土→桩头凿除→成桩检测。
　　3 质量控制
　　3.1 护筒要求
　　护筒内径一般要比桩径大200～400mm，为了防止塌孔，护筒顶口应能保证孔内泥浆面与外部水位形成1～2m液位差且高于地面0.3m。护筒底部与四周回填土必须分层夯实，护筒中心垂直线与桩中心垂直线的平面误差应小于50mm，倾斜度不大于1%。护筒顶部应加焊加强筋和吊耳，开泥浆出水口，钻进过程中要经常检查护筒的位移和下沉情况，及时纠正。
　　3.2 钻孔
　　（1）桩机就位前，首先对桩机设备进行检查和维修；就位后，保证桩机平稳、牢固，不得移动和沉陷，桩中心位置必须控制在平面误差的50mm范围之内。
　　（2）采用原浆护壁，开钻时泥浆比重控制在1.35～1.40g/cm3间，保证桩孔质量及岩石碎渣能上浮出来。
　　（3）锥头升降时要平稳，禁止碰撞护筒壁和孔壁，控制冲击锤的吊绳与钢护筒中心线偏差小于2cm。
　　（4）钻孔时无特殊情况不得中断，同时做好施工记录，且经常对泥浆比重进行测试，控制在1.35～1.40g/cm3之间，保证护筒内泥浆面比外部水位高1～2m左右，防止孔壁坍塌，确保成孔质量。
　　（5）钻进过程中，每进2～3m时采用孔规探测仪检查桩孔直径和垂直度，注意地质岩层变化，在地层变化处捞取泥浆沉渣，弄清地质岩层情况后记入施工记录表中，并与地质钻探报告核对，根据实际情况采用相应的钻进速度。在钻至淤泥质粉质土层时，放慢钻进速度，确保桩孔质量。
　　3.3 桩的成孔检测和清孔
　　（1）桩孔直径不小于设计直径，中心位置偏差小于±100mm，倾斜度应小于1%，本工程原则上孔深应不小于设计高程，对于未能达到设计高程的桩的判定标准为桩基础嵌入中等风化层岩层深度60cm以上即满足设计要求。
　　（2）钻孔完成后，清孔时采用循环泥浆，最终泥浆比重控制在1.10～1.20g/cm3之间，黏度（Pa·s）为17～20，含砂率小于4%，沉渣厚度应小于5cm。
　　3.4 钢筋笼骨架质量控制要点
　　（1）钢筋笼的制作质量除满足设计及规范要求外，还必须在骨架的环形加强筋上设置保护层厚度的混凝土垫块，横向方向不少于4个，竖向间距为1～2m。
　　（2）钢筋笼制作好后，放在干燥、平整的场地上，同时每个加强环形钢筋部位都垫上30cm高的木方，避免钢筋笼与地面直接接触。每根桩的钢筋笼骨架各分节要挂上标志牌，写明桩号、节号等，排好顺序，便于使用。
　　（3）为了防止钢筋笼起吊时变形，本工程选用两点起吊。第一吊点设在钢筋笼骨架的下三分之一的环形加强筋上，第二吊点设在钢筋笼骨架的中点到上部三分点之间的环形加强筋上。起吊钢筋笼时，先吊第一点，使钢筋笼离开地面30cm以上，然后两点同时起吊，待钢筋笼离开地面达到一定高度时，停止第一点，继续起吊第二点，随着第二吊点的不断升高，缓缓放低第一吊点，直至钢筋笼骨架垂直地面，此时停止起吊，松开第一吊点，同时检查钢筋笼是否顺直。
　　3.5 灌注水下混凝土
　　（1）本工程导管采用直径为30cm的钢导管，各节导管内径大小基本一致，管内径偏差不大于±2cm，使用前做水密、拼接、承压、过球和抗拉等试验检测。水密试验时的水压力必须大于桩孔内的泥浆压力的1.3倍；承压试验的水压力必须大于导管所能承受的最大压力。
（2）在水下混凝土灌注前进行导管吊装升降试验，保证导管位于桩孔中间部位且轴线顺直，防止灌注过程中导管碰撞孔壁或卡挂在钢筋笼骨架上。保证导管下口到桩孔底的距离在25～40cm之间。导管上口装有储料仓，储料仓内出料口上设置钢盖板，系上钢丝绳，灌注首批混凝土时用吊机吊出。
