長螺旋鉆孔灌注樁在水利工程中的應用*

鄧 淵，薛炎彬，羊樟發(fā)，葉昊陽

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

長螺旋鉆孔壓灌(灌注)樁是一種新型的成樁施工技術，具有針對性強、成樁速度快、不受地下水位限制、單樁承載力高、施工時無需泥漿護壁、樁身混凝土強度高、縮短工期、降低成本和施工環(huán)保等優(yōu)點[1-5]。該方法已被廣泛應用于工程領域，如彭生江等[6]從施工工藝、質量評價和設計計算等方面進行總結，介紹了螺旋鉆孔壓灌樁在輸變電工程中的應用；倪曉榮等[7]介紹長螺旋鉆孔二次壓灌混凝土成樁工藝在砂卵石地層中的應用；劉硯鵬等[8]將長螺旋鉆孔壓灌樁應用在水運工程中，并提出該方法具有技術可行、質量穩(wěn)定及經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著等優(yōu)點；祝國梁等[9]以樁基工程為例，介紹了長螺旋鉆孔灌注樁的施工工藝與關鍵工序。

本文以北支江綜合整治項目——上游水閘、船閘工程為例，研究此技術在水利工程中的應用，并提出適合該工程的施工參數(shù)等，可為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

北支江上游水閘、船閘工程主要包括新建上游水閘、船閘及堤防工程等。水閘由上游鋼筋混凝土鋪蓋、閘室、下游鋼筋混凝土護坦組成。左岸與防護堤相接，右岸與船閘上閘首相鄰。閘室段為水閘工程的主體，閘室為平底開敞式結構，由閘底板、閘墩、工作閘門等組成。水閘共3孔，每孔凈寬60.0m，閘底板順水流方向長30.0m，閘室總寬225.0m(不含船閘)，閘墩頂高程為6.700m。采用底軸驅動式翻板閘門，尺寸為60.0m×4.9m(寬×高)，最大擋水高程6.000m。

根據(jù)選定閘址的樞紐總體布置，通航建筑物為一線單級船閘，布置在樞紐右岸，左鄰泄洪建筑物，右毗岸邊側與親水平臺相接。船閘主要建筑物包括上閘首、下閘首、閘室、上游引航道和下游引航道5部分，根據(jù)船閘規(guī)模、等級和過閘方式等要求，船閘主體建筑物及上、下游引航道總長346.0m。

2 工程地質和水文氣象條件

2.1 工程地質

根據(jù)勘探揭露的地層情況，上游閘線基巖為燕山期入侵的花崗閃長巖，埋深達30～46m，左側埋深淺、右側深。

水閘基礎底板埋置高程約為-4.900m，水閘主體結構底板以下大部分以②2粉細砂層為主，局部存在⑤1淤泥質粉質黏土層，其工程性能極差，不宜直接作為水閘主體結構天然地基持力層。主體結構底板以下存在軟弱下臥層，建議主體結構位置采用樁基礎。結構底板以下有⑥2圓礫層局部分布，厚度2.30～7.50m，局部夾有黏性土、粉土含量較高孔段，其下夾有厚層的⑥夾粉質黏土，⑥3中砂層厚度不大，將⑥4卵石層作為樁基持力層，若上述土層不能滿足承載力要求，可采用⑦3中風化花崗閃長巖層作為樁基持力層。但該層埋深較深，雖是樁基良好的持力層，但施工難度較大，需穿越上部厚度達15m以上的圓礫、卵石層。

2.2 水文氣象條件

工程區(qū)域位于錢塘江流域，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，季風顯著，四季分明。多年平均氣溫16.1℃，極端最高氣溫44.2℃，極端最低氣溫-14.4℃。多年平均降水量1 479.3mm，年內呈明顯季節(jié)性變化，70%左右的雨量集中在3—9月。

3 試樁設計和結果

3.1 試樁設計

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，長螺旋鉆孔灌注樁樁基進場組裝在水閘2號孔閘室區(qū)域，該段區(qū)域較平坦，故試樁采取就近原則，在水閘2號孔進行試樁，試樁樁位編號2-t5，2-v5，如圖1所示。

