探讨水利工程中桩基础及桩支护应用要点

摘要本文主要集中分析了桩基础及桩支护的相关问题，论述了桩基础及桩支护在水利工程中的应用情况，提出了应用技术的具体方法和措施，以期可以提高桩基础及桩支护在水利工程中的应用水平。

关键词水利工程；桩基础；桩支护；应用

中图分类号：TV文献标识码： A

一、前言

随着水利工程质量要求的提高，采取科学的施工技术显得尤为重要。在当前很多水利工程施工过程中，都要使用桩基础及桩支护的施工方法，分析两者的使用方法非常具有现实意义。

二、水利工程中CFG桩复合地基的作用机理

1、挤密作用

疏松的单粒结构,颗粒间孔隙较大,位置不稳定。在振冲荷载作用下,可使其产生较大变形―挤密,单粒、松散结构则变成密实的稳定结构。土体的干密度和摩擦角有所增大,土体物理力学性能得到改善,从而提高了地基承载力。

2、置换作用

CFG桩是具有一定粘结强度的非柔性桩，桩体强度一般为C5-C20，在上部荷载作用下，首先是桩体受力，表现为明显的应力集中现象，桩土应力比可达10-40。

3、排水作用

CFG桩复合地基在成桩初期,因桩孔内和周边充填过滤性较好的粗颗粒填料,在地基中就形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道,可以有效地消散和防止振冲产生的超孔隙水压力的增高,加速地基的排水和固结。

4、褥垫层作用

CFG桩复合地基在桩顶必须设置一定厚度的褥垫层。通过它的流动补偿作用，减弱基础底面的应力集中现象，保证基础始终通过褥垫层把一部分荷载传到桩间土上，达到桩同承担荷载的目的。

三、灌注桩施工技术及其基本程序

1．护筒的埋设

钢护筒由4mm～8mm厚钢板卷制焊接而成，直径大于设计桩径10cm～20cm。在进行护筒埋设时，应确保其中心与桩位中心的偏差在50mm以内；埋设深度应根据土质进行调整，在砂土土质中应当大于1．5m，在粘土土质中应不小于lm。护筒埋设应牢固、密实，护筒与孔壁之间用粘土进行夯实。

2．钻机就位

钻机轨道枕木放平置牢，钻头对中误差控制在±20mm，钻杆垂直度误差控制在±5‰，校核后，拧紧钻机螺旋支腿，固定牢钻机，等候开钻命令。为准确控制钻孔深度，在机架或机管上作出控制标尺，以便在施工中进行观测、记录。

3．护壁泥浆

泥浆的主要作用是支撑孔壁、稳定地层、对悬浮的钻渣进行清理，同时通过泥浆渗透到孔壁周围的地层，阻断渗漏通道。泥浆比重控制在1．2～1．3，粘度22～25S，胶体率>97％，内泥浆面控制在离孔口50cm以内。同时确保孔内的泥浆比地下水位高出lm左右。

4.钻孔

开钻前，在护筒内加一些粘土，地表土层疏松时，还需加入一定数量的片石，然后注入泥浆和清水，借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒脚。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的高程和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的余留长度来校验成孔深度，也可测量护筒顶高程来控制成孔深度。

5.清孔

终孔检查后，迅速清孔，清孔的目的是使孔底沉渣、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量等指标符合规范要求。清孔方法采用注浆漂浮法，在钻孔至设计高程后，进行孔深、孔径、钻孔倾斜度检查，符合要求后，用泥浆泵将泥浆送入孔底，泥浆在上浮过程中将钻渣带出。在达到规范要求的标准后，即可停止清孔。

6．钢筋笼的制作与安装

按照施工图纸及规范要求，进行调直、去锈、焊接。钢筋笼的主筋应当使用整根的钢筋，如需对接，则尽量使用搭接、焊接头，搭接处的末端不设弯钩。

钢筋笼吊装前，先用直径和钻孔直径相符的探孔器对钻孔进行检测，主要检测钻孔内有无坍塌和孔壁有无影响钢筋笼安装的障碍物。钢筋笼起吊时应采用两点起吊；吊装时对准孔位，尽量竖直轻放、慢放，遇障碍物可慢起慢落和正反旋转使之下落。无效时立即停止，查明原因后再安装。禁止高起猛落、强行下放，防止碰撞孔壁而引起塌孔。

