水闸钻孔灌注桩施工工艺及技术
关键词：钻孔灌注桩,水闸,软基处理,水下混凝土浇筑
1、工程概况
普宁市流沙联围第二期加固达标工程以城市防洪为主，结合排涝，本堤围防洪捍卫耕地面积9.62万亩，捍卫人口66.25万人。工程防洪标准按50年一遇洪水设计，下寨水闸为该工程中一座建筑物，设计级别为3级，基础为软基，地基采用φ80cm钻孔灌注桩单桩静载单桩承载力设计值1000KN，，桩长25m~35m，共60根；灌注桩采用C25水闸混凝土。
2、钻孔灌注桩施工流程
2.1施工工艺流程
本水闸工程进行软基处理时，采取的钻孔灌注桩施工工艺流程如图。
钻孔灌注桩软基处理施工流程
2.2护筒埋设
本工程所采取的护筒直径比桩径大20～30cm左右，埋设深度控制在1.5～2.0m之间，护筒顶高程应高出地面至少0.3m；采取的钢护筒采用3mm厚钢板制作，同时为了有效地增加刚度防止变形，在护筒上、下端和中间的外侧各焊一道加劲肋。上桩护筒埋设采用型钢导架定位，震动击打法使护筒下沉到位，并确保其竖直度。护筒埋设完毕后，再以十字线复测桩位，要求中心偏差不大于5cm。
2.3成孔施工
本水闸桩基采用粘土泥浆护壁正循环成孔施工，注意维护孔壁稳定、防止塌孔。
钻机施工前采取措施把围堰内积水排干，并在围堰内布设好泥浆系统及排水系统等。造孔采用泥浆固壁法施工。本工程采用潜水钻机钻孔，钻孔过程中，随时检查钻机的垂直度，有效地确保钻孔斜率不超过2%。当钻孔达到设计深度后，对孔深、孔位、孔斜进行检查，当所有检查项目均满足设计要求后，采取进行清孔工序。
2.4清孔施工
钻孔完成后，提升钻头距孔底20～10cm，不进尺而继续循环，并以相对比重较低（1.05～1.15）的泥浆注入孔内，置换出孔内较稠的泥浆，以达到初次清孔的目的。在下好钢筋笼、导管后，进行第二次清孔，利用导管注入清泥浆，使孔底沉淀物及稠泥浆托出孔外，同时使孔内泥浆各项指标均达到规范标准，确保钢筋与混凝土的粘结强度。清孔验收。
2.5钢筋笼制作安装
本工程所采用的钢筋笼骨架是在加工场加工成型，并且运到现场分节然后再进行组装，钢筋表面应洁净，不平直钢筋应调直。钢筋骨架利用钻机本身滑轮分节吊放，节间连接采用电焊搭接，搭接长度为10d。为缩短焊接时间，配备二台电焊机同时焊接，尽可能加快钢筋吊放速度，减少孔底回淤。接头要焊平，以免卡挂导管。顶面和底面标高应符合设计要求，误差不大于±5cm。下放钢筋笼骨架应防止碰撞孔壁，下插过程中要随时观察水位变化，当发现下插困难时应查明原因，而不得强行下插，本工程采取正反旋转、试探性逐步下放。
为确保钢筋的质量，同时便于施工钢筋笼在现场分段制作，在孔口下放时搭接电焊，分段长度以5m～8m为宜。钢筋笼的制作采用加劲筋成型法，制作时，按设计尺寸作好加劲筋圈，在其上标出主筋的位置，同时把主筋摆放平整的工作平台上，标出加劲筋的位置。焊接时注意校正加劲筋与主筋的垂直度。钢筋笼制作好后，以施工质检人员会同监理工程师检查验收合格后，利用钻机卷扬机沉放。钢筋笼保护层的设置，采用加定位钢筋环或绑扎砂浆预制块的方法，砂浆预制块沿钻孔竖向每隔2m设一道，每道沿四周对称地设置4块。为了避免钢筋笼的主筋焊接点卡住导管接头，主筋焊接沿环向排列，严禁沿径向排列。钢筋笼制作符合下列规定：主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm，钢筋笼直径±10mm，钢筋笼长度：±50mm；
2.6浇筑水下混凝土
灌注水下混凝土是钻孔灌注桩施工成桩的关键工序，在钢筋笼沉放结束经检查符合要求且清孔并经验收合格后，即进行水下混凝土灌注工作。
1）本工程混凝土灌注采用直升导管法施工，导管在孔位附近先分段组拼，再逐段起吊，在孔口拼装，沉入钻孔内，导管吊入下沉时，应保持位置居中，防止卡入钢筋笼碰撞孔壁。