　　（3）灌注水下混凝土前，再一次检测沉渣厚度，如果超过设计要求5cm时，可用比重为1.10～1.20g/cm3的循环泥浆进行二次清孔，时间应大于10～15min。二清后，立即灌注首批水下混凝土，混凝土用量应能保证导管埋置深度大于1.2m。
　　（4）水下混凝土应连续灌注，无特殊情况不得中途停工。灌注过程中密切注意导管内混凝土下降和孔内泥浆溢出情况，及时测出孔内混凝土面高程，确保导管埋深在2～6m，及时、正确指挥导管的提升和拆除。每根桩的灌注时间控制在混凝土初凝时间的2.5h内，且灌注中要防止混凝土落入孔中，使泥浆内含有混凝土而变稠凝结，导致混凝土测深不准确。
　　（5）当第一批混凝土灌入孔底后，应及时测出孔内的混凝土面高程，推算出导管埋深，如埋深大于1.2m即可正常灌注；如发现孔内泥浆未大量排出，即表明导管内已经进水，应立即按事故应急方案处理。
　　4 灌注桩的质量检测
　　4.1 检测要求
　　（1）混凝土检验：每根桩应至少留2组试压块，浇筑时间较长、桩径较大的，不少于4组，且每工作台班均应留试块。
　　（2）桩身检验：○a低应变检测桩身的完整性，抽测数不少于该批桩总数的20%，且不少于10根；当抽测不合格桩数超过抽测数的30%时，应加倍重新抽测；加倍抽测后，若不合格桩数仍超过抽测数的30%时，应全部检测；○b采用静载试验测定单桩承载力时，检测桩数应不少于总桩数的1%，且不少于3根；工程总桩数在50根以内时，应不少于2根；采用高应变检测单桩承载力时，对工程地质条件、桩型、成桩机具和工艺相同的桩基，其检测桩数应不少于总桩数的2%，并不得少于5根。
　　（3）设计要求：○aφ80的单桩承载力特征值：水平为75.8kN，竖直为753.6kN；○bφ100的单桩承载力特征值：水平为120kN，竖直为1177.5kN；○cφ120的单桩承载力特征值：水平为160kN，竖直为1695.6kN；○dφ130的单桩承载力特征值：水平为197kN，竖直为1990kN。
　　4.2 检测结果及评价
　　高应变共检测20根，全部为Ⅰ类桩。φ80单桩极限承载力2485～2709kN，φ100单桩极限承载力3076～3173kN，φ120单桩极限承载力4251～4446kN，φ130单桩极限承载力4870～4908kN。低应变共检测50根，全部为Ⅰ类桩。水平推力检测3根，桩号为2号、6号、8号，最终水平位移分别为4.96mm、4.89mm、4.92mm，单桩水平承载力极限值分别为250kN、260kN、280kN。抗压检测1根，单桩坚向极限承载力4000kN，最终稳定沉降量为5.85mm。检测结果表明，本工程钻孔灌注桩施工质量控制情况良好，满足设计及规范要求。
　　5 结语
　　综上所述，钻孔灌注桩技术在工程建设中有着明显优势，而在水闸地基的施工过程中，为了保障灌注桩的施工质量，我们应该加强对钻孔灌注桩技术的研究，严格控制施工质量，确保成桩的效果，从而将其对水利工程的作用发挥到最大，提高水利工程建设的整体质量。
　　参考文献
　　[1]金国成.水闸软基处理中钻孔灌注桩的应用探讨[J].科技传播.2011（23）.
　　[2]吴佩锋、曹国华.河中钻孔灌注桩施工概述[J].科技与企业.2013（22）

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