淺談水利工程中灌注樁的施工工藝

張錫林

【摘要】本文結合筆者多年工作經驗，針對鉆孔灌注樁施工中所容易遇到的事故和問題，分析了事故發生的原因，并提出了具體的防治對策和措施，供工程人員參考。

【關鍵詞】鉆孔；灌注；施工應用；配制；成孔

【Abstract】In this paper， the author many years of work experience， for the easily bored pile construction accidents and problems encountered， analyzes the reasons for the accident， and put forward specific prevention strategies and measures for project officers.

【Key words】Drilling；Perfusion；Construction applications；Preparation；Into the hole

目前，水下混凝土的施工方法分為兩大類：一是在水上拌制混凝土拌合物，進行水下灌注，如導管法、泵壓法、柔性管法、傾注法、箱袋法、鋪石灌漿法、開底容器法和裝袋疊置法；二是在水上拌制膠凝材料，進行水下預填骨料的壓力灌漿，包括加壓灌注和自流灌注。由于施工方法多樣化和不斷發展進步，水下不但能灌注一般的水泥混凝土，還能灌注纖維混凝土、瀝青混凝土、樹脂混凝土等。水下混凝土的施工方法越來越多，工程規模越來越大，應用范圍越來越廣，是一種極有發展前途的混凝土施工技術。

1. 灌注樁的成孔

1.1成孔設備和鉆具的要求與選擇灌注樁成孔設備多為轉盤鉆機。

鉆進時，鉆頭的擺動較大，擴孔情況嚴重，不利于施工。為了消除這一不良影響，保持鉆孔的垂直度，應采取相應的技術措施，約束鉆具的擺動。結合灌注樁造孔鉆進的鉆頭與小口徑鉆進的鉆頭在底刃、側刃刻取地層的機理：小口徑鉆進時，鉆頭的側刃對刻取巖石起到非常重要的作用；而灌注樁鉆進的地層較軟，相比之下，側刃的作用就小得多。因此，建議在灌注樁孔鉆進時設計相適應的鉆頭以減小鉆孔的擴孔率。

1.2鉆進參數的選擇。

1.2.1鉆進泵量。

灌注樁孔鉆進時需要較大的泵量以排出粘土粉，其泵量計算公式為：Q=FV60式中，Q——沖洗液量（m3/min）；F——環狀間隙面積（m2）；V——沖洗液上返返速度（m/s）。以灌注樁鉆進設計孔徑為500mm、鉆桿直徑為89mm、環狀面積以0.2m2計算，在采用泥漿泵的最大泵量600L/min時，其泵量使得粘土粉上返的速度是非常緩慢的，遠小于小口鉆探的泥漿的上返速度0.3m/s。

1.2.2鉆進轉速。

由于灌注樁孔的鉆進多為粘土層的鉆進，粘土層的強度與硬度等力學參數較小，鉆具易刻取粘土，所以為了保持鉆進穩定，減小鉆進的擴孔率，必須采用較小的轉速鉆進。

2. 灌注混凝土的配制

2.1混凝土減水劑的應用。

根據目前的資源情況和外加劑性能的特點，在灌注樁混凝土的配制中使用的減水劑多為MF復合劑。其能使混凝土在滿足性能的基礎上，還具有高流態、較高抗凍的特點。

2.2灌注樁混凝土的配制。

灌注樁混凝土的配制與建筑混凝土相比具有特殊性，其必須具有較高的流動性，同時還應考慮受到泥漿的侵蝕作用而影響混凝土的性能。因此，在配制時建議采取以下技術措施。

2.2.1加大設計配合比。

混凝土配制強度Rp采用大于設計標號R的50%的配合比。不僅總平均值要滿足設計標號，還應滿足95%的強度保證率。強度離差系數Cv取0.2，查配制強度與設計標號之比的關系曲線可得Rp/R=1.5，即Rp=1.5R。當R=200MPa，則Rp=1.5×200=300MPa。

2.2.2選擇適合的材質。

（1）添加改善混凝土性能的處理劑。例如，添加具有表面活性劑化學性質的MF高效減水劑改善混凝土的性能。

（2）增加含砂率。砂率對混凝土流動及粘聚性有較大影響。一般參數為：比重為2.60，細度模數為2.89，吸水率為2%，含砂率為50%。

（3）加大混凝土的水泥含量。按建筑用混凝土配比最小水泥含量的二倍進行配制：即225×2=450（Kg/m3）。

2.2.3確定適合的水灰比。

水灰比滿足以下方程：Rp=aRc（C/W-b）式中，Rp——混凝土試配制強度為300MPa；a、b——試驗系數，分別為0.5、0.58；

Rc——水泥標號，取425水泥；C/W——灰水比。計算可得，C/W=1.99。

2.2.4確定高流態的用水量。

根據實踐經驗，坍落度控制在19.3cm至21cm能滿足灌注樁要求，本次取坍落度為19.3cm。Gv=10/3（S+K）式中，Gv——混凝土用水量（Kg/m3）；S——坍落度；K——試驗常數。當碎石粒徑為30mm，K=50.75時，用水量為234Kg/m3。

