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钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用

2023-11-30 19 上传者：管理员

摘要：为探讨钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用，采用实例案例结合理论实践的方法，立足钻孔灌注桩技术特点，分析了钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用要点，以及常见问题的解决方法。

关键词：
水利工程
消力池
溢洪道
理论实践
钻孔灌注桩
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1、工程概述

罗家堡水库坝址距马喇镇约1km，距黔江城区约40km。坝址控制集雨面积为25.7km2（其中引水口以上集雨面积11.4 km2），水库总库容1073.3万m3，设计灌溉面积2.60万亩。溢洪建筑物为正槽式有闸溢洪道，布置在右坝肩。溢洪道轴线和坝轴线成90°角布置。溢洪道总长度为305.8m，主要由进水渠、控制段、泄槽、消力池以及尾水渠组成。消力池位于溢洪道溢0+124.05～溢0+175.55，处于肖家沟原河道与导流洞出口明渠交汇处，结构为下挖渐扩式C30钢筋砼结构，矩形断面，池长51.5m，顶部高程785.0m，底部高程774.5m，池深9m。

2、钻孔灌注桩的技术特点

(1)施工速度快：相比传统的混凝土桩或钢木桩等地基处理方式，钻孔灌注桩的施工速度更快，可大大缩短工期；(2)承载能力强：钻孔灌注桩具有较高的承载能力，可以承受较大的荷载和水平力，适用于各种复杂地质条件和工程要求；(3)适应性好：钻孔灌注桩可以根据不同的土层性质和工程要求进行设计和施工，适用范围广；(4)成本低廉：相对于其他地基处理方式，钻孔灌注桩成本较低，可在一定程度上降低工程造价；(5)对环境影响小：钻孔灌注桩施工过程中对环境的影响较小，不会对周边环境造成污染和破坏。

3、钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用要点

3.1 制定有效的施工工艺

就案例工程而言，溢洪道消力池的规模比较大，为充分发挥出钻孔灌注桩的优势，在正式施工前，需要结合水利工程溢洪道消力池的结构特点，以及现场地质条件和水文条件，制定出科学有效的施工工艺，以保证各道工序能够有效开展。本工程钻孔灌注桩施工工艺如图1所示。

图1 钻孔灌注桩施工工艺

3.2 做好试桩工作

在钻孔灌注桩正式施工前，为准确掌握各项施工参数和技术标准，需按照设计图纸的规定和要求，进行试成孔施工，就案例工程而言，现场条件有限，施工区域狭长，空间受限严重，在试桩施工中需要结合围护桩进行施工，试桩的位置要选择围护桩施工区域，具体的桩位需要由现场监理人员现场制定，试桩根数不小于2根，开展试桩的主要目的是确定消力池钻孔灌注桩施工的工艺参数，为后期正式施工提供必要的参考和指导。

3.3 场地平整和测量定位

在正式应用钻孔灌注桩之前，需要对施工场地进行有效的平整处理，同时为防止钻机在软基上钻孔时出现沉陷，本工程在基坑开挖面铺设了100cm厚的碎石料进行回填和压实。按照设计图纸的要求和规定，对每根钻孔灌注桩进行测量定位，通过指示桩标出钻孔灌注桩的位置，以及工作面到桩顶的距离，测量得到的结果需要进行妥善保管。正式进行钻孔操作之前，必须要通过测量放线的方法，精确定位好每根钻孔灌注桩的具体位置，并通过“十字”线进行准确定位，以免受到现场施工条件的影响，发生定位偏移问题，为钻机就位提供准确的参考和指导。

3.4 严控钻孔过程

结合本工程消力池所在区域的地质条件和施工要求，在成孔施工中采用旋挖机进行成孔，边钻进，边用静态泥浆进行护壁，可按照具体的成孔情况和条件选择是否采用钢护筒进行护壁。钻机就位时通过自身履带爬行到测量定位好的钻孔位置，通过计算机控制系统来实现钻机桅杆和钻机的调整[1]。钻机准确达到测量好桩位上方之后，进行精确对准调整，在测量人员的指导下，将钻机的钻头对准“十”字控制线的中心后，再启动钻进进行钻孔操作，按照现场地质水文条件，合理调整钻进的速度，钻入到土层深度超过1.5m后安置护筒，护筒的主要作用保护孔壁，避免发生塌孔问题，本工程护筒由厚度为5mm的钢板卷制而成，在护筒顶部、中间位置、底部分别加焊5mm厚15㎝高的加强圈。护筒直径要比桩径大出20～40cm，埋深控制在2～3m之间，在进行护筒埋设施工前，必须加强监控量测，严格控制好护筒埋设的位置以及垂直度，护筒埋设位置和测量放线结果的最大误差控制在50mm以内，最大的倾斜度不应超过1°。

