灌注樁孔底沉渣控制技術(shù)研究

李天寶 李天龍

(1.浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 東陽 322100;2.山東中宏路橋建設(shè)工程有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引言

灌注樁在橋梁、工業(yè)與民用建筑施工中得到了廣泛的應(yīng)用，它具有施工時振動小、噪聲小、成樁速度快等優(yōu)點(diǎn)，非常適宜在復(fù)雜地質(zhì)條件、城市建筑物密集的地區(qū)使用。

灌注樁孔底沉渣對樁承載力影響很大，如果孔底沉渣過厚會引起樁的后期沉降量過大，若不經(jīng)過處理，該樁將成為廢樁，這將嚴(yán)重影響橋梁的整體穩(wěn)定性，并造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。造成灌注樁孔底沉渣過厚的原因很多，但控制灌注樁孔底沉渣的關(guān)鍵在于制備性能指標(biāo)合理的泥漿。

泥漿的制備和清孔是確保灌注樁工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。制備泥漿的原材料最好選用高塑性粘土或膨潤土，并根據(jù)穿越土層以及施工機(jī)械、工藝等進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，然后專門進(jìn)行泥漿制備，從而使泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)處于一個合理的范圍內(nèi)。在施工過程中使用性能指標(biāo)合理的泥漿經(jīng)過兩次清孔后，然后下鋼筋籠、下導(dǎo)管、灌注混凝土，完成灌注樁的制作。只有控制灌注樁孔底沉渣，才能確保灌注樁的質(zhì)量，使樁的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁的沉降量控制在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。

因此，在灌注樁的施工中，如何控制灌注樁孔底沉渣十分重要，而制備質(zhì)量合格的泥漿又是達(dá)到清孔的預(yù)期目標(biāo)，控制灌注樁孔底沉渣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 灌注樁施工的要求及遇到的問題

影響灌注樁質(zhì)量的一個重要因素是孔底沉渣控制，工程施工中對孔底沉渣厚度有較為明確的要求:一般情況下端承樁孔底沉渣厚度不大于50 mm;端承摩擦樁孔底沉渣厚度不大于100 mm;摩擦樁孔底沉渣厚度不大于300 mm。

實(shí)際施工中往往會因?yàn)槟酀{比重過小或泥漿注入量不足等原因引起大量沉渣沒有及時排除，造成孔底沉渣厚度過大，進(jìn)而引起樁沉降量過大的不良后果，甚至導(dǎo)致廢樁。

泥漿在灌注樁成孔過程中主要有三個作用:1)保護(hù)孔壁，在孔壁形成泥皮。2)利用泥漿的溶膠特性將孔底的沉渣攜帶出孔內(nèi)，起到清孔的目的。3)潤滑和冷卻鉆頭。如何根據(jù)工程實(shí)際制備質(zhì)量合格的泥漿，關(guān)系到灌注樁工程的成敗。制備質(zhì)量合格的泥漿關(guān)鍵是控制泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)，主要的性能指標(biāo)有泥漿比重、含砂率、粘度、膠體率等，在工程實(shí)際中主要是測試與控制泥漿比重、含砂率、粘度。

對泥漿比重、含砂率、粘度等性能指標(biāo)，沒有統(tǒng)一的要求，實(shí)際施工中往往是根據(jù)設(shè)計(jì)文件上的要求進(jìn)行配制，但還是經(jīng)常會有達(dá)不到實(shí)際使用要求的情況發(fā)生。為此需進(jìn)一步研究泥漿主要性能的具體數(shù)值。

2 解決方案

1)控制泥漿性能指標(biāo)，制備質(zhì)量合格的泥漿。要制備質(zhì)量合格的泥漿首先要注意材料的選用，制備泥漿時一般選用高塑性粘土或膨潤土作為原材料，要根據(jù)施工土層特性及施工機(jī)械、工藝進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，保證泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)(如泥漿比重、粘度、含砂率等)在一個合理的范圍內(nèi)，然后專門進(jìn)行泥漿的制備。

第一次清孔所用泥漿比重控制在大于1.15，小于1.25，粘度大于17 s，小于21 s，含砂率不大于8%，采用泥漿泵循環(huán)返渣。

第二次清孔所用泥漿比重控制在1.12以上，粘度大于17 s，小于21 s，含砂率不大于2%。

以上泥漿性能指標(biāo)的合理性在工程實(shí)際中已得到了驗(yàn)證，如山東中宏路橋建設(shè)工程有限公司承接的柳州市文惠橋改造工程就是一個很好的例子。