3. 灌注樁的灌注

3.1灌注樁孔的清孔。

首先利用撈沙卵石的鉆頭將樁孔內的沙卵石撈出，然后泥漿循環清除孔內的粘土。并且減小孔內泥漿的比重，從而保證在灌注混凝土時，混凝土能順利地進入孔底，擠壓出泥漿。清孔后的泥漿比重一般為1.14。

3.2混凝土的灌注。

灌注之前應進行試灌。在灌注過程中，混凝土將受到泥漿擠壓的反作用、導管與混凝土的摩擦阻力，此時混凝土必須以大大超過泥漿的反作用壓力才能將孔內的泥漿擠壓出孔口。在灌注過程中，導管提升速度要慢，使得混凝土有足夠的時間克服摩擦阻力下降。同時使泥漿具有排出的通道，否則，樁基的泥漿的作用下將會出現縮徑、夾泥的現象。提升導管時，導管內保留的混凝土要有絕對的壓力與泥漿的壓力抗衡，以防止泥漿進入導管內。一般導管內的混凝土柱保持在3m至4m長之間。

4. 成孔過程中易遇到的問題

4.1縮徑。

4.1.1縮徑產生的原因。

在鉆進過程中，地應力沿較軟巖層釋放，因而造成縮徑。在鉆進過程中，鉆進壓力大，鉆速過快，使得鉆頭很快穿過淤泥、淤泥質土層。當鉆速過快時，淤泥便從鉆孔周圍流向鉆孔內，導致其側壓力與孔內泥漿力達成平衡，發生縮徑甚至卡鉆。

4.1.2縮徑的防治。

較為有效地防治縮徑的方法有：（1）實行嚴格的管理，鉆機由有經驗的機長專職操作，其它人員不得隨意操作。（2）在鉆到淤泥或淤泥質土層時，投入粘土泥膏，使鉆機鉆進壓力減為零。（3）鉆速減慢讓鉆機在無油壓狀態空轉。為確保鉆孔無縮徑現象，在成孔完畢后應在易出現縮徑現象的地層中掃孔一到二次。

4.2坍孔。

4.2.1坍孔產生的原因分析。

坍孔產生的原因是多方面的，主要包括：遭遇預先未料到的復雜地質情況，以及施工中泥漿稠度過低，釋放量遠大于泥漿對孔壁的壓力等。

4.2.2處理辦法。

為了防治復雜地層情況帶來的坍孔問題，首先應認真審閱該工程地質勘察報告，對地層情況做到心中有數。若報告中未提及此類異常情況而導致施工過程中坍孔的話，則應分別對待。

（1）在成孔過程中坍孔，其補救措施有二個：一是避開該樁位；二是回填原樁位，待密實后再鉆進。

（2）在灌注過程中坍孔，其補救措施為：一是回填原樁孔，并在原樁附近補加梅花樁或扁擔樁，合格即可。二是若工程質量要求高，不允許采用上述常規方法時，可用硬片石等將原孔全部回填，待其密實后，用沖擊鉆再重新鉆進即可。防止泥漿稠度過低而造成的坍孔問題，只須加大泥漿比重到適當程度即可。一般泥漿性能指標取為：粘度為18s～22s，含沙量≤4%，膠體率≥90，比重為1.1左右。

4.3斜孔。

4.3.1斜孔產生的原因。

斜孔極易發生在軟硬巖層交替的層位。由于鉆進壓力過大，鉆頭沿軟弱層面偏斜而造成。孔斜輕則影響鋼筋籠的下放，重則影響樁的承載能力，這是成樁過程中不允許出現的質量事故。

4.3.2防治措施。

為了防止孔斜，在鉆進過程中需要保持鉆速均勻或加重塊。對于已發生傾斜的孔，需要掃孔糾正；若糾正無效，可在孔中回填粘土、塊石等。偏孔在0.5m以上時需要重新鉆進。

4.4沉渣與泥皮過厚。

樁底沉渣是影響樁承載能力的重要因素，要求水下灌注樁底沉渣厚度不得超過30cm。但在施工過程中，常有不少樁的樁底沉渣仍滿足不了此要求。其原因主要是由于泥漿性能不符合要求，只有當泥漿比重大于沉渣比重時，沉渣才可被返出孔口，但若泥漿比重過大，又會造成孔壁泥皮過厚，影響樁的承載力特別是摩擦樁的承載力。因此，正確地控制泥漿性能在鉆孔灌注樁的施工過程中起著重要的作用。