圖1 試樁樁位平面布置

試樁采取跳樁形式。工藝性試樁共取2根，試樁時記錄各施工參數(shù)及施工情況。

1)2-t5號樁施工參數(shù) 不埋設護筒，鉆進速度2.0m/min，提升速度1.8m/min。

2)2-v5號樁施工參數(shù) 埋設護筒，鉆進速度2.3m/min，提升速度2.3m/min。

3.2 試樁結果

現(xiàn)場試樁均嚴格按《長螺旋鉆孔灌注樁工藝性試樁方案》執(zhí)行。試樁施工過程中主要質量檢驗內容有施工原始記錄、混凝土坍落度、樁數(shù)、樁位偏差、樁頂標高、鋼筋籠質量、樁體抗壓強度、主要異常情況等，檢查結果如表1所示。

表1 試樁檢查結果

長螺旋鉆孔灌注樁一階段試樁完畢，待樁體達到一定強度后，對其進行開挖檢查。本次低應變檢測施工現(xiàn)場暫不具備開挖鑿至設計樁頂條件，因地下水豐富，不采取深度開挖鑿除樁頭進行完整性檢測，均在施工樁頂高程上進行檢測，Ⅱ類樁2-t5，檢測樁頂高程0.500m，設計樁頂高程-4.800m，檢測樁長23m，設計樁長17.7m。檢測結果顯示，在樁頂0.5m以下4.5m(高程-4.000m)處存在輕微缺陷，該處為樁頭超灌部位采用素混凝土，不屬于設計樁長段。開挖檢查結果：2-t5號樁樁身直徑為87cm，2-v5號樁直徑為80cm，均符合設計要求，樁身外觀質量較好，如圖2所示。

圖2 試樁開挖檢查結果

本次試樁設計樁長段完整性檢測均無缺陷或輕微缺陷，灌注樁試樁完整性檢測情況較好，故確定指導性施工參數(shù)為：鉆進速度2.3m/min，提升速度2.0m/min。

4 施工關鍵技術

4.1 施工工藝流程

長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖3所示。

圖3 長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝流程

4.2 施工要點

1)定位放樣

根據(jù)設計樁位平面位置圖用全站儀定出灌注樁樁位。施工前先平整施工場地，按基線控制網(wǎng)及設計坐標，用全站儀精確放出樁位，然后用鋼尺復核樁位間幾何關系，經(jīng)測量人員和測量監(jiān)理工程師復核無誤后，放出樁基十字線方向的護樁。

2)鋼護筒埋設

護筒埋設位置應與樁位相吻合，樁位采用全站儀極坐標法定位，并用十字線確定護筒的埋設位置。

3)成孔

本工程地質條件為軟土地基，考慮高大設備施工作業(yè)安全，樁基施工范圍內30m全部采用2cm厚鋼板進行鋪設，保證樁機就位時平穩(wěn)、牢固，確保在施工中不發(fā)生傾斜或移位。鉆進前對鉆頭的水平度和垂直度進行核查，確保樁垂直誤差<0.5%。同時，檢查鉆頭底部閥門，確保能開閉自如，成孔階段應保證閥門密閉。開孔時速度要緩慢，待鉆機無較大晃動后，加快鉆進速度，鉆進速度按2.3m/min進行控制。鉆進時應注意電流變化，當超出電動機額定電流時，應及時停鉆排土，直至電流恢復正常。成孔深度應達到設計要求。

4)鋼筋籠制作

鋼筋籠現(xiàn)場制作，每個鋼筋籠宜分節(jié)制作，外形尺寸及焊縫符合設計要求及規(guī)范規(guī)定，主筋間距允許偏差±10mm，箍筋間距允許偏差±20mm，鋼筋籠直徑允許偏差±10mm，鋼筋籠保護層允許偏差±20mm，主筋焊接時，同一截面鋼筋接頭不得多于主筋總根數(shù)的50%，接頭錯位距離應>35d(d為鋼筋直徑)，且≥50cm。主筋焊縫長度單面焊為10d。鋼筋籠制作長度及安裝深度允許偏差為±50mm，吊點位置用5cm短鋼筋焊接加強，鋼筋籠制作完成且驗收合格后，方可進入下一工序。