文惠橋改造工程是在原文惠橋下游新建一座與原橋同外觀的橋梁，新橋主跨三孔(L=108 m)，中承式鋼管拱和兩邊跨上承式混凝土箱拱。本工程起點(diǎn)里程為:K0+000，終點(diǎn)里程為:K1+072.98，路線全長1072.98 m，其中橋梁長為584.44 m，南岸引道長為351.584 m，北岸引道長為136.956 m。本工程共有9個橋墩，大大小小共106根樁，地質(zhì)條件為喀斯特地貌，樁基嵌入完整石灰?guī)r中不小于5 m。在鉆孔過程中，產(chǎn)生大量的石屑、石粉，在鉆孔時，由于泥漿循環(huán)一直在進(jìn)行，可以將這些石屑、石粉及時地排出。但是在鉆孔結(jié)束，灌注混凝土前，需要更換料斗，大約需要30 min，這時由于泥漿循環(huán)停止，易使大量的石屑、石粉快速地沉積在孔底，使孔底沉渣過厚。

實(shí)際施工中一開始二次清孔所用泥漿比重是按照規(guī)范要求進(jìn)行配制的，泥漿比重小于1.1，結(jié)果測定泥漿粘度時發(fā)現(xiàn)，粘度值達(dá)不到17 s以上，只有15 s左右，施工過程中清孔時間加長，控制砂率為1%，但是仍然不能很好地控制孔底沉渣，一旦泥漿循環(huán)停止，石屑、石粉還是快速地沉積在孔底，造成孔底沉渣過厚。

經(jīng)過仔細(xì)分析研究后采取以下措施:a.將制備泥漿材料由普通粘土改為膨潤土。b.將泥漿的比重由小于1.1調(diào)整為1.12～1.15之間，同時保證泥漿的粘度在17 s以上。其他施工措施不變，結(jié)果孔底沉渣達(dá)到了要求。

對這一施工實(shí)例進(jìn)行分析，前后兩次施工孔底沉渣厚度不一的主要原因是由于后一次泥漿比重增大后使泥漿粘度增加，從而使泥漿中的石屑、石粉沉淀的速度大大變慢。這樣在其他施工措施不變的情況下，后一次的孔底沉渣厚度要小得多。調(diào)整泥漿性能指標(biāo)為更換料斗，為灌注混凝土爭取了時間。

類似的實(shí)例還有很多，從這些工程實(shí)例中可以得出一個結(jié)論:特別是嵌巖樁施工，泥漿比重必須要在1.12以上，才能使泥漿粘度在合理數(shù)值范圍內(nèi);泥漿的比重和粘度值對清孔過程中孔底沉渣的控制有很大的影響。

施工過程中先配制泥漿，再測定泥漿的主要性能指標(biāo)，如果各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)不到要求，可以通過添加外加劑等來進(jìn)行調(diào)整，如純堿、纖維素等。初次添加量一般為純堿0.5 kg/m3、纖維素0.25 kg/m3，如指標(biāo)還達(dá)不到要求，可適當(dāng)加大劑量，直至達(dá)到上述指標(biāo)。

2)組織兩次清孔，控制孔底沉渣。第一次清孔是樁底大顆粒沉渣能否排出的關(guān)鍵。在完成鉆孔后先將鉆錘提升至高度0.5 m以內(nèi)，保持泥漿循環(huán)清理孔底沉渣，直到含砂率小于2%，樁底沉渣小于50 mm時，第一次清孔基本完成。這一過程要保證泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到要求。第二次清孔:提出鉆錘完成驗(yàn)孔、下放鋼筋籠后進(jìn)行第二次清孔。由于第一次清孔后泥漿中的沉渣減少，泥漿各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)該重新調(diào)整。待二次清孔結(jié)束時，泥漿中的含砂率宜在1%以內(nèi)，樁底沉渣小于50 mm，二次清孔完成后，方可進(jìn)行混凝土的灌注。

3)做好灌注樁檢測工作?；炷猎诠嘧⒑笠皶r做好檢測工作，一般等第一根樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求就可以進(jìn)行聲測及取芯檢測。如果通過檢測發(fā)現(xiàn)樁底沉渣還是太厚達(dá)不到要求時，就必須采取補(bǔ)救措施。具體方法是在大直徑樁中鉆孔(孔徑10 cm左右)，一直鉆到樁底位置，然后用高壓旋噴機(jī)械向樁底噴水，用清水清洗樁底沉渣。樁底沉渣清理干凈后，向樁底及樁中孔灌注高壓純水泥漿，使水泥漿注滿樁底及樁中的所有空間。

3 結(jié)語

灌注樁孔底沉渣的控制主要在于清孔及泥漿的制備，兩次清孔都要規(guī)范操作，泥漿的制備保證主要性能指標(biāo)。編制合理的施工方案、精細(xì)管理、規(guī)范施工，才能夠高效優(yōu)質(zhì)的完成樁基礎(chǔ)的施工任務(wù)。

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