水利工程钻孔灌注桩质量控制及旋挖钻的应用

2012-08-15赵惠蓉

黑龙江水利科技 2012年7期

关键词：清孔成孔钻头

赵惠蓉

(新疆水利电力建设总公司，乌鲁木齐 830000)

水利工程钻孔灌注桩质量控制及旋挖钻的应用

赵惠蓉

(新疆水利电力建设总公司，乌鲁木齐 830000)

钻孔灌注桩是在目前的水利工程建设中使用比较广泛的一种桩基，属于隐蔽性较强的工程，其所特有的水下施工特性，使得其施工工艺较其他工程的施工工艺更为复杂，因而其质量控制更加困难。主要介绍了钻孔灌注桩的施工工艺和旋挖钻在钻孔灌注桩中的应用，并对灌注桩的质量控制提出了一些建议。

水利工程;钻孔灌注桩;施工工艺;质量控制;旋挖钻

钻孔灌注桩由钻孔和成桩灌注两部分构成，具有施工周期短、设备简单、操作简便以及适应性强的优点，但由于大部分灌注桩的施工都是在地下和水下进行，具有隐蔽性和不可预见性等特点，一般施工质量的效果无法直接观察，很容易出现质量问题，进而会影响到整体工程的质量和进度。因此，必须严格控制钻孔灌注桩的每个环节的施工质量，提高其成桩质量。而旋挖钻成孔的灌注桩由于其具有噪声低、振动小以及钻进速度快的优点，已逐渐替代回旋钻成孔灌注桩，在工程建设中广泛应用。

1 施工顺序

钻孔灌注桩施工顺序：施工准备→施工围堰及钻机平台填筑→钻机就位→护筒安装→覆盖层造孔→下钢套管→基岩造孔→验孔深→下钢筋笼→下导管→浇筑混凝土→声波测桩。

2 钻孔灌注桩的施工工艺

2.1 施工准备

钻机及钻具的选取、场地的布设。钻孔灌注桩施工的主体设备是钻机，钻机的选取可依据地质情况或者钻机的适用条件来进行。

2.2 钻孔机的安装与就位

如果安装钻机的地基不够稳固，在施工过程中则易产生桩偏心、钻孔机的倾斜或者桩倾斜等不利影响，因而，钻孔机的地基必须加以稳固。若钻机位于有坡度的地基或地层较软，可用推土机将地基推平，再加垫枕木或钢板使其稳固。

2.3 埋设护筒

钻孔中应着重预防孔壁发生坍塌。随着钻孔深度的增加，位于地下水位以下的孔壁土由于静水压力的作用而发生孔内坍塌，严重的甚至会产生流砂现象。增设护筒能够保持钻孔内的水头高于地下水位，提高其静水压力，避免了孔壁坍孔。此外，护筒还能起到固定桩孔位置、隔离地表水、钻头导向和保护孔口地面的作用。

2.4 泥浆的制备

钻孔所用的泥浆主要由黏土、水及添加剂构成。泥浆的作用主要有冷却钻头、增大静水压力、浮悬钻渣、钻具润滑，防止坍孔，并能在孔壁表面形成泥皮，防止孔内外出现渗流等作用。经过循环净化的泥浆以及调制的钻孔泥浆，其稠度都应根据现场的地质条件和钻孔方式来确定。此外，泥浆的调制稠度应随着操作要求或地层的变化而调整，若泥浆太稀，护壁效果差、排渣能力降低;若泥浆太稠，则会降低钻头的钻进速度、减弱冲击动能。

2.5 钻孔

施工中钻孔采用旋转钻正循环钻进施工。钻进过程中，钻孔必须连续进行，不得间断，并要根据地质情况及钻进部位调整钻进速度和泥浆稠度。

2.6 清孔

清孔是保证成桩质量的重要一环，其主要目的是清除孔底沉渣。在终孔检验合格后，应立即进行清孔。清孔方法为换浆。在清孔时，应保持孔内水位，避免坍孔。清孔后的沉渣厚度≤20 cm，并要用探孔器对孔径进行检查。待验孔合格后，方可继续进行钢筋笼的吊放工作。

