灌注樁在水利水電工程的應用研究

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摘  要：結合實際工程，介紹了挖空灌注樁在水利水電工程中的應用，探討了其具體的工工藝及注意事項，可供相關技術人員參考。
 關鍵詞：灌注樁、水利水電論文、施工工藝
 
1 場地地質情況
 某水利工程地質情況較復雜，場地地下水位較高。地層自上而下為雜填土、第四系沖積層，具體場地地質情況如下：人工雜填土呈灰黃、灰黑色，由砂土、碎石、粉質黏土堆積而成，稍濕，呈松散狀，厚1.1 m~4.0 m，平均2.3m，標貫擊數(shù)為5.6擊至17.8擊，平均 10.8擊。第四系沖積層根據(jù)土性組合可劃分為黏土(粉質黏土)和礫砂兩層：黏土層以黏土為主，偶夾粉質黏土、淤泥質土，黏土、粉質黏土呈可塑狀，局部硬塑，粉土呈稍密狀，淤泥質土。礫砂層呈灰白、灰黃色，局部為粉細砂、中粗砂，偶含黏土，局部地段夾薄層黏土、粉土，厚度0.6 m~7.8 m，平均5.4 m，標貫擊數(shù)為2.3擊~22.9擊，平均11.8擊。
 經專家研究決定，采用沖擊成孔灌注樁方法進行施工。
2 水下混凝土施工工藝
 本工程中采用沖擊鉆成孔，水下混凝土拌制采用先進的凈漿裹石工藝，拌合站集中攪拌，拌合站由1臺JS1000拌合樓和2臺JS強制式攪拌機組成，水下混凝土由4輛容量為8立方米的攪拌車輸送到施工現(xiàn)場，水下混凝土直接倒進導管漏斗，不用設置儲料斗，施工操作簡單方便。
 鉆孔灌注樁采用沖擊鉆成孔，自然造漿護壁，導管法灌注水下混凝土成樁。13臺沖擊鉆機同時作業(yè)。
 沖擊成孔過程中，采用掏渣筒及時清除破碎的碎塊。沖擊成孔完后，泵吸反循環(huán)清孔，當泥漿比重降至1.1g/cm3以下，粘度保持為16～17s，含砂率介于1.5～2%之間，最后再采用壓風機清孔，利用高壓氣體把沉渣吹出孔外，由于孔壁比較穩(wěn)定，清孔比較徹底，清孔效果比較好，一般都能清成清水孔。
 當鋼筋籠吊放到位和導管入位后，需重新測量孔底沉渣。清孔完畢后，采用測深錘檢查清孔效果，當清孔比較徹底時，有經驗的施工人員評經驗可以知道清孔的效果，當能感覺到測深錘下落后彈性反彈時，表明清孔效果比較好。
 導管采用5mm厚鋼板卷制焊成，直徑250mm，中間每節(jié)長2.5m，最下面一節(jié)長3.76m，最上面一節(jié)1m，連接方式為絲扣連接。導管底端距樁底控制在35～40cm。導管在使用前應做水密、承壓等試驗。灌注水下混凝土前應檢查運輸?shù)浆F(xiàn)場的水下混凝土性能，不符合要求的水下混凝土不能使用。
 工程中采用容量為8立方米的攪拌車進行初灌，首次灌注水下混凝土足夠將導管埋深1m以上。
 導管及漏斗連接好后，將鋼板墊放置漏斗底部將底口封住，鋼板墊用鋼索系住，一切準備就緒后即可灌注水下混凝土。當漏斗裝滿水下混凝土后，沖擊鉆機提升鋼索，將鋼板墊拔出的同時，攪拌車加速水下混凝土注入漏斗，使首批混凝土能夠連續(xù)灌注。孔口自然返水，導管內與外部水隔絕合要求后，就可連續(xù)不斷地進行混凝土灌注。灌注過程中在每次提升導管前應不斷計算和測量混凝土灌注高度，測量孔內混凝土面高度的次數(shù)一般不宜少于所使用的導管節(jié)數(shù)，測量的混凝土面高度要與灌入的混凝土量的折算值相比較，以確定是否有坍孔等情況發(fā)生。導管保持2～6m的埋深，一次提管拆管≤6m，提升拆卸時間＜18分鐘。在導管外壁設置羽翼防止掛鋼筋籠。
