钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用

钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用

宁燕

陕西省水利电力勘测设计研究院  陕西西安  710001

摘要：钻孔灌注桩是一种常用的地基处理方法，其在水利工程中的应用越来越广泛。在溢洪道消力池的设计与施工中，钻孔灌注桩起着至关重要的作用。首先，钻孔灌注桩可以有效地加固土体，提高溢洪道消力池的整体稳定性。通过在地基中打入钢筋混凝土桩体，可以增加土体的承载能力，减小土体的变形和沉降，从而保证消力池在溢洪时不会发生严重变形或破坏。其次，钻孔灌注桩还可以提高溢洪道消力池的抗冲刷能力。在洪水冲刷的情况下，消力池地基承受着剧烈的冲刷与侵蚀，这会导致地基的破坏。而通过钻孔灌注桩的加固处理，可以有效地提高地基的抗冲刷能力，延长消力池的使用寿命。

关键词：钻孔灌注桩；水利工程；溢洪道消力池；应用

某水坝坝址控制集雨面积为25.7km2（其中引水口以上集雨面积11.4km2），水库总库容1073.3万m3，设计灌溉面积2.60万亩。溢洪建筑物为正槽式有闸溢洪道，布置在右坝肩。溢洪道轴线和坝轴线成90°角布置。溢洪道总长度为305.8m，主要由进水渠、控制段、泄槽、消力池以及尾水渠组成。消力池结构为下挖渐扩式C30钢筋砼结构，矩形断面，池长51.5m，顶部高程785.0m，底部高程774.5m，池深9m。

1钻孔灌注桩概述

钻孔灌注桩是一种在地基工程中常见的桩基施工方法，它是通过先钻孔，然后注入混凝土来形成桩体的一种技术。在水利工程中，钻孔灌注桩常常被应用于溢洪道消力池的建设中。溢洪道消力池是水利工程中用于消解洪水冲击力的重要结构，它能够有效减少洪水对工程设施和周边地区的破坏，保障工程的安全稳定运行。钻孔灌注桩作为消力池的一部分，具有以下几个优点和应用特点。首先，钻孔灌注桩具有承载能力强的特点。通过在地下深层注入混凝土，可以将桩的承载能力有效地提高，使得桩体能够承受较大的荷载。在溢洪道消力池中，由于水流的冲击力很大，桩基需要具有足够的承载能力来抵抗水流带来的冲击力，这时候钻孔灌注桩就能够发挥其优势，有效保障消力池的稳定性。其次，钻孔灌注桩的施工比较灵活。钻孔灌注桩可以根据具体的工程需求，调整桩径、桩长和桩间距等参数，从而满足不同工程的要求。在水利工程中，消力池的形状和尺寸通常会根据水流情况和地形地貌来设计，因此需要一种灵活性强的桩基施工方法，而钻孔灌注桩正是可以满足这一需求的施工方法之一。此外，钻孔灌注桩还具有施工周期短、施工成本低的特点。相比于传统的桩基施工方法，钻孔灌注桩的施工周期通常较短，能够快速完成工程建设。同时，钻孔灌注桩施工所需的设备和材料比较简单，施工成本相对较低，因此在水利工程中应用广泛。

2钻孔灌注桩的技术特点

(1)高效施工流程：相比之下，钻孔灌注桩的建设速度超越了常规的混凝土桩或复合材料桩等基础处理技术，显著节省了项目周期；(2)卓越承载性能：其强大的承载力使其能应对重压和横向负荷，无论地质条件如何复杂或工程需求如何特殊，都能胜任；(3)高度灵活性：钻孔灌注桩设计和实施具有极高的适应性，能够根据土壤特性和工程特性进行定制，适用性广泛；(4)经济实惠：在经济效益方面，钻孔灌注桩的成本效益优于其他处理方法，有助于控制工程的整体成本；(5)环保施工：钻孔灌注桩施工过程中的环境影响微乎其微，确保了施工过程对周边生态环境的低干扰和无破坏。

3钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用要点

3.1做好试桩工作

在即将实施钻孔灌注桩作业前，一项关键步骤是预演性试桩，其目标是为了精确掌握施工流程中的所有参数和适用技术规格。鉴于实例工程的特殊环境，场地限制明显，施工区域狭小且空间利用面临挑战。在这种情况下，试桩的设置需与周边的支撑桩紧密结合，其具体位置需由具有权威的现场监督团队依据实际情况实时决定。规定至少进行两根试桩的施工，其核心任务在于通过实践验证消力池钻孔灌注桩的施工技术和参数，从而为后续大规模的正式施工提供详实的参考依据和操作指南。

3.2场地平整和测量定位

在实施钻孔灌注桩工程前，首要步骤是对施工区域进行全面且精确的准备工作。为了确保钻机在坚实的地基上作业，避免在软质地层中出现潜在的沉降风险，我们在开挖区域填充了一层厚厚的100厘米碎石材料，进行了深度夯实处理。严格遵循设计图纸的规范，对每根桩位进行精准的预设，通过设立明确的导向桩，清晰标注出桩体的位置以及桩顶与工作面之间的距离。这些关键数据需严谨记录并妥善保管，以备后续核查。在正式开始钻孔作业前，我们采用精密的测量放线技术，精确无误地定位每根桩位。通过构建精确的“十字”定位系统，我们确保即使在复杂的施工现场，也能有效地防止因环境因素导致的定位偏差。这样的精确定位为钻机的精确安置提供了坚实的依据和可靠的指导，保证了整个施工过程的精准执行。

3.3严控钻孔过程

针对本项目的消力池区域地质特性和施工规范，我们采取了先进的旋挖钻机技术进行孔洞挖掘，同步实施静止泥浆护壁策略，是否使用钢护筒则视具体施工条件而定。钻机通过精确的定位系统移动至预设钻孔点，借助计算机控制系统精细调整钻机和桅杆。在确保准确位于桩位之上后，钻机在测量人员的指导下，精准对准并启动钻孔过程。钻进速度根据现场地质水文特性进行适时调整，一旦钻入1.5米以上土层，便安装护筒以稳固孔壁，防止塌孔。护筒选用5毫米厚钢板制成，强化结构设计，直径大于桩径20至40厘米，埋深保持在2至3米。在护筒埋设前，必须严密监控并确保其位置精确，垂直度误差不超过50毫米，最大倾斜度限制在1度以内。钻孔过程中，为了防止孔壁塌陷，我们会向孔内注入高质量的泥浆。钻头在钻进时，通过整体旋转和钻杆、钻头的自然重力，切割并推送土块。面对硬质地层，可能需要借助增压气缸增强钻杆压力，强制推进斗齿，以完成取土作业。钻孔完成后，会用吊车将钻具清理并移至地面统一处理。只有当孔径、垂直度和深度均满足设计标准后，才进行清孔步骤，否则需进行额外的扫孔。深度检查采用带有铁环的测绳，确保桩基深度至少比设计值多出20厘米。

3.4钢筋笼制安

钢筋笼的构建过程对材料质量有着严格的要求，首先需对选用的钢筋进行细致的预检，确保其表面无锈渍及杂物，然后依据预先设计的蓝图进行精确加工。在本项目中，所有钢筋半成品均在专门的加工厂进行标准化操作，利用先进的气割机进行精准切割，确保接头平整，遇到断裂或瑕疵的部分，务必剔除后再行使用。在钢筋笼的构造中，纵向钢筋直径为φ22，配有正经16的加强箍，间距为2000mm，螺旋箍筋直径φ8，间距为150mm。钢筋间的连接采用电弧焊，焊接工艺的选择会根据具体要求决定焊缝长度，单面焊接时需保证焊缝长度大于10倍钢筋直径，而双面焊接则不得少于5倍。钢筋笼的安装过程中，由吊车和施工人员协同操作，将其精确地放置在预定位置，并通过钢管或钢板稳固地与混凝土桩相连，确保其位置、数量和间距完全符合设计规格。为了保护钢筋免受锈蚀和损伤，会在钢筋笼上增设一层保护层，通常厚度在2至3毫米之间，这是设计规范的一部分。同时，内部还会嵌入加劲筋，以提升混凝土桩的承载力和抗震性能，其布置方式需遵循设计指示，通常采取双向布局。在实际操作中，钢筋笼的位置和角度可能需要根据现场条件进行微调，以确保与混凝土桩的牢固连接。在吊装过程中，会在顶部设置吊环以便于操作和运输，同时强调吊装过程的安全性，防止意外发生。完成安装后，会进行全面验收，检查包括尺寸、位置、数量和间距在内的各项参数，确认钢筋笼与混凝土桩的连接稳固，只有在所有验收标准达标后，才能继续后续的工程步骤。