5. 灌注過程中易遇到的問題

5.1導管堵塞。

導管堵塞的防治：在組裝導管時要嚴格檢查，檢查導管內有無局部內凸，導管連接處是否密封。攪拌砼時應嚴格控制混凝土骨料規格、坍落度和攪拌時間，盡量避免砼在導內停留時間過長。另外，灌注時也應避免導管內形成高壓氣囊而破壞導管的密封圈導致導管漏水。施工可在允許的導管埋入深度范圍內，略為提升導管，或采用提升后驟然下插導管的動作來抖動導管的辦法。如果仍不能消除，則應停止灌注.用長桿加以疏通。

5.2埋管。

5.2.1埋管原因分析。

埋管經常發生在灌注過程中。導管允許埋入砼面下的最大深度與砼拌物流動性保持時間、砼的初凝時間、砼面在鉆孔內的上升速度、導管直徑等因素有關，當導管埋入砼面下的深度過大時，上面砼已初凝，使得導管內混凝土無法順利流動就會發生埋管。

5.2.2防冶方法。

時刻注意導管埋深的控制。準確測量砼面的深度位置和勤拆導管，一般砼面每上升4m～5m就可拆除相應數量的導管。

6. 提高水利工程施工質量的措施

6.1認真做好勘察設計、保證工程質量，確保萬無一失。

在水利工程建設項目確定以后，設計就成為基本建設的關鍵問題了。在建設的時候能不能加快速度、保證質量、節約投資，在建成后能不能獲得最大的經濟效果，設計工作起著決定作用。一個先進的設計，應是采用先進的工藝和設備，合理地布置場地，組織好生產流程，應有利于提高生產效益，降低成本，提高質量。

6.2規范建設單位市場行為，落實項目法人職責，做到責、權分明。

（1）項目法人是項目建設的責任主體，對工程質量負總責。（2）要嚴格按基本建設程序辦事，杜絕"三邊"工程。（3）要依法組織招標，并簽訂有關合同。（4）要嚴格挑選施工隊伍，加強施工現場管理，嚴禁轉包和違法分包行為。（5）要負責按有關驗收規程組織或參與驗收工作。（6）要按工程實際需要把建設資金落實到位。（7）要鼓勵質量創優，實行優質優價，嚴禁盲目壓價。（8）要保證有合理的設計，施工工期，防止盲目搶進度，趕工期的現象。（9）要進一步落實領導責任制，扭轉部分領導重效益、輕管理，重進度、輕質量的傾向。

6.3強化施工管理、加強監督，保證施工質量。

（1）施工單位質量管理和控制是工程項目質量控制的重點和基礎。

（2）要完善施工單位質量保證體系，嚴格實行質量"三檢制"，并使該體系正常、有效運轉。（3）要從操作人員、建筑材料、施工機械、施工工藝和方法、施工環境5個方面做好施工工序質量控制。（4）要對工程施工環節進行嚴格的動態控制，做到施工前主動控制，施工中認真檢查，施工后嚴格把關。（5）要加強施工單位內部管理，嚴格按設計圖紙和施工規程、規范、技術標準精心施工。

6.4抓好施工質量監督，及時發現問題，及時改正。

施工質量控制主要為施工現場的質量監控。在施工過程中應做到：（1）施工單位要建立完善的工序質量控制體系，及時提交質量統計分析資料和質量控制圖表。（2）及時審核變更設計及其修改的圖紙。（3）對施工作業進行嚴格的監督和檢查，發現違規行為及時糾正。加強質量監督機構自身建設，建立一個明確的、結構完善、系統性的質量管理體系。形成較有效的、一體化的技術和管理程序，并以高效、快捷、科學的方式指導監督站內部的各項工作，逐步提高水利工程質量監督管理水平。

7. 結語

鉆孔灌注樁由于對各種地質條件的適應性強、施工簡單易操作且設備投入不是很大，目前，在各類房屋及建筑中都得到了廣泛的應用。但該技術因施工過程無法觀察，成樁后不能開挖驗收，施工中的任何一個環節出現問題，都將會直接影響整個工程的質量和進度，甚至給投資者造成巨大經濟損失。因此，必須防止在鉆孔過程中及灌注過程中出現的施工質量問題。灌注樁混凝土的配制與建筑混凝土相比具有特殊性，其必須具有較高的流動性，同時還應考慮受到泥漿的侵蝕作用而影響混凝土的性能。鉆孔灌注樁具有低噪音、小震動、無擠土，能穿越各種復雜地層和形成較大的單樁承載力，適應各種地質條件和不同規模建筑物等優點，在橋梁、水工建筑物、房屋建筑等工程中均有廣泛應用。但同時，鉆孔灌注樁屬永久性的隱蔽工程，其樁基質量非常重要。文中總結并分析了影響鉆孔灌注樁施工中常見地問題及質量影響因素，希望可以為類似工程提供借鑒。