 為了確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上加灌一定高度，一般為0.5～1.0m左右，以便灌注結束后清除樁頂部的浮漿沉渣。在灌注結束后，對于岸上的鉆孔樁，混凝土初凝前拔出鋼護筒，樁機移位重新開孔施工。本工程大部分樁位于水中，應待混凝土有一定強度后，可以用切割機切除水上部分鋼護筒。工程中鑿樁長度為0.8m，采用空壓機配風鎬鑿樁，樁頭混凝土密實，級配均勻，鋼筋外混凝土厚度均在10cm以上，滿足保護層厚度6cm的要求，樁徑外圍圓順，尺寸滿足設計要求，預留搭接鋼筋長度140cm。
3 施工情況及質量控制
 灌注水下混凝土時，應探測水面或泥漿面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制沉淀層厚度、埋管深度和樁頂高度。如探測不準確，將造成沉淀過厚、導管提漏、埋管過深，因而發(fā)生夾層斷樁、短樁或導管拔不出事故。
 水下混凝土灌注過程中，應勤檢測混凝土面的高度，根據(jù)探測的混凝土面高度和灌入的混凝土數(shù)量做相應的計算，檢驗鉆孔樁是否存在局部嚴重超徑、縮徑、漏失層位等，同時觀察返水情況，以正確分析和判定孔內的情況，避免發(fā)生施工事故。
嚴格控制導管埋深2～6m，嚴禁施工人員為圖便利而超量灌注、一次拆管數(shù)節(jié)，要勤探測，及時調整導管埋深，防止埋管過深發(fā)生堵管、埋管。
 混凝土的超灌量較大，一般混凝土超灌量為10～20%，實際工程中，最高超灌量達27.1%。分析其原因主要有，一是沖孔時間長，孔壁部分發(fā)生坍落；二是沖擊鉆機在便橋上作業(yè)，在沖擊鉆的沖擊作用下，便橋有顫動，從而擴大了沖擊鉆頭的擺動范圍，造成鉆孔孔徑擴大或不規(guī)則。
 在正常情況下，水下混凝土在自重作用下順暢向下流動，壓強迅速達到平衡。靜止流體中各點上的壓強都發(fā)生了ΔP的變化，則ΔP的壓強變化瞬時傳至靜止流體內各點，即所謂的巴斯噶原理[50]。但是灌注是按攪拌車間斷性灌注，當下一車混凝土向下灌注時，已灌注的混凝土可能發(fā)生初凝或堵管。一旦發(fā)生初凝或發(fā)生堵管，混凝土不能向下流動，導管的受力狀況發(fā)生明顯的改變，壓力在底部明顯增大。當發(fā)生混凝土流通不暢時，施工人員會提升導管，提升一段距離（大約0.5m）后，讓導管做自由落體運動，混凝土跟隨導管一起向下運動，當導管停止運動時，管內的混凝土已具有一定的運動速度，在慣性作用下，繼續(xù)向下運動，當導管承受能力足夠時，混凝土就可以沖出導管，可以繼續(xù)灌注下一盤混凝土。然而當導管承受能力不足以抵擋水下混凝土沖擊力時，就會發(fā)生導管爆破現(xiàn)象。導管發(fā)生爆破的主要原因有：導管使用時間長，磨損銹蝕，使導管壁厚減小，承壓能力減弱；導管焊縫不實，局部有砂眼（小孔），發(fā)生應力集中，從而劈裂導管；導管加工不規(guī)則，焊縫處有噘嘴。