試議水利工程中灌注樁施工工藝

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        摘要:本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn),針對(duì)鉆孔灌注樁施工中所容易遇到的事故和問(wèn)題,分析了事故發(fā)生的原因,并提出了具體的防治對(duì)策和措施,供工程人員參考。 

　　關(guān)鍵詞:鉆孔;灌注;施工應(yīng)用;配制;成孔  　　  　　目前,水下混凝土的施工方法分為兩大類(lèi):一是在水上拌制混凝土拌合物,進(jìn)行水下灌注,如導(dǎo)管法、泵壓法、柔性管法、傾注法、箱袋法、鋪石灌漿法、開(kāi)底容器法和裝袋疊置法;二是在水上拌制膠凝材料,進(jìn)行水下預(yù)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(fā)展進(jìn)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(shù)脂混凝土等。水下混凝土的施工方法越來(lái)越多,工程規(guī)模越來(lái)越大,應(yīng)用范圍越來(lái)越廣,是一種極有發(fā)展前途的混凝土施工技術(shù)。  　　一、灌注樁的成孔  　　1.1 成孔設(shè)備和鉆具的要求與選擇灌注樁成孔設(shè)備多為轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)  　　鉆進(jìn)時(shí),鉆頭的擺動(dòng)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(dòng)。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(shí),鉆頭的側(cè)刃對(duì)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(shí)設(shè)計(jì)相適應(yīng)的鉆頭以減小鉆孔的擴(kuò)孔率。  　　1.2 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇  　　1.2.1 鉆進(jìn)泵量  　　灌注樁孔鉆進(jìn)時(shí)需要較大的泵量以排出粘土粉,其泵量計(jì)算公式為:Q=FV60式中,Q——沖洗液量(m3/min);F——環(huán)狀間隙面積(m2);V——沖洗液上返返速度(m/s)。以灌注樁鉆進(jìn)設(shè)計(jì)孔徑為500mm、鉆桿直徑為89mm、環(huán)狀面積以0.2m2計(jì)算,在采用泥漿泵的最大泵量600L/min時(shí),其泵量使得粘土粉上返的速度是非常緩慢的,遠(yuǎn)小于小口鉆探的泥漿的上返速度0.3m/s。  　　1.2.2 鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速  　　由于灌注樁孔的鉆進(jìn)多為粘土層的鉆進(jìn),粘土層的強(qiáng)度與硬度等力學(xué)參數(shù)較小,鉆具易刻取粘土,所以為了保持鉆進(jìn)穩(wěn)定,減小鉆進(jìn)的擴(kuò)孔率,必須采用較小的轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。  　　二、灌注混凝土的配制  　　2.1 混凝土減水劑的應(yīng)用  　　根據(jù)目前的資源情況和外加劑性能的特點(diǎn),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(dòng)性,同時(shí)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(shí)建議采取以下技術(shù)措施。  　　2.2.1 加大設(shè)計(jì)配合比  　　混凝土配制強(qiáng)度Rp采用大于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)R的50%的配合比。不僅總平均值要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào),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(jì)標(biāo)號(hào)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(duì)混凝土流動(dòng)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(hào),取425水泥;C/W——灰水比。計(jì)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(shí),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(guò)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(shí)混凝土必須以大大超過(guò)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(guò)程中,導(dǎo)管提升速度要慢,使得混凝土有足夠的時(shí)間克服摩擦阻力下降。同時(shí)使泥漿具有排出的通道,否則,樁基的泥漿的作用下將會(huì)出現(xiàn)縮徑、夾泥的現(xiàn)象。提升導(dǎo)管時(shí),導(dǎo)管內(nèi)保留的混凝土要有絕對(duì)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(zhǎng)之間。  　　