复杂地层条件下灌注桩施工技术研究 泥浆护壁钻孔灌注桩适用地层

　　摘要：某地水电站下游引航道隔流堤灌注桩施工区域主要为河床深槽段，地质结构较复杂，槽段水流湍急，在实施回填施工平台施工时由于水流作用大量细料被冲走，同时该区域大块石架空较严重，因此在成孔过程中容易产生塌孔等现象，成孔难度很大。经技术论证与实际分析，工程决定采用在造孔施工前先对孔位周围灌注膏浆进行加固处理，防止水流冲刷细料，由此解决了成孔困难的问题。
　　关键词：大块石架空地层 灌注桩 预固结灌浆 施工技术 水电站
　　一、工程概况
　　该水电站下游引航道基础，主要主要有隔流堤基础30根灌注桩。该施工段原地层为河床深槽段，水流流速大，具有深厚的覆盖层，均为回填石料，该处区域施工时平台回填细料易被水流冲刷流失，造成地层架空现象严重；另外由于相距河道距离近，渗流半径短，灌注桩施工成孔困难，易造成塌孔、埋钻事故。
　　根据当地气候及水文地质资料得知水电站汛期即将到来，原施工设计方案无法确保在汛期到来前完成所有剩余灌注桩以及上部平台与隔流堤的混凝土施工，因此综合考虑到该工程存在工期紧张、施工技术难度大等特点，在桩孔造孔前先对孔位周围灌注膏浆进行加固处理，并采取冲击钻机设备钻孔、粘土浆护壁、泥浆下直升导管法浇筑混凝土的施工方法。
　　设计灌注桩桩径为1.5m，桩长22～33m，灌注桩根据桩长及配筋不同，分为四种类型。主要工程量有成桩155m，钢筋40t，灌注桩混凝土345m3。
　　二、灌注桩施工
　　对于回填石料层及风化岩层，采用冲孔桩机进行造孔作业，每台钻机配备2各相应的实心钻头进行造孔作业。
　　1、护筒埋设。
　　护筒埋设前进行桩基放样及复核，埋设钢制护筒，护筒采用5mm厚钢板卷制，其内径比桩径大300mm，护筒下入孔口以下1.5m左右，护筒顶面均外露20～30cm。埋设前根据测量放样的桩位中心点，以桩位为圆心，开挖一直径2.0m、深1.5m左右的圆坑，再以桩位为中心安放护筒，护筒外围用粘性土夯实，护筒中心线应与桩位中心线重合，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜率不大于1%。
　　2、护壁。
　　造孔前先往孔内加入适量黏土，以使钻头平稳钻进，再适时加入黏土泥浆护壁，必要时投放适当的膨润土，或加入适量分散剂和增粘剂，以改善泥浆性能。在钻孔施工过程中，孔内泥浆标高始终高处河水位1.5m以上，并低于护筒0.3m以下以防溢出。
　　施工采用泥浆池和沉淀池合一，带渣泥浆反复多次循环使用。造孔过程中，不得向孔内泥浆加入清水，停钻时应经常搅拌孔内泥浆，并保持孔内具有规定的泥浆面标高和要求的泥浆密度和黏度。当泥浆性能恶化时，应抽出进行净化处理，并及时补充新的泥浆。
　　3、造孔及孔斜控制。
　　孔位偏差不得大于10mm。钻孔过程中，每进尺1m左右必须检测孔斜一次，如有偏差及时纠偏，孔斜控制标准为1%。
　　造孔过程中，根据循环泵抽出的岩样及进尺情况，详细记录各孔深的地质情况，进入基岩后每1m至少取岩样一次，达到设计标高后，应复核地质情况是否与设计相符，并请地质工程师进行岩样鉴定。如有异常情况，及时上报监理、设计予以处理。各孔经监理工程师确认孔深之后，方可终孔，
　　造孔过程中遇到特殊情况时，则按以下方法处理：
　　（1）钻孔过程中如遇大孤石、漂块石等造成钻进困难或钻孔因此而发生严重偏斜时，可采用手动锤冲击、小口径钻孔爆破、水下定向聚能爆破等方法处理。
