淺析水利工程中灌注樁施工工藝

淺析水利工程中灌注樁施工工藝

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
　　
　　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。
　　一、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。
　　二、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。
　　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。
　　四、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

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