四、成孔過(guò)程中易遇到的問(wèn)題  　　4.1 縮徑  　　4.1.1 縮徑產(chǎn)生的原因  　　在鉆進(jìn)過(guò)程中,地應(yīng)力沿較軟巖層釋放,因而造成縮徑。在鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆進(jìn)壓力大,鉆速過(guò)快,使得鉆頭很快穿過(guò)淤泥、淤泥質(zhì)土層。當(dāng)鉆速過(guò)快時(shí),淤泥便從鉆孔周?chē)飨蜚@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(zhǎng)專(zhuān)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(shí),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(wú)油壓狀態(tài)空轉(zhuǎn)。為確保鉆孔無(wú)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(guò)低,釋放量遠(yuǎn)大于泥漿對(duì)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(lái)的坍孔問(wèn)題,首先應(yīng)認(rèn)真審閱該工程地質(zhì)勘察報(bào)告,對(duì)地層情況做到心中有數(shù)。若報(bào)告中未提及此類(lèi)異常情況而導(dǎo)致施工過(guò)程中坍孔的話,則應(yīng)分別對(duì)待。  　　(1)在成孔過(guò)程中坍孔,其補(bǔ)救措施有二個(gè):一是避開(kāi)該樁位;二是回填原樁位,待密實(shí)后再鉆進(jìn)。  　　(2)在灌注過(guò)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(shí),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(guò)低而造成的坍孔問(wèn)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(guò)大,鉆頭沿軟弱層面偏斜而造成?？仔陛p則影響鋼筋籠的下放,重則影響樁的承載能力,這是成樁過(guò)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(guò)程中需要保持鉆速均勻或加重塊。對(duì)于已發(fā)生傾斜的孔,需要掃孔糾正;若糾正無(wú)效,可在孔中回填粘土、塊石等。偏孔在0.5m以上時(shí)需要重新鉆進(jìn)。  　　4.4 沉渣與泥皮過(guò)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(guò)30cm。但在施工過(guò)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(shí),沉渣才可被返出孔口,但若泥漿比重過(guò)大,又會(huì)造成孔壁泥皮過(guò)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(guò)程中起著重要的作用。 五、灌注過(guò)程中易遇到的問(wèn)題  　　5.1 導(dǎo)管堵塞  　　導(dǎo)管堵塞的防治:在組裝導(dǎo)管時(shí)要嚴(yán)格檢查,檢查導(dǎo)管內(nèi)有無(wú)局部?jī)?nèi)凸,導(dǎo)管連接處是否密封。攪拌砼時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土骨料規(guī)格、坍落度和攪拌時(shí)間,盡量避免砼在導(dǎo)內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。另外,灌注時(shí)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(dòng)作來(lái)抖動(dòng)導(dǎo)管的辦法。如果仍不能消除,則應(yīng)停止灌注.用長(zhǎng)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(guò)程中。導(dǎo)管允許埋入砼面下的最大深度與砼拌物流動(dòng)性保持時(shí)間、砼的初凝時(shí)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(guò)大時(shí),上面砼已初凝,使得導(dǎo)管內(nèi)混凝土無(wú)法順利流動(dòng)就會(huì)發(fā)生埋管。  　　5.2.2 防冶方法  　　時(shí)刻注意導(dǎo)管埋深的控制。準(zhǔn)確測(cè)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、提高水利工程施工質(zhì)量的措施  　　6.1 認(rèn)真做好勘察設(shè)計(jì)、保證工程質(zhì)量,確保萬(wàn)無(wú)一失。  　　在水利工程建設(shè)項(xiàng)目確定以后,設(shè)計(jì)就成為基本建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題了。在建設(shè)的時(shí)候能不能加快速度、保證質(zhì)量、節(jié)約投資,在建成后能不能獲得最大的經(jīng)濟(jì)效果,設(shè)計(jì)工作起著決定作用。一個(gè)先進(jìn)的設(shè)計(jì),應(yīng)是采用先進(jìn)的工藝和設(shè)備,合理地布置場(chǎng)地,組織好生產(chǎn)流程,應(yīng)有利于提高生產(chǎn)效益,降低成本,提高質(zhì)量。  　　6.2 規(guī)范建設(shè)單位市場(chǎng)行為,落實(shí)項(xiàng)目法人職責(zé),做到責(zé)、權(quán)分明。  　