7．混凝土浇筑

混凝土的强度等级必须满足水利工程施工设计需要，所选用的材料应符合国家行业标准，使用的混凝土需经过严格检查才能进入施工现场。

在开始灌注混凝土前，导管底口距孔底250～400mm。灌筑前必须对首灌混凝土方量进行详细计算，一般首灌量应至少是导管容量与漏斗总容量之和的2倍．才能够确保混凝土从导管底口顺利翻出，并且将导管底口埋置于翻出混凝土内2．5m左右。

8、高压旋喷桩的施工技术工艺

（一） 测量放样

按业主提供主轴线控制点及具体尺寸，运用导线控制法，使用DJ2光学经纬仪和钢尺进行主轴线的放样，其精度要求：距离中误差：±5mm，角度中误差：±10S；

参照场地情况，将主轴线控制点引至不受破坏的位置，切加以保护；

在复验合格的轴线基础上，确保技术资料的完整性；

（二） 注浆工艺

高压旋喷桩注浆固结体的质量因素较多，当确定采用一定形式的高压旋喷注浆管法之后，注浆工艺是影响固结体的重要因素之一。

（1）旋喷

高压旋喷注浆，运势自下而上，连续进行，若施工中出现了停机故障，待修好后，需向下搭接不小于500mm的长度，以保证固结体的整体性。

由于天然地基的地质情况比较复杂，沿着深度变化大，有多重土层，其密实度、含水量、土粒组成和地下水状态等，有很大差异和不同，若采用单一的技术参数来旋喷注浆，则会形成直径大小既不匀称的固结体，导致旋喷直径不一致，影响承载力。因此，针对不同地质土层的特征，要采取相对的措施来注浆完成。特别粘土、砂土部位，深部土层要适当放慢提升速度和旋转速度或提高旋喷压力等。

（2）复喷

在不改变旋喷技术参数的条件下，对同一土层做重复注浆（喷到顶再下钻重喷该部位），能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固结体强度，复喷时全部喷浆，复喷的次数愈多固结体直径加长的效果愈好。

9、高压旋喷桩施工工艺

（一）钻机就位,调试完毕后,接通电源开动移架电机按钮,移动钻机到达指定桩位并对中,要求钻机安放平稳,桩位误差小于50mm,垂直度不大于1.5%。

（二）浆液配制,水泥进场要按照比例进行复检,水灰比1B1,水泥浆搅拌时间不少于3min。

（三）钻机钻进到设计标高,检查高压设备和管路系统,待泵压正常后开始注浆提升。

（四）注浆中需拆卸注浆管时,应先停止提升和回转,同时停止注浆,拆卸完毕继续喷射注浆时,注浆的孔段要与前段搭接不少于100mm。

（五）注浆到冠梁底部迅速拔出注浆管,用清水清洗管路。

（六）桩机移至下一桩位。

四、枢纽建筑物基坑支护的施工

1、基坑支护工程施工程序

按照工程特征，我们可知施工程序为：旋喷、围护桩―挖土挖到5.5米高程并喷射坡面混凝土压顶支撑梁与圈梁分层开挖到设计底高程上下游进出口与闸室施工去掉下游对称支撑系统一旦堤防有破堤条件，就将上游角撑系统拆掉，并回填土方。施工程序会给支护工程的安全施工与顺利开展造成极大的影响。

2、关键部位施工质量的控制

（一）土石方开挖

（1）土方开挖。依照先撑后挖，严格禁止超挖、分层开挖的原则，在支护之后给挖机活动留下来的空间会变得特别小，同时也会加大施工进退路线与机械设备安设等的难度。因此，应当采取大挖机与小挖机相互配合的传递式手段去挖土。一般来说，施工可划分成三大阶段，首个阶段，自地面开始开挖到支撑梁底标高4.65m，开挖深度达到大致2.2米深的时候即可对压顶梁与支撑梁进行浇筑；第二阶段，开挖到标高，开挖需达4.6米深，等到压顶梁与支撑梁混凝土的强度有设计强度的80%的时候得一直往下挖土；最后一个阶段，开挖到设计底高程之后，开挖大致有3.35米深，在这阶段需分区域、分层次实施开挖，严格禁止超挖现象发生。