　　（2）钻孔孔斜超标时，采用回填等方法进行处理。
　　（3）成桩过程中，当发现泥浆漏失严重时，应立即向桩孔内投入黏土、或黏土块石混合料或混凝土等。
　　（4）当桩孔出现崩塌时，立即将钻头提出，回填黏土块石混合料，重新造孔。
　　4、终孔验收与清孔验收。
　　经监理工程师鉴定确认其桩基以至设计要求的深度后，即可进行桩基的定位、孔深、孔径及垂直度、偏差值的检查测量工作，施工完成后经自检达到要求后将检测报告报送监理工程师鉴定签收，验收合格标准质量按照设计文件的有关规定执行。
　　桩孔垂直度的测量采用相似三角形法。其具体操作方法为首先在桩孔孔口处确定一个控制点，将直径钻探设备下放至孔底处，拉近钢丝绳，根据相似三角形原理，通过测量钢丝绳在孔口处偏离孔中心的距离来计算孔底的偏距和偏斜率。孔径、孔形测量也可直接利用钻头测量。
　　终孔验收合格后进行清孔换浆，采用正循环并结合抽浆法清孔，清孔过程中不断置换泥浆，并注意保持孔内泥浆的姜维，以防止塌孔。并且在钢筋笼和导管吊放安装完成后、浇筑混凝土前，在此检查孔底沉渣厚度，确保不超过设计规定或规范要求的厚度，如果检查超标，重新进行清孔验收。
　　5、钢筋笼制作与吊装。
　　（1）钢筋笼的加工制作尺寸要符合设计尺寸。分段制作的钢筋笼，其长度为6～9m。搬运时应采取适当措施，防止扭转、弯曲。笼下放到设计位置后，应立即固定，防止上浮。本工程钢筋笼设计长24.1～33.5m，为不浪费钢筋，采用三、四段焊接，最长段长为9m。
　　（2）为保证钢筋骨架的保护层满足设计要求，采用了在钢筋笼上焊接定位扁铁，晚期高度为保护层厚度的每个2m沿钢筋笼梅花状设置，并在埋设钢筋笼前于孔中对称设置4根导向钢管，确保保护层厚度。
　　（3）钢筋骨架要每隔3m增设Φ16加劲箍筋一道，一增强吊装时的刚度。在场内移动钢筋骨架时，应保证不弯曲、变形。人工抬运骨架时调点应分布均匀，以保证骨架平顺。
　　（4）骨架吊装前先丈量孔深，检查沉积厚度和无塌孔现象，经检查符合设计要求后，使钢筋骨架就位。
　　（5）为保证钢筋骨架在起吊过程中不弯曲、变形，起吊时在调点处绑设木杆以增加骨架刚度，待骨架进入桩孔就位时由下而上逐个解去缆绳，取出木杆。
　　（6）埋设钢筋笼时，要对准孔位，调直扶稳，缓缓下沉，避免碰撞孔壁。骨架下落过程中要始终保持骨架居中，不得碰撞井壁，下落速度要均匀，不宜猛落，就位后使骨架轴线与桩轴线温和。钢筋骨架标高达到设计标高后，用钢轨在孔口固定，防止混凝土灌注过程中骨架浮起或位移。
　　6、混凝土浇筑。
　　采用泥浆下直升导管法浇筑桩身混凝土。桩体混凝土浇筑应一次成桩，不得中断，间歇时间应控制在15min内，任何情况下不得超过30min。
　　（1）混凝土浇筑导管选用直径为30cm的无缝钢管制作而成，使用前进行压力和密封性试验。
　　（2）提前良好没接导管的尺寸，灌注混凝土时边与掌握导管提升高度和埋深。
　　（3）导管调入钻孔中的深度为导管下口距钻孔底有30～40cm的距离。
　　（4）导管上的漏斗箱内容积应大于孔底1.3～1.5m深的体积，并且开始灌时要连续补足漏斗箱内混凝土，以确保混凝土冲击下落到孔底后向上返，并将导管埋入1m以上。
　　三、结束语
　　通过工程实践证明，在架空严重、水流急的地层条件下，采用灌注水泥膏浆并辅以灌注固体堵漏材料，使得块石堆积所形成的架空空洞得到了有效地充填，能保证桩孔施工的顺利进行，证明这是一种有效的、快四改善地层的工程技术措施。