?、夙?xiàng)目法人是項(xiàng)目建設(shè)的責(zé)任主體,對(duì)工程質(zhì)量負(fù)總責(zé)。②要嚴(yán)格按基本建設(shè)程序辦事,杜絕“三邊”工程。③要依法組織招標(biāo),并簽訂有關(guān)合同。④要嚴(yán)格挑選施工隊(duì)伍,加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理,嚴(yán)禁轉(zhuǎn)包和違法分包行為。⑤要負(fù)責(zé)按有關(guān)驗(yàn)收規(guī)程組織或參與驗(yàn)收工作。⑥要按工程實(shí)際需要把建設(shè)資金落實(shí)到位。⑦要鼓勵(lì)質(zhì)量創(chuàng)優(yōu),實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià),嚴(yán)禁盲目壓價(jià)。⑧要保證有合理的設(shè)計(jì),施工工期,防止盲目搶進(jìn)度,趕工期的現(xiàn)象。⑨要進(jìn)一步落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任制,扭轉(zhuǎn)部分領(lǐng)導(dǎo)重效益、輕管理,重進(jìn)度、輕質(zhì)量的傾向。  　　6.3 強(qiáng)化施工管理、加強(qiáng)監(jiān)督,保證施工質(zhì)量。  　?、偈┕挝?a href="http://keekorok-lodge.com/fanpupm/zlgl/" target="_blank">質(zhì)量管理和控制是工程項(xiàng)目質(zhì)量控制的重點(diǎn)和基礎(chǔ)。②要完善施工單位質(zhì)量保證體系,嚴(yán)格實(shí)行質(zhì)量“三檢制”,并使該體系正常、有效運(yùn)轉(zhuǎn)。③要從操作人員、建筑材料、施工機(jī)械、施工工藝和方法、施工環(huán)境5個(gè)方面做好施工工序質(zhì)量控制。④要對(duì)工程施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)控制,做到施工前主動(dòng)控制, 施工中認(rèn)真檢查,施工后嚴(yán)格把關(guān)。⑤要加強(qiáng)施工單位內(nèi)部管理,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)程、規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)精心施工。  　　6.4 抓好施工質(zhì)量監(jiān)督,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)改正。  　　施工質(zhì)量控制主要為施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量監(jiān)控。在施工過(guò)程中應(yīng)做到:①施工單位要建立完善的工序質(zhì)量控制體系,及時(shí)提交質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析資料和質(zhì)量控制圖表。②及時(shí)審核變更設(shè)計(jì)及其修改的圖紙。③對(duì)施工作業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督和檢查,發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為及時(shí)糾正。加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)自身建設(shè),建立一個(gè)明確的、結(jié)構(gòu)完善、系統(tǒng)性的質(zhì)量管理體系。形成較有效的、一體化的技術(shù)和管理程序,并以高效、快捷、科學(xué)的方式指導(dǎo)監(jiān)督站內(nèi)部的各項(xiàng)工作,逐步提高水利工程質(zhì)量監(jiān)督管理水平。  　　結(jié)語(yǔ)  　　鉆孔灌注樁由于對(duì)各種地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單易操作且設(shè)備投入不是很大,目前,在各類(lèi)房屋及建筑中都得到了廣泛的應(yīng)用。但該技術(shù)因施工過(guò)程無(wú)法觀察,成樁后不能開(kāi)挖驗(yàn)收,施工中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,都將會(huì)直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和進(jìn)度,甚至給投資者造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此,必須防止在鉆孔過(guò)程中及灌注過(guò)程中出現(xiàn)的施工質(zhì)量問(wèn)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(dòng)性,同時(shí)還應(yīng)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(dòng)、無(wú)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),在橋梁、水工建筑物、房屋建筑等工程中均有廣泛應(yīng)用。但同時(shí),鉆孔灌注樁屬永久性的隱蔽工程,其樁基質(zhì)量非常重要,文中總結(jié)并分析了影響鉆孔灌注樁施工中常見(jiàn)地問(wèn)題及質(zhì)量影響因素,希望可以為類(lèi)似工程提供借鑒。