3.5水下混凝土灌注

鉴于钻孔灌注桩施工的深度特性，我们采取了螺旋导管法进行混凝土灌注。在导管安装过程中，需进行两次清孔，以防止钢筋笼下放过程对孔壁造成扰动，导致沉渣增厚，影响灌注质量。二次清孔需沿用首次的标准，确认孔底沉渣厚度不超过15厘米为结束标志。灌注过程中，导管的连接要求坚固且密封性优良，需在使用前通过密水试验和接头抗拉测试验证。导管下端距离孔底的理想范围为250至400毫米，使用与导管口径匹配的隔水球。混凝土由8立方米的搅拌罐车运送到现场，倒入料斗，确保其坍落度保持在18至22厘米的理想状态。在水下灌注时，首要任务是确保首段混凝土能将导管深入至少1米，并在整个过程中保持导管底部在混凝土内的埋深在2米以上，但不得超过6米。灌注过程中，需实时监控孔内混凝土面高度，调整导管出口与混凝土表面的位置，同时控制导管提升速度，确保导管出口始终位于混凝土下方2米，以维持连续灌注，避免中断。灌注产生的多余浆液需通过泥浆回收系统收集，集中排入专用弃浆池沉淀，清澈的水可用于场地硬化处理。灌注完成后，地下部分的护筒应及时拔除，地表以上的可拆卸部分则需待混凝土强度达到5兆帕以上才可移除。如果采用全护筒灌注，应逐步提升护筒，确保护筒底部始终低于混凝土顶部1至2米。这样的操作策略旨在确保施工质量和效率。

3.6桩基质量检测

在完成混凝土灌注28天以上的漫长等待后，确认其强度达到了预期标准，我们启动了一项全面的质量验证流程，以确保钻孔灌注桩施工的严谨性。在特定的成桩质量评估环境中，我们采用了一种名为低应变分析的技术，对桩体进行深度评估。这项检查涵盖了至少总桩数的十分之一，且不少于10个样本，这些操作都由持有相应资质的权威机构执行，以确保数据的精确无误。除了技术层面的检测，我们还对所有竣工文档进行了详尽的归档整理，旨在提供完整的信息记录。为了进一步确保工程质量，我们会邀请第三方的专业质量监管机构参与，进行严格的钻孔灌注桩验收程序。只有当所有检验均达到质量标准，我们才会继续进行上部结构的建设工作，以保证整体工程的稳固性和可靠性。

4钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的质量控制

钻孔灌注桩作为一种常见的地基处理工艺，在水利工程溢洪道消力池中起着至关重要的作用。其质量控制对于工程的稳定和持久运行具有重要意义。在施工过程中，要严格按照设计要求进行操作，确保钻孔灌注桩的质量符合标准。首先，施工前要对工程地质进行详细的勘察分析，确定钻孔灌注桩的位置、尺寸和深度等参数。在施工现场，要严格按照设计图纸进行施工，确保钻孔灌注桩的位置准确无误。同时，要选择合适的钻孔灌注桩机械设备，并确保设备操作人员拥有相关的资质和经验。其次，要注意施工过程中的质量控制。在钻孔过程中，要随时检查孔深和孔径是否符合要求，避免出现偏差。在灌注过程中，要控制灌浆混凝土的配比和浇筑质量，确保钢筋的正确定位和连接，避免出现空洞或裂缝等质量问题。

结论

综上所述，钻孔灌注桩在水利工程溢洪道消力池中的应用具有重要意义，可以提高工程的整体稳定性、抗冲刷能力和排水性能，保证工程的正常运行和安全性。随着钻孔灌注桩技术的不断发展与完善，相信在未来的水利工程中，其应用前景将更加广阔。

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