5)灌注混凝土

當鉆機鉆孔達到要求深度后，停止鉆進，同時啟動混凝土輸送泵向鉆具內輸送混凝土，待混凝土輸送到鉆具底端將鉆具緩慢上提0.1～0.3m，以觀察混凝土輸送泵壓力有無變化，判斷鉆頭底部閥門是否已經(jīng)打開。輸送混凝土順暢后，方可開始灌注成樁，嚴禁先提管后泵料。提升速度要與泵送速度相適應，根據(jù)試樁結果，提升速度≤2.0m/min。灌注成樁過程中提鉆與輸送混凝土應自始至終密切配合，鉆具底端出料口不得高于孔內混凝土液面，應始終保持在混凝土面1m以下，防止縮徑、斷樁等質量事故發(fā)生。為確保樁身質量，樁身混凝土應超灌至設計打樁平臺高程(1.500m)，鉆頭提至孔口時，應適當埋入一定深度，確保樁頭部位的樁徑達到設計要求。

澆筑前先進行室內試驗確定混凝土配合比，采用C30水下灌注混凝土，現(xiàn)場施工時按SL 176—2007《水利水電工程施工質量檢驗與評定規(guī)程》及SL 677—2014《水工混凝土施工規(guī)范》的相關要求制作留置混凝土試塊，以備進行混凝土試塊統(tǒng)計評定。

混凝土由自建拌合系統(tǒng)拌制，由混凝土攪拌車運輸至混凝土輸送泵，混凝土輸送泵管布置宜減少彎道，泵與鉆機距離宜≤60cm。

為保證澆灌質量，防止“掉渣”造成夾泥、斷樁，采取增加充盈系數(shù)、超灌至孔口的方法，在底板施工前再鑿至設計頂高程。

6)下鋼筋籠

混凝土灌注后，清除孔口周圍泥土，將鋼筋籠用副卷揚機吊起直立于孔口，為滿足鋼筋籠吊運不變形的要求，鋼筋籠吊點位置應嚴格選取，必要時應在吊點位置綁上扁擔。吊放鋼筋籠入孔時，對準孔位，吊直扶穩(wěn)，避免碰撞孔壁。先利用鋼筋籠自重下至一定深度，再采用插筋器下鋼筋籠到設計深度。

7)樁頭保護及渣土處理

灌注完畢的樁頂立即采用渣土覆蓋，防止雨水沖刷、日曬干裂。鉆機成孔過程中，采用PC220挖掘機將渣土及時翻至工作面以外，倒運至臨時堆土場進行晾曬，定期進行翻曬，加快固化。晾曬后運至場外指定棄渣場。

5 結語

以北支江綜合整治項目——上游水閘、船閘工程為例，介紹了長螺旋鉆孔灌注樁在水利工程中的應用，得出以下結論。

1)在施工參數(shù)為鉆進速度2.3m/min、提升速度2.0m/min的情況下，試樁設計樁長段完整性檢測均無缺陷或輕微缺陷，灌注樁試樁完整性檢測情況較好。這說明在此鉆進速度和提升速度等施工參數(shù)下，長螺旋鉆孔灌注樁在水利工程中應用效果較好，可為類似工程提供參考。

2)如出現(xiàn)塑性高的黏性土層，則采用鉆具回轉泵送混凝土法，即在泵送混凝土的同時使鉆具在提拉下正向回轉，使擠壓在閥門的泥松動脫落，從而在泵壓下打開閥門。

3)保證鉆頭在混凝土內埋深始終控制在2m以上，保證帶壓提鉆，如鄰樁間距<5d(d為樁徑)，則需采用隔樁跳打法。

4)為保證澆灌質量，防止“掉渣”造成夾泥、斷樁，可適當增加充盈系數(shù)，將混凝土壓灌至設計打樁地坪孔口。

5)為避免出現(xiàn)樁頭不完整，需保證超灌至設計打樁平臺高程。