小口径钢管桩工艺――在贵州东风水电站加固处理工程中的应用

时间:2022-07-03 11:09:08

小口径钢管桩工艺――在贵州东风水电站加固处理工程中的应用

摘要:贵州省清镇市东风水电站右岸坝前边坡加固处理工程,设计主要采用的是小口径钢管桩施工工艺,处理2#夹泥层及其以上的地质缺陷,防止进水口旁的边坡向库区内滑移。该项目是一个施工工艺新、施工难点较多的工程,并且在全国,采用该工艺施工的工程项目较少,工程中研制出钻孔、钢管下设、小口径导管浇筑砼的一套科学、合理的施工方法。

关键词:钢管桩;钢管下设;小口径导管浇筑砼

1 工程概况

乌江东风水电站为乌江干流第二级电站,枢纽建筑物主要由拱坝、泄洪建筑物、发电引水系统及地下厂房组成。

加固处理边坡位于东风水电站大坝上游右岸坝前,顺河向长80~110m,高约120m,地形坡度15~25°,边坡地面高程940~980m。边坡处于鸭池河倒转向斜的北西翼,即正常翼,岩层产状:N65~75°E,NW∠12~20°。

2施工方法

2.1先导孔施工

为了确定各夹泥层的深度,在施工初期以10个钢管桩钻孔施工10个先导孔的取芯和地质鉴定。采用Φ220 mm回转钻具钻进取芯,深度直至2#夹泥层下3.0m;对取出的岩样,鉴定2#、3#、4#夹泥层的位置,并确定其它孔的夹泥层位置;各成果在监理、设计单位复核、确定后实施。

2.2开孔

边坡上部有3~5m厚的渣土层,因稳定要求需要下设孔口管进行隔离。开孔孔径为Φ250~300mm,采用两种方法进行:①Φ275mm潜孔冲击器、Φ300mm球齿状硬质合金钻头,SM-400/YG-80全液压工程钻机和VHP750高压空压机供风,采用冲击回转钻进的方法进行;②采用地质钻机,Φ250mm硬质合金钻头,清水冲洗钻进。开孔深度以深入岩石0.5~1.0m为准,而后下设并镶铸孔口管。

2.3钻孔

钻机和钻孔方法与开孔相同,钻头直径为Φ220mm,所用粗径钻具与钻头配套。根据钻孔设备的配置情况,部分钻孔或钻孔上部30~40.0m采用Φ200mm潜孔冲击器、Φ220mm球齿状硬质合金钻头钻进,下部至终孔采用地质钻机、Φ220mm金刚石钻进或硬质合金钻进方法;部分桩孔全孔采用地质钻机,金刚石、复合片或硬质合金钻进方法。钻至设计孔深后,采用大泵量水进行冲孔,直至回水清洁。

2.4 钢管和钢筋笼下放

钢管安装采用钻机起吊,对准桩孔中心放入孔内。钢筋笼采用点焊的方法固定在钢管内,随钢管一齐下设。钢管下设采用钻杆和套管专用下设器定位下设、钢丝绳或钢筋悬挂下设或其它有效的方法。钢管的下设深度以夹泥层位于钢管中部的要求进行控制;处理2#夹泥层部位的钢管直接置于孔底,处理3#夹泥层部位的钢管采用Φ20mm钢管或钢筋与底部钢管固定后同步下设;处理4#夹泥层部位的钢管采用钢丝绳或钢筋悬挂后在孔口定位。

2.5水下砼/砂浆浇筑

(1)采用“水下直升导管法”浇筑,压塞法开浇。浇筑导管采用地质钢管制作,螺纹连接,外径Φ89 mm和Φ108mm两套。根据孔形检测情况、砼(砂浆)面测量和孔形理论体积控制导管起拔速度,使其最小埋入深度不小于2.0米,不大于10.0米。

(2)在砼浇筑前,先浇筑0.2~0.3m3水泥浆或水泥-粉煤灰-砂浆。水胶比为(0.4~0.5):1,粉煤灰掺量为10%,砂量适中,外加剂为0.75%。

2.6主要技术措施

(1)严重漏风不返渣地层,要反复上下提动钻具,进行周期性碎岩和吹孔工作,把大颗粒岩屑碎成粉末吹入裂缝中。必要时,可加入泡沫剂或灌注水泥砂浆以封堵裂隙,减轻漏风、漏水现象。