2.7 钢筋笼的制作和吊放

首先，应按照设计图纸和规范进行钢筋笼的绑扎。钢筋笼采用分段制作后搭焊接的方式，并且接头要错开。在钢筋笼制作时应重视以下几点：钢筋间距、调直、除锈和焊接。待制作钢筋笼完工后，应及时进行验收，达标后方能使用。达标的钢筋笼应进行编号和挂牌，以免混乱。在进行钢筋笼的起吊时，要控制钢筋笼的变形，吊点要对称，保证其垂直度，防止桩偏位。

2.8 水下混凝土的灌注

灌注前应对桩孔质量、桩底标高、泥浆指标和回淤沉渣厚度进行全面检查，以防止意外事故发生;灌注混凝土的导管应逐节拼接，直径为25 cm，每节长2 m，以便调节高度，拼接完成后应进行压水试验，合格后方可使用;在混凝土灌注后期，孔内压力减小，上部的混凝土不如下部密实，这时应提高漏斗增大落差，以提高密实度。在灌注混凝土时应连续进行，防止出现断桩现象。

3 旋挖钻在钻孔灌注桩中的应用

3.1 旋挖钻的工作原理

旋挖钻孔首先转动底门镶嵌斗齿的钻斗切削岩土，并将岩土装入钻斗内，然后由利用钻机卷扬机以及伸缩钻杆提出卸土，如此循环往复，不断削土、取土、卸土，直至钻至设计深度为止。对黏结性较好的岩土层，可采用干式钻进工艺，不需泥浆护壁。而对于松散易坍塌土层，或有地下水存在导致孔壁不稳定时，必须采用泥浆护壁钻进工艺。

3.2 旋挖钻孔的特点

1)成孔速度快、效率高，可有效保证施工进度。施工时提钻以及换钻的时间短，平均钻进速度可达到5～8 m/h。

2)孔壁不产生泥皮。在成孔过程中孔壁受到钻斗的刮擦，在钻孔壁上形成明显的螺旋线，这加大了桩基成型后的摩擦力。

3)钻机安装拆卸简单。钻机能自身行走，移位就位都较快，在施工场地能快捷到达指定地点。

4)机械化程度高。钻机设备性能较好，电脑能精确定位钻孔坐标及显示钻孔垂直度和钻孔深度，成孔质量高。

5)对施工现场污染小。旋挖钻既可干式钻进作业，亦可在水中钻孔，孔内沉渣较少，施工现场整洁，噪声低，并对施工环境的适应能力强。

3.3 旋挖钻头的类型

在灌注桩施工过程中，选用合适的钻头对减少钻头消耗、提高成孔速度和质量、节约能源以及提高施工效率都起着至关重要的作用。旋挖钻头实际上是个盛土的筒式容器，只是在下侧焊接切削土层的刀片。在施工中遇到硬岩基层以及卵砾石层等复杂地层时，应根据不同地质情况选用合适的钻头。钻头的类型有很多，常用的钻头可分为两大类：回转钻头，包括单底土斗和双底捞砂斗;嵌岩钻头，包括短螺旋钻头、嵌岩筒钻和牙轮钻头。

3.4 旋挖钻头的应用

施工时要求钻头具有一定的刚度，在钻进过程中，钻头不产生移动或摇晃，其安装应符合生产厂家标准。在施工前，应详细勘察施工处的地质情况，并根据具体岩层合理选用钻头。回转钻头主要用于处于地下水位以上的黏性土、粉土、中等密实砂土、填土以及全风化岩层;岩心回转斗主要用于风化岩层以及有裂纹的岩石;嵌岩螺旋钻头主要用于碎石土、中等硬度岩石及半风化岩层。对于一般土层，可配用摩擦钻杆和回转钻头;而对于坚硬岩层，可选用岩心回转斗、嵌岩钻头等。