（2）石方开挖。因为堤防地处基坑西侧，其与南北两侧的生活用房、农居房建设管理以及施工临时设施相隔不远，所以石方爆破需要对爆破参数加以严格管控，选取控制性浅孔微差松动对爆破实施分层控制。此外，为了使得爆破震动的影响减小，应当在围护桩边缘、爆破区域与钢格立柱附近安设双排密排减震孔，从而减轻爆破地震效应对于附近建筑与支护的影响。

（二）钢筋混凝土灌注桩

本工程选择使用361根围护桩，其中，桩的最大长度为15.75m。钢筋笼伸人压顶梁锚固长度依照30d管控，其垂直度小于1%，混凝土等级为C25，桩径偏差处于+5～3cm的区间内，可产生一道连续水泥土墙，从而具备一个较好的基坑开挖条件。

五、反射波法桩基检测的应用

反射波法是建立在一维波动理论的基础上的。假设桩为质地均匀、各向同性的一维线弹性体（桩的长度远大于直径，且入射波波长λ大于桩的直径），当用手锤在桩顶敲击时，产生的应力波在桩身传播满足一维波动方程，对于水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)的假设设定如下：（1）水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)是否可视为一维杆件。（2）水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)身材料是否可视为弹性材料。（3）水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)桩身波阻抗是否可以被识别。

从目前工程上的应用来看，水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)桩径多为50cm，桩长多为8m以上，长径比一般在16以上，符合桩长远

大于桩径的理论条件，桩体可视为一维杆件。水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)是由水泥与粉煤灰材料充分搅拌硬化而成，在受力初期，应力与应变关系基本上符合虎克定律。可视为弹性材料。

与混凝土灌注桩相比，尽管水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)桩身波阻抗明显要小，但目前大量的工程试验资料证明，水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)桩身抗压强度可达400千帕以上（425＃水泥，龄期30d），其抗压强度也大于桩周土强度，基本符合-维波动方程的理论假设。对实际工程桩的检测也表明，一维压缩波在水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)桩身以内的入射、透射、反射特征清晰。

基于以上分析，反射波法检测水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)的桩身质量是可行的。

六、基坑稳定监测

为了确保周围土体与新建道路车辆通行的安全和护坡与降水施工的顺利进行，在施工期间对基坑变形定期进行观测，一直到基坑开挖完毕，施工完毕后可7~10天观测一次，至变形稳定为止。期间可根据施工进度和变形发展随时加密观测次数，如发现变形异常，应及时停止坑内作业，分析原因，采取还土、坡顶卸载等加固措施，确保边坡安全。观测点布置见基坑监测图。

1、位移观测

（一）点位设置：观测点布置在基坑边缘附近，统一编号，观测点的间距30m~40m，观测基准点在距离基坑较远且相对稳定的地方。观测点用水泥桩固定，桩顶设小桩或用彩墨先标定，以保证仪器对中精度，附近做醒目标志，便于观测及保护。

（二）观测方法：采用直线法进行观测。在基坑开挖前观测依次，做为基准数据，以后观测结果和首次观测结果比较，求出边坡位移。

（三）观测时间：在基坑开挖过程中，每天进行一次。基坑开挖结束达到稳定后，每周观测一次。

（四）资料整理

观测工作必须指派专人负责观测，同时严格按观测周期进行观测，以便于变形分析。必要时绘制变形曲线，每次观测结果必须真实可靠地记录在观测表格内，并及时整理，以便服务于施工安全，在工程竣工时，将上述资料列入竣工资料中。

2、变形信息分析处理

监控资料按照图表格式进行整理，并绘制支护结构的变形 ---时间、应力等曲线，若超过安全警戒线必需要应向其主管部门进行通报，并及时采取措施

3、观测精度:满足国家三级水准测量精度要求,水平误差控制在1mm之内。

七、结束语

总而言之，在水利工程施工中，一定要重视桩基础及桩支护的施工技术方法，结合水利工程的施工质量要求和施工的具体流程，合理控制桩基础及桩支护施工的方法，提高施工整体效果。

【参考文献】

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[2]季超.注浆碎石桩在水库坍塌渗漏处理中的应用[J].黑龙江科学.2014(01)

[3]李苏君.浅谈水利施工中钻孔灌注桩施工技术[J].科技创新与应用.2014(07)