(2)钻进中,如发现溶洞或较大裂隙,立即提动钻具,再慢慢下放,以较低钻压通过该区,防止造成钻杆折断事故,也可进行灌注低标号水泥砂浆后继续钻进。

(3)钻进时经常注意潜孔锤冲击声,如发现冲击频率变低或不稳定,潜孔锤出现异常,立即提钻,进行检查处理。

(4)终孔以穿过2#夹泥层3m为原则进行控制。2#夹泥层具体深度根据先导孔钻孔和取芯资料进行鉴定和分析确定。

3技术革新

小口径钢管桩加固施工,其孔径小、深度大,对钢管下设及砼浇筑上,是一个技术课题。施工难点主要体现在:其一,钢管下设在直径为Φ220m的孔内,下设直径为Φ210mm(或Φ203mm)的钢管。其二,砼的浇筑在内径Φ190mm的钢管里下设89mm(或Φ108mm)的导管,浇筑一级配的C40砼,并且要保证钢管的外壁完全被充填,确保钢管不受地下水的侵蚀。

为解决施工中的难题,采纳资历较深技工的经验,配合公司技术指导的学识,成功的研制出:三翼下设器、梭形止浆器等施工器具,彻底的解决了施工中的种种难题。

首先,在钢管的下设上,采用卷扬钢绳将6.0m钢管两点竖向起吊,利用半圆型管卡固定,然后按顺时针方向卡上自行研制的三翼下设器,用Φ50mm钻杆连接,下设到设计指定位置;再逆时针方向反转钻杆,取出三翼下设器完成钢管下设,这样以来彻底解决了钢管下设问题。“三翼下设器”是在解决本工程难题时的一个创新。它主要由三翼形钢板下设器和定位杆两部分组成。其中,三翼形钢管下设器是在外径Φ190mm内径Φ50mm的圆环钢板外侧均匀切除半径R95的钢板片形成48mm的三翼形。中孔再与Φ50mm钻杆接头焊接;三翼处用35×56mm的三角形钢板片与50mm钻杆接头焊接加固。定位杆是用Φ6mm的钢筋做成长56mm,内径宽28~30mm的U形钢条;U形钢条再弯成R85的弧形,紧贴钢管内壁,U形口朝逆时针方向水平焊接。

钢管下设工艺完成后,根据“水下直升导管法”及压塞法的原理,对钢管桩进行水下砼浇筑。为保证水泥砂浆填满钢管与孔壁之间的间隙,下设导管前,在浇筑导管底部安装梭形止浆器。在砼浇筑前,首先,用475L水泥粉煤灰砂浆进行开浇,由于钢管内壁受到梭形止浆器的影响,减小了管内容积,使管内浆液上升速度减缓;从而增大了管壁与孔壁之间浆液的压力,使浆液能充分的填充其空间,从而达到设计要求的:管壁与孔壁之间完全被充填,钢管不受地下水的侵蚀的目的。

4质量检验

4.1 施工过程的质量检测

钢管桩属于地下隐蔽工程,做好施工过程中各个施工环节的控制是保证钢管桩质量的关键,因此对于每根钢管桩均进行检测验收。

(1)开孔前对孔位进行检测验收,填写开孔通知单。本工程180根桩,孔位最大偏差5.3cm,最小偏差2cm,合格率达97.2%。

(2)终孔检查验收,填写终孔验收单。对孔型、孔径、钻孔垂直度检查验收,合格率100%,钻孔优良率90%。

(3)清孔检查验收,填写清孔验收单。经检测,孔内泥浆的三项指标达到设计要求,合格率100%。

(4)钢管、钢筋笼安装之前对钢管的材质、长度及钢筋的间距、钢筋根数、钢筋笼长度、钢筋笼直径进行检查验收,填写钢管、钢筋笼验收单。本工程钢管、钢筋笼制安合格率100%。

(5)砼浇注:严格控制砼浇注速度,浇注过程中控制最小的上升速度为4.27m/h。桩顶控制高程符合设计要求。

4.2钻孔抽芯检测

工程对9个孔进行钻孔抽芯检测,从桩顶中心向下垂直钻进至桩底3m左右结束。本次检测桩身砼钻进627.20m,砼采取率为95.6%~100%;根据《钻芯法检测砼强度检验报告》9组27块芯样可知,砼抗压强度均满足设计要求。

5结语

东风水电站右岸坝前边坡加固处理工程按照现行的桩基施工规范和技术检测规范的要求组织施工,经过施工过程中严格的质量控制,成桩后精确的质量检测,180根钢管桩均满足设计要求,并在工程验收阶段评为优良工程。

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