試議水利工程中灌注樁施工工藝

王思偉

【摘 要】文中總結(jié)并分析了影響鉆孔灌注樁施工中常見地問題及質(zhì)量影響因素，希望可以為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】水利工程；灌注樁；施工工藝

一、灌注樁的成孔

鉆進(jìn)時，鉆頭的擺動較大，擴(kuò)孔情況嚴(yán)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(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，約束鉆具的擺動。結(jié)合灌注樁造孔鉆進(jìn)的鉆頭與小口徑鉆進(jìn)的鉆頭在底刃、側(cè)刃刻取地層的機(jī)理：小口徑鉆進(jìn)時，鉆頭的側(cè)刃對刻取巖石起到非常重要的作用；而灌注樁鉆進(jìn)的地層較軟，相比之下，側(cè)刃的作用就小得多。因此，建議在灌注樁孔鉆進(jìn)時設(shè)計相適應(yīng)的鉆頭以減小鉆孔的擴(kuò)孔率。

二、灌注混凝土的配制

2.1 混凝土減水劑的應(yīng)用

目前在灌注樁混凝土的配制中使用的減水劑多為MF復(fù)合劑。其能使混凝土在滿足性能的基礎(chǔ)上，還具有高流態(tài)、較高抗凍的特點(diǎn)。

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(yīng)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(shù)措施。

2.2.1 加大設(shè)計配合比

混凝土配制強(qiáng)度Rp采用大于設(shè)計標(biāo)號R的50%的配合比。不僅總平均值要滿足設(shè)計標(biāo)號，還應(yīng)滿足95%的強(qiáng)度保證率。強(qiáng)度離差系數(shù)Cv 取0.2，查配制強(qiáng)度與設(shè)計標(biāo)號之比的關(guān)系曲線可得Rp/R=1.5，即Rp=1.5R。當(dāng)R=200MPa，則Rp=1.5×200=300MPa。

2.2.2 選擇適合的材質(zhì)

（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(xué)性質(zhì)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(shù)為：比重為2.60，細(xì)度模數(shù)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(jìn)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(qiáng)度為300MPa；a、b——試驗(yàn)系數(shù)，分別為0.5、0.58；

Rc——水泥標(biāo)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(tài)的用水量

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(yàn)常數(shù)。當(dāng)碎石粒徑為30mm，K=50.75時，用水量為234kg/m3。

三、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(nèi)的沙卵石撈出，然后泥漿循環(huán)清除孔內(nèi)的粘土。并且減小孔內(nèi)泥漿的比重，從而保證在灌注混凝土?xí)r，混凝土能順利地進(jìn)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(yīng)進(jìn)行試灌。在灌注過程中，混凝土將受到泥漿擠壓的反作用、導(dǎo)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(nèi)的泥漿擠壓出孔口。在灌注過程中，導(dǎo)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(xiàn)縮徑、夾泥的現(xiàn)象。提升導(dǎo)管時，導(dǎo)管內(nèi)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(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)。一般導(dǎo)管內(nèi)的混凝土柱保持在3m至4m長之間。

四、成孔過程中易遇到的問題

4.1 縮徑

4.1.1 縮徑產(chǎn)生的原因

在鉆進(jìn)過程中，地應(yīng)力沿較軟巖層釋放，因而造成縮徑。在鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)壓力大，鉆速過快，使得鉆頭很快穿過淤泥、淤泥質(zhì)土層。當(dāng)鉆速過快時，淤泥便從鉆孔周圍流向鉆孔內(nèi)，導(dǎo)致其側(cè)壓力與孔內(nèi)泥漿力達(dá)成平衡，發(fā)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(shí)行嚴(yán)格的管理，鉆機(jī)由有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)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(zhì)土層時，投入粘土泥膏，使鉆機(jī)鉆進(jìn)壓力減為零；③鉆速減慢讓鉆機(jī)在無油壓狀態(tài)空轉(zhuǎn)。為確保鉆孔無縮徑現(xiàn)象，在成孔完畢后應(yīng)在易出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象的地層中掃孔一到二次。

4.2 坍孔

4.2.1 坍孔產(chǎn)生的原因分析

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

4.2.2 處理辦法

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

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

（2）在灌注過程中坍孔，其補(bǔ)救措施為：一是回填原樁孔，并在原樁附近補(bǔ)加梅花樁或扁擔(dān)樁，合格即可。二是若工程質(zhì)量要求高，不允許采用上述常規(guī)方法時，可用硬片石等將原孔全部回填，待其密實(shí)后，用沖擊鉆再重新鉆進(jìn)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(dāng)程度即可。一般泥漿性能指標(biāo)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(chǎn)生的原因

斜孔極易發(fā)生在軟硬巖層交替的層位。由于鉆進(jìn)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(xiàn)的質(zhì)量事故。

4.3.2 防治措施

為了防止孔斜，在鉆進(jìn)過程中需要保持鉆速均勻或加重塊。對于已發(fā)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(jìn)。

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(dāng)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。

五、灌注過程中易遇到的問題

5.1 導(dǎo)管堵塞

導(dǎo)管堵塞的防治：在組裝導(dǎo)管時要嚴(yán)格檢查，檢查導(dǎo)管內(nèi)有無局部內(nèi)凸，導(dǎo)管連接處是否密封。攪拌砼時應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土骨料規(guī)格、坍落度和攪拌時間，盡量避免砼在導(dǎo)內(nèi)停留時間過長。另外，灌注時也應(yīng)避免導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊而破壞導(dǎo)管的密封圈導(dǎo)致導(dǎo)管漏水。施工可在允許的導(dǎo)管埋入深度范圍內(nèi)，略為提升導(dǎo)管，或采用提升后驟然下插導(dǎo)管的動作來抖動導(dǎo)管的辦法。如果仍不能消除，則應(yīng)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(jīng)常發(fā)生在灌注過程中。導(dǎo)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(nèi)的上升速度、導(dǎo)管直徑等因素有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)管埋入砼面下的深度過大時，上面砼已初凝，使得導(dǎo)管內(nèi)混凝土無法順利流動就會發(fā)生埋管。

5.2.2 防冶方法

時刻注意導(dǎo)管埋深的控制。準(zhǔn)確測量砼面的深度位置和勤拆導(dǎo)管，一般砼面每上升4m～5m就可拆除相應(yīng)數(shù)量的導(dǎo)管。

六、結(jié)語

鉆孔灌注樁具有低噪音、小震動、無擠土，能穿越各種復(fù)雜地層和形成較大的單樁承載力，適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模建筑物等優(yōu)點(diǎn)。但同時，鉆孔灌注樁屬永久性的隱蔽工程，其樁基質(zhì)量非常重要。