在进行钻孔施工中为避免孔壁坍塌问题，需要向孔内注入优质泥浆，在钻进过程中，旋转钻头做整体的原地旋转，在取土时，可以依靠钻杆和钻头的重量，将土块切割到土层中。当钻头旋转时，斜斗齿的齿面需将土块切割下来，并逐渐推入钻头中，以实现钻孔取土。如遇硬质地层，单靠自重难以下钻，则可利用增压气缸给钻杆增压，使斗齿强行进入地层，从而完成钻孔取土作业。在钻孔结束后，需将钻具填满后，用吊车将钻具吊起，运至地面进行集中堆放、处置。在钻孔深度达到设计要求的情况下，还要对成孔质量进行检测。在孔径、垂直度和深度等指标都符合标准的情况下，要立即进行清孔工作，不然的话，就要再次进行扫孔工作，孔深可以用一根带着铁环的测绳来检测，以确保桩的深度大于设计深度20 cm[2]。

3.5 钢筋笼制安

用于制作钢筋笼的钢筋需要提前做好质量检测，去除钢筋上的锈迹和其他杂物后，按照钢筋笼的设计图纸进行加工制作。本工程所用的钢筋半成品全部在钢筋加工厂统一加工，下料时采用机械气割机切割，以保证接头平齐，若在切断时出现了劈裂、锁头等需要切除后再使用。本工程钢筋笼制作时纵向筋为φ22，加劲箍为正经16@2000，螺旋箍筋为φ8@150，钢筋连接采用电弧焊，焊接长度需要结合焊接方法进行合理选择，若在钢筋接头连接时，选择了单面焊接，则要控制焊缝的长度在10d(d为钢筋的直径）以上，若采用了双面焊接的方法，则焊缝的长度要不应低于5d，接头位置需要尽量错开。钢筋笼的制作偏差应满足表1中的规定。

表1 钢筋笼制作偏差表

制作好的钢筋笼运输到施工现场，通过吊车和施工人员相互配合的方法进行安装。将钢筋笼放置在安装位置上，用钢管或钢板将钢筋笼与混凝土灌注桩连接起来，确保钢筋笼的位置、数量和间距符合设计要求。在钢筋笼上设置钢筋保护层，以避免钢筋锈蚀和损坏。保护层应符合设计要求，一般为2～3mm。在钢筋笼内设置加劲筋，以增强混凝土灌注桩的承载能力和抗震性能。加劲筋的设置应符合设计要求，一般为双向布置[3]。钢筋笼的位置和角度可根据实际情况调整，确保钢筋笼与混凝土灌注桩的连接牢固。钢筋笼吊装时，在顶部设置吊环，方便吊装和运输，吊装时应注意安全，避免发生意外事故。安装完成后，应进行验收，检查钢筋笼的尺寸、位置、数量和间距是否符合设计要求，以及钢筋笼与混凝土灌注桩的连接是否牢固，验收合格后，可以进行下一步施工。