3.5 旋挖钻施工工艺流程

灌注桩是一项施工工序多、质量要求高、施工时间短、精度要求高、工作不间断的地下隐蔽工程。要保证灌注桩的质量，就必须在施工前根据相应的地质情况，合理安排施工流程，以便指挥现场施工。

4 质量控制措施

4.1 成孔质量控制

1)定位。成孔前要先进行坐标的定位，护筒安放在待放样的位置后应及时复核护筒的标高和位置，对护筒周围的土体是否密实应认真进行检查，以防在钻孔的过程中漏浆现象的产生;其次，施工中采用隔孔施工，钻孔灌注桩的钻孔顺序是先成孔，继而再在孔内成桩，由桩侧岩土向桩身移动从而对桩产生动压力。尤其是在刚成桩时，桩本身的混凝土强度不足，而且在浇筑混凝土之前桩孔主要是依靠泥浆来维持平衡，隔孔施工技术对预防缩颈和坍孔是一项相对稳妥的措施。

2)确保桩身成孔的垂直精度。确保成桩质量的一个重要条件是桩身成孔的垂直精度。若垂直精度不够将导致钢筋笼和导管无法沉放。为确保成孔垂直精度能够满足要求，首先，应加大桩机的支承面积;其次，在开钻初期，当成孔深度到达5 m时，应及时对钻杆和钻架的垂直度进行校核，将垂直度控制在1%以内，待各部件均能正常运转后，才能加速钻进，此后还要经常对钻杆和钻架的垂直度进行校核。在成孔后，应在安置钢筋前作井斜及井径的超声波测试。

3)成孔深度的确定。钻具取出后应立即用测绳对成孔深度进行复核，若钻杆的钻探深度大于测绳的测深，应重新进行钻孔和清孔。施工中还要考虑到测绳遇水容易缩水的问题，因此在使用测绳前要先预湿然后重新进行标定，而且在使用过程中要经常进行复核。

4)二次清孔的完善。在沉放导管及吊放钢筋笼的这段时间内，孔内泥浆中处于悬浮状态的沉渣会逐渐沉到桩孔的底部，不能被混凝土冲击反起最终形成永久性的沉渣，严重影响桩基工程的施工质量。因此，应利用导管在灌注混凝土前实施二次清孔。当沉渣厚度和孔口返浆比重符合规范要求后，立即进行灌注混凝土的工作。如果受到工作安排或其他原因的影响不能立即浇筑混凝土，从清孔完成到浇筑混凝土＞4 h，应对其重新进行清孔。

4.2 成桩质量的控制

1)原材料的控制。为确保灌注桩的质量，对进场原材料及其质保书应进行严格的验收，若发现两者不符合，应及时取样复查，不合格的原材料(水泥、砂、石、水质等)，应禁止用于混凝土的浇筑。混凝土的配制宜选用含泥量≤2%的中粗砂，含砂率则控制在40% ～45%之间，而粗骨料的最大粒径应≤40 mm，防止堵管。

2)配合比的控制。混凝土必须具备良好的流动性及和易性，由试验室确定其配合比，保证强度能够满足设计要求。合理的配合比可有效降低混凝土的离析度，因此，施工现场所用的配合比必须随着水泥品种、含水率、砂、石规格的变化进行调整。

3)混凝土搅拌时间和坍落度。为确保浇筑的流畅性和连贯性以及混凝土的质量，搅拌混凝土时必须有一个控制的坍落度以及持续时间，搅拌时间应由试验室根据规范来确定。混凝土的坍落度应控制在18～20 cm之间，当混凝土灌注至距桩顶8～10 m时，其坍落度应控制在12～16 cm，以保证桩身上部混凝土的抗压强度。