2）混凝土从拌和系统出料后，采用工程车运输至浇筑桩附近，通过料斗导管直接送入桩孔内。
3）水下混凝土灌注的开浇和连续浇灌均按规范进行，开浇混凝土量保证一次排清导管内的泥浆并封底，浇筑中途不得停顿，灌注过程中注意观察管内混凝土下降和孔内泥浆液面的升降情况，及时测量孔内混凝土高程，正确指导导管提升和拆除，保证导管埋入混凝土深度不小于2m，不大于6m。
4）为了有效地保证混凝土质量，在桩顶设计标高以上加灌不小于0.5m高度的混凝土，在桩承台混凝土浇筑前凿除；护筒则采取吊机拔出地面周转使用。
3、施工技术措施
3.1成孔施工技术措施
为了有效确保本灌注桩工程成孔质量，本工程采取了以下成孔施工质量控制措施。
1）桩位误差保证措施。钻机就位时，使用悬锤校准钻机的钻头与孔位中心相吻合，为确保定位准确，选派放样经验丰富的测量工程师现场配合施工。
2）钻孔垂直度保证措施。为了有效地保证钻孔垂直度偏差小于1%，除了钻机就位必须在同一铅垂线上，取土器结构还必须根据地层情况合理设计，精心加工，使切削面受力均衡，保证桩的垂直度在设计要求之内。
3）桩径和桩形保证措施。在钻孔操作过程中，根据不同地层的钻进特点，采用相应的操作技术参数。
3.2成桩技术措施
鉴于灌注水下混凝土是钻孔灌注桩施工成桩的关键工序，为了确保本工程的成桩质量，关键对灌注水下混凝土浇筑过程采取控制措施。
1）严格对混凝土的原材料进行管理，现场设材料质检员，建立原材料合格证制度，对原材料进行复验，不合格材料不进场，坚持由试验室设计混凝土配比，现场砂石、水泥过磅，保证桩身混凝土强度等级。
2）灌注前严格检查拌和系统和起吊机械设备工作状况，保证混凝土灌注过程中设备运转可靠。
3）对每根桩混凝土灌注速度确保在2h以内浇筑完成，砼浇筑过程中严格控制提升导管高度，提拆导管，保证拆管后的埋管深度在2m以上。
4）检查成孔质量合格后尽快浇注混凝土，桩身混凝土必须留有试件。
5）为了有效地防止钢筋笼上浮措施：缩短混凝土灌注时间，防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动速度过小。当孔内混凝土面接近钢筋时，控制较大的埋深和放慢灌注速度。当混凝土面进入钢筋笼1～2m左右，应提升、拆除导管，适当减少导管埋深，增大钢筋笼在下层混凝土中的埋置深度。
4、基桩检测
本水闸桩基达到龄期28d后，开始采用人工手工凿除桩头多余砼到桩顶设计标高，据合同及业主、设计、监理、施工四方协商要求，本次采用低应变进行基桩检测及单桩竖向静载试验。低应变检测使用了PIT桩基完整性测试仪对9根桩进行桩身结构完整性检测。
本次检测考虑了本工程的具体情况，结合国家和省有关规范、规程和规定，按省《桩基反射波法检测规程》DBJ15-27-2000有关规定进行。根据所测波形特征，结合桩的砼设计强度等级要求，结果如下：
Ⅰ类桩：8根，占88.9%；Ⅱ类桩：1根，占11.1%；Ⅲ类、Ⅳ类桩0根：占0%；检测结果表明，桩身结构完整性合格，满足工程使用。单桩竖向静载试验，试验加载到最大荷载1000KN时，总沉降量为8.41mm，设计特征值对应沉降量为3.94mm，最大值对应沉降量为8.41mm，残余沉降量9.14mm，沉降量不大，综合分析，该桩的极限承载力为Pu≥1000KN，承载力特征值取500KN，试验满足设计要求。
5、结语
通过本工程的实践应用表明，钻孔灌注桩应用于水闸基础施工是一种非常有效的技术。钻孔灌注桩具有低噪音、施工简单易操作、小震动、无挤土，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点，尤其桩长和桩径随着社会经济发展的需要不断加大，单桩承载力也越来越高，在桥梁、房屋建筑、水工建筑物等工程必将会得到更加广泛的应用。下寨水闸重建工程钻孔灌注桩通过单桩静载实验及低应变检测，工程质量受到业主好评。