3.6 水下混凝土灌注

由于本工程钻孔灌注桩的深度比较大，在进行混凝土灌注中采用直升导管法进行灌注，下入导管后需要进行二次清孔，因为在下放钢筋笼和导管安装中，可能会扰动孔壁，引起孔底沉渣厚度变大，影响混凝土灌注质量。二次清孔的方法应与首次清孔的方法相同，二次清孔结束的标志为孔底沉渣厚度不超过15cm。本工程采用导管法进行灌注，导管的连接需要垂直可靠，密封良好。正式使用前导管需要进行密水试验和接头抗拉试验，混凝土灌注前导管下端到孔底的距离要控制在250～400mm之间，隔水塞可采用和导管口径相同的球体。灌注混凝土通过8m3混凝土罐车运输到施工现场后，倒入到料斗内，控制混凝土的坍落度在18～22cm之间。在水下混凝土灌注时要保证首批灌注的混凝土能够将导管埋入1m以上，并且在整个灌注全过程中，导管下端要保证在混凝土中的埋深在2m以上，但也不应超过6m。混凝土灌注，边检查孔内混凝土面层的高度后，以便及时调整导管出料口和混凝土表面的相对位置；边提升导管，控制好导管提升的速度，保证在任何时候，导管出料口始终埋在混凝土面以下2m的深度，混凝土的灌注要连续进行，避免中途停止。在进行水下混凝土灌注时，溢出的浆液需要通过泥浆收集系统进行全面收集，集中排放到专门的弃浆池中进行沉淀，沉淀后的清水可用于施工现场场地硬化处理。地面以下的护筒，需要在混凝土浇筑完成后及时拔出。处于地面以上能够拆除的护筒部分，需要等混凝土强度达到5MPa以上后方可拆除。若采用了全护筒灌注混凝土，可逐步提升护筒，保证护筒底面始终保持在混凝土顶面一下1～2m之间[4]。

3.7 桩基质量检测

混凝土灌注结束时间超过28d，并且强度满足要求后，为验证本次钻孔灌注桩的施工质量，需要进行全方位的质量检测。本工程在钻孔灌注桩成桩质量检测室，采用了低应变检测，检测桩数不少于总桩数的10%，且不少于10根。桩基检测应由具备检测资格的单位来完成，以保证质量检测的准确性。此外，还需对竣工资料进行全面整理，并邀请专业的质量监督机构开展钻孔灌注桩的质量验收，质量达标后方可进行上部结构施工。

4、常见的问题和处理方法

虽然我国在应用钻孔灌注桩施工技术方面具有丰富的经验，各项技术体系也比较成熟，但由于本工程施工现场条件复杂，影响钻孔灌注桩施工质量的因素比较多，在实际施工中出现了无法成孔、堵管、钢筋笼上浮等问题。

4.1 无法成孔

本工程钻孔灌注桩布置于导流洞出口位置，紧靠导流明渠，地下水丰富，地质条件复杂，在进行旋挖钻机成孔过程中，容易出现塌孔、串孔等质量问题，增大成孔难度，甚至无法成孔。针对这一问题，采用下钢护筒成孔方式，对已经发生塌孔位置浇筑回填混凝土后，再次进行二次造孔，有效保证了成孔质量。

4.2 堵管

本工程在水下混凝土灌注中出现了管道堵塞问题，影响了水下混凝土灌注的连续性和质量。针对这一问题，通过吊车将料斗和导管同时吊起，并在50cm的范围内小幅度提升3～5次，但是不能将导管拔出混凝土面[5]。同时为防止堵管问题频繁出现，要保证导管具有良好的密封性，且混凝土具有良好的坍落度，混凝土浇筑保证在初凝前全部完成，导管埋入混凝土的深度要控制在4～6m之间。

4.3 钢筋笼上浮

钢筋笼上浮的原因可能是：(1)混凝土灌注不足或不均匀，导致钢筋笼下沉；(2)钢筋笼本身重量过大，超过了混凝土灌注桩的承载能力。发现钢筋笼上浮后，应立即停止施工，并采取相应措施进行加固和调整。对于混凝土灌注不足的情况，应及时补充，确保灌注桩的质量。对于钢筋笼重量过大的情况，应重新设计或加强支撑结构，确保承载能力符合要求。

参考文献:

[1]李涛.水利工程中钻孔灌注桩施工技术的应用[J].中国新技术新产品,2021(10):118-120.

[2]邓渊,薛炎彬,羊樟发,叶昊阳.长螺旋钻孔灌注桩在水利工程中的应用[J].施工技术,2021,50(02):46-49.

[3]王彦坤.浅谈水利工程钻孔灌注桩施工质量控制研究[J].科学技术创新,2020(19):113-114.

[4]胡继连.水利工程中钻孔灌注桩施工技术要点分析[J].科学技术创新,2020(14):118-119.

[5]王欢,邱际,聂洋波,褚高强.水利工程中钻孔灌注桩施工监理控制措施[J].浙江水利科技,2020,48(02):47-48.

文章来源:魏丰强.钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用[J].石材